海水兼性好氧反硝化菌Marinobacter sp. B3的分离鉴定及脱氮性能研究

作     者：滕峪 

作者单位：大连海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔正国;曲克明

授予年度：2024年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：养殖尾水处理 生物脱氮 反硝化 分离鉴定 

摘      要：近年来,随着水产养殖业快速发展,为人类提供了丰富的水产优质蛋白,但同时产生了不可忽视的环境问题。传统的养殖技术成本较高,投饵量大,产生大量的排泄物和残饵,不仅破坏生态系统平衡,还会影响养殖生物生长和品质。循环水产养殖系统（RAS）具有节水节地、高效、环保、系统可控等优点,并且在减少养殖用水量和尾水排放量等方面具有显著优势。在投饵型集约化高密度养殖模式中,饵料投喂是氮污染的主要来源,其分解、转化形成的NH和NO对养殖生物具有很强的毒性。“硝酸盐累积是工厂化RAS中的常见现象,未经处理的尾水排放会导致近海环境污染。因此,如何高效养殖的同时并高效可持续去除养殖尾水中的氮素污染是水环境处理的重点研究内容。海水养殖尾水高效脱氮不仅符合我国“深入打好污染防治攻坚战的战略需求,也是海洋环境保护和海水养殖业绿色发展的迫切需要。生物脱氮法被广泛应用于养殖尾水处理,生物脱氮具有效率高、绿色环保、工艺流程简单和成本低等优点。污水中的氮素依次经过硝化过程和反硝化过程被去除。反硝化是生物脱氮中的重要步骤,可以解决工厂化循环水系统中硝酸盐积累问题,但目前发现的高效兼氧反硝化细菌非常有限。本研究主要是在筛选出反硝化菌的基础上,通过对其进行设置不同溶解氧（DO）,碳氮比（C/N）,pH和温度等单因素条件,测定其反硝化脱氮性能。并通过全基因组测序结果结合氮平衡推测出其氮转化路径。该结果可尝试用于解决工厂化循环水养殖系统硝酸盐氮累积问题。主要研究结果如下:（1）实验菌株分离自中国水产科学研究院黄海水产研究所渔业环境与生物修复研究室海水螺旋藻培养体系,通过对螺旋藻液进行分离筛选得到一株嗜碱兼性好氧反硝化细菌,并对该反硝化菌株进行形态观察以及16S rRNA基因序列的同源性分析,鉴定该菌株为海杆菌属,命名为Marinobacter sp.B3。不同前处理条件正交实验结果可知,菌株在离心转速为6000 r/min,离心时间为5 min,种液为OD=0.890时接种至海水培养基内海杆菌B3生长性能最佳。（2）单因素影响实验结果表明,当硝酸钾（KNO）作为唯一氮源,NO-N的初始浓度为100 mg/L,盐度32‰,振荡速度为150 r/min,C/N=10,pH=8.0±0.2,温度为35℃时,可获得最大脱氮效果。（3）氮平衡实验结果得出,在好氧环境下,有20.11%的NO-N转化为胞内氮,5.58 mg/L的NO-N转化为其他形态（NO-N,NH-N和有机氮）,74.72%转化为N释放;厌氧环境下,有26.65%的NO-N转化为胞内氮,72.86%的NO-N转化为气态产物释放。基因组测序分析结果表明,基因组序列总长度为4299056bp,GC含量为57.85%。基因组中预测到3886个基因编码。编码基因通过GO、KEEG等数据库进行对比分析,GO,KEGG数据库分别有2865,1711个功能基因被注释。Marinobacter sp.B3具有两条氮代谢通路。最终实验结果表明,Marinobacter sp.B3在好氧和厌氧条件下,48 h对的去除率分别为99.89%和93.80%,具有较好的反硝化脱氮能力,发现在好氧条件和厌氧条件下均可进行生长且有效进行完整的反硝化过程,并在好氧条件下NO-N去除效率更高。Marinobacter sp.B3拥执行TCA循环所需的所有遗传信息,能够合成必要的酶和功能蛋白,从而确保循环的顺利进行。在海水工厂化循环水养殖尾水处理方面具有良好的应用前景。