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玉米秸秆低温降解菌分析、筛选及应用

玉米秸秆低温降解菌分析、筛选及应用

作者：姜喆哈尔滨商业大学

学位级别：硕士

中国是农业生产大国,每年的秸秆资源产量约占生物质能源的一半。我国东北地区是玉米种植的主产区,玉米秸秆相对过剩,且东北地区气温偏低,微生物活性低,玉米秸秆的微生物降解效率不高,导致玉米秸秆废弃和焚烧现象较为普遍,即造成资源大... 详细信息

中国是农业生产大国,每年的秸秆资源产量约占生物质能源的一半。我国东北地区是玉米种植的主产区,玉米秸秆相对过剩,且东北地区气温偏低,微生物活性低,玉米秸秆的微生物降解效率不高,导致玉米秸秆废弃和焚烧现象较为普遍,即造成资源大量浪费,又带来雾霾等环境问题。因此,东北地区玉米秸秆低温高效降解菌的筛选和加速玉米秸秆微生物降解的研究,对玉米秸秆资源利用、保护环境及提高农民收入具有重要意义。本研究采用生物多样性测序的方法对不同年份的玉米秸秆及秸秆根部腐殖土中低温降解菌进行多样性分析,连续分析了2015年～2017年的玉米秸秆及2017年玉米秸秆根部腐殖土,获得以下结论:在所有样本中共发现细菌16个门,主要的是Actinobacteria和Proteobacteria;真菌5个门,主要的是Ascomycota和Basidiomycota;共有细菌305个属,真菌143个属,其中可能具有较强纤维素酶分泌能力的优势细菌菌属为:Streptomyces(鞘氨醇单胞菌属)、Flavobacterium(黄杆菌属)、Rhizobium(根瘤菌属)、Devosia(德沃西亚菌属)、Microbacterium(微杆菌)、Sphingobacterium(鞘氨醇杆菌)、Pseudomonas(假单胞菌属);可能具有较强纤维素酶分泌能力的优势真菌菌属为:Fusarium(镰刀菌属)、Trichoderma(木霉属)、Penicillium(青霉属)、Aspergillus(曲霉菌属)、Cladosporium(枝孢菌属)。对不同年份玉米秸秆及秸秆根部腐殖土中的微生物群落进行低温分离纯化,对纯化后的微生物进行相对酶活及降解玉米秸秆效果的测定,选取三株相对酶活最好的菌株,并在0～15℃下进行降解玉米秸秆能力的测试,得到以下结果:三株菌在0℃下降解玉米秸秆的效率分别为4.08%、5.20%、5.84%;5℃下降解玉米秸秆的效率分别为3.84%、5.07%、8.84%;10℃下降解玉米秸秆的效率分别为10.08%、25.12%、25.83%;15℃下降解玉米秸秆的效率分别为16.71%、25.53%、23.01%,比天然菌群降解效果好。对菌株进行鉴定:三株低温高效降解菌分别是Pantoea coffeiphila(泛酸泛菌属)、Cladosporium pseudocladosporioides(假枝孢菌属)、Cladosporium sp.(枝孢菌属)。进行产酶能力分析及降解玉米秸秆能力的验证,分别测定三株菌15℃下产纤维素酶活力、半纤维素酶活力和木质素酶活力。由测定结果可知Cladosporium sp.的纤维素酶活、木质素酶活较高,其纤维素内切酶活、纤维素外切酶活、滤纸酶活最大酶活力分别为10.23 U/m L、10.07 U/m L、11.92 U/m L,锰过氧化物酶活、木质素过氧化物酶活、漆酶酶活最大酶活力分别为59.45 U/L、8.39 U/L、9.10 U/L;半纤维素酶活较高的是Cladosporium pseudocladosporioides,最大酶活力为248.43 U/m L。综合三株菌产酶活力及降解玉米秸秆效率的测定发现,Pantoea coffeiphila、Cladosporium pseudocladosporioides和Cladosporium sp.都能够对玉米秸秆产生分解作用,在相同降解条件下,Cladosporium pseudocladosporioides和Cladosporium sp.降解玉米秸秆的能力相对大于Pantoea coffeiphila降解玉米秸秆的能力。本研究获得在0～15℃之间可高效降解玉米秸秆的三株微生物,为进一步研究玉米秸秆的低温降解及资源化奠定基础。

关键词：玉米秸秆低温降解菌多样性分析筛选

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阿特拉津低温降解菌的筛选及其降解特性研究

吉林环境 2006年第2期 38-40+43页

作者：赵光宇阎鸿马文超刘懿花菲刘娜吉林大学环境与资源学院吉林大学环境与资源学院吉林长春130026

应用吉林吉化阿特拉津生产厂采回污泥样品筛选出一株AT低温降解菌,进行了系列实验,通过对其革兰氏染色、生理生化特性测定初步鉴定为革兰氏阴性兼性厌氧球菌,经BIOLOG自动微生物分析系统鉴定,该菌很可能为一新菌种。并对其降解特性进行... 详细信息

应用吉林吉化阿特拉津生产厂采回污泥样品筛选出一株AT低温降解菌,进行了系列实验,通过对其革兰氏染色、生理生化特性测定初步鉴定为革兰氏阴性兼性厌氧球菌,经BIOLOG自动微生物分析系统鉴定,该菌很可能为一新菌种。并对其降解特性进行了研究,得出其最佳降解条件,最适pH为7.5～8.3,温度适应范围较广,4～30℃对AT均有较好的降解效果,3d降解率可达95%,可用于地下水及土壤中AT污染的修复。降解动力学实验表明,在农药污染质阿特拉津的低浓度体系中,AT菌降解阿特拉津的反应符合一级动力学模式,属于米氏方程曲线的第一阶段的情形,并拟合出关系式V=0.9895S。最后,检测其降解产物。

关键词：阿特拉津低温降解菌降解特性筛选降解产物

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耐低温对硝基苯酚降解菌的降解动力学研究

化工学报 2021年第3期72卷 1692-1701页

作者：李超凡温玉娟曹楠孙东宋晓明杨悦锁沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室辽宁沈阳110044 吉林大学新能源与环境学院吉林长春130021 四川省环境保护地下水污染防治工程技术中心四川成都610000

以对硝基苯酚在10℃条件下的微生物降解过程为研究对象,融合单因素实验、细胞疏水性实验、细胞膜通透性实验与降解动力学实验探究菌株Pseudomonas ***对对硝基苯酚的低温降解特性。实验结果表明,在10℃条件下菌株Pseudomonas ***能够耐... 详细信息

以对硝基苯酚在10℃条件下的微生物降解过程为研究对象,融合单因素实验、细胞疏水性实验、细胞膜通透性实验与降解动力学实验探究菌株Pseudomonas ***对对硝基苯酚的低温降解特性。实验结果表明,在10℃条件下菌株Pseudomonas ***能够耐受并降解303.71 mg·L^(-1)的对硝基苯酚,最佳降解条件为pH=8.0,0.5%NaCl,1 g·L^(-1)NH4NO3,该条件能够显著促进对硝基苯酚的降解速率并大大缩短降解的延迟时间。在10℃、单因素最佳条件下,对硝基苯酚降解菌的抑制降解动力学拟合符合Aiba模型,其中μmax(最大比生长速率)为0.205 h^(-1),Ks(半饱和系数)为3.40 mg·L^(-1),Ki(底物抑制系数)为166.86 mg·L^(-1),因此166.86 mg·L^(-1)即为该条件下菌株的低温降解抑制浓度。与其他降解菌株相比,菌株Pseudomonas ***的Ki和μmax/Ks较大、Ks/Ki值较小,说明对硝基苯酚对该菌株的抑制作用较小,菌株的有效利用率更高,在原位修复低温地下水及土壤污染方面具有较高的应用潜力。

关键词：对硝基苯酚低温降解菌生物降解菌株疏水性细胞膜通透性动力学模型

低温降解菌株强化对硝基苯酚土壤污染修复研究

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低温降解菌株强化对硝基苯酚土壤污染修复研究

作者：李超凡沈阳大学

学位级别：硕士

对硝基苯酚(PNP)是农药、医药以及橡胶工业等人类生活及生产中使用的一种硝基芳香化合物,具有稳定的理化性质和很强的毒害性,对硝基苯酚会通过渗透、吸附、扩散进入到环境中。对硝基苯酚主要的修复方法为吸附法、化学法以及微生物修复法... 详细信息

对硝基苯酚(PNP)是农药、医药以及橡胶工业等人类生活及生产中使用的一种硝基芳香化合物,具有稳定的理化性质和很强的毒害性,对硝基苯酚会通过渗透、吸附、扩散进入到环境中。对硝基苯酚主要的修复方法为吸附法、化学法以及微生物修复法,而微生物修复法具有原位修复,环保经济等特点正逐步成为研究热点。目前,分离得到的对硝基苯酚降解菌的最佳生长温度为30℃左右,因此在地下水及东北低温地区土壤污染修复过程中,其降解能力受限。本研究分离筛选了一株低温对硝基苯酚降解菌,并对其低温降解特性及降解动力学进行了研究,利用响应面方法对其低温降解条件进行了优化,基于此进行室内低温土壤模拟修复降解实验,主要研究结果如下:(1)从受甲基对硫磷农药污染的农田土壤中分离筛选获得了一株对硝基苯酚低温降解菌,通过16S DNA鉴定该菌株为革兰氏阴性的假单胞菌。细胞疏水性研究表明,在低温条件下对硝基苯酚会导致细胞膜通透性增加,属于中度疏水性细胞。单因素实验结果表明,低温条件下菌株对对硝基苯酚最大降解浓度为303.77 mg/L,菌株适宜于碱性条件下生存,最佳降解p H为8.00,最适初始接种浓度为225.92 mg/L。0.5%Na Cl,0.8%葡萄糖,1 g/L NHNO能够促进菌株对对硝基苯酚的降解。(2)通过响应面优化实验,在10℃条件下,菌株最佳降解条件具体为p H为8.12,1.80 g/L NHNO,最适初始接种浓度为224.00 mg/L,预测52 h内对52.51 mg/L对硝基苯酚的最大降解率可达79.85%,经验证性实验可知对硝基苯酚降解率为80.95%,与预测值相近。在10℃、优化条件下,菌株的抑制降解动力学符合Haldane模型,其拟合R值为0.990,最大比生长速率为0.215 1/h、半饱和系数为5.35 mg/L,抑制系数为134.21 mg/L,由此可知对硝基苯酚浓度超过134.21 mg/L后对菌株生长抑制作用明显。(3)相对于30℃,低温条件下利用菌株进行生物强化的方法修复对对硝基苯酚污染效率略低,但生物刺激和生物强化联合修复效果较好。修复过程中,土壤p H逐渐减小,其规律与对硝基苯酚降解一致。同时,对硝基苯酚对土壤酶活性影响较大,与脱氢酶呈正相关,与过氧化氢酶和脲酶呈负相关,生物刺激导致土壤酸化后会降低土壤脱氢酶活性,两者呈显著负相关。生物强化在降解对硝基苯酚时对环境影响较小,但生物刺激对土壤p H、酶活性影响较大。因此菌株可以为低温生物强化修复提供一定的技术支持。

关键词：对硝基苯酚低温降解菌响应面分析微宇宙实验

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低温纤维素降解菌分离鉴定及产酶条件优化

东北农业大学学报 2015年第10期46卷 74-81页

作者：李春艳于琦冯露成毅成小松王雪张平根东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 哈尔滨医科大学第一临床医学院哈尔滨150001

采用富集培养方法在低温条件下从生活垃圾土壤中分离得到1株能够降解纤维素细菌,命名为FLX-1。经形态学、生理生化学和分子生物学16S r DNA序列分析,将菌株FLX-1鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.)细菌。为探索菌株FLX-1生长特性和最佳... 详细信息

采用富集培养方法在低温条件下从生活垃圾土壤中分离得到1株能够降解纤维素细菌,命名为FLX-1。经形态学、生理生化学和分子生物学16S r DNA序列分析,将菌株FLX-1鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.)细菌。为探索菌株FLX-1生长特性和最佳产酶条件,利用响应面分析方法考查培养时间、温度、p H和接种量对菌株FLX-1产羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)酶活特性影响情况。结果表明,菌株FLX-1最佳产酶条件为培养时间74.1 h,温度10.5℃,p H 7.1,接种量2.1%。在最佳条件下,菌株FLX-1产CMC酶活值为14.12 U·m L-1。

关键词：纤维素低温降解菌 Arthrobacte r sp. CMC酶响应面分析法

低温石油烃降解菌的筛选及其对石油污染土壤的生物修复研究

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低温石油烃降解菌的筛选及其对石油污染土壤的生物修复研究

作者：余肖昆新疆农业大学

学位级别：硕士

石油是人类社会生产生活必不可缺的能源之一,在其被开采利用的同时也导致了很多环境问题的出现。在石油的开采利用中,时常发生泄漏事故,导致石油污染土壤的问题十分严重。微生物修复技术是最环保且最具有潜力的处理石油污染土壤的技术之... 详细信息

石油是人类社会生产生活必不可缺的能源之一,在其被开采利用的同时也导致了很多环境问题的出现。在石油的开采利用中,时常发生泄漏事故,导致石油污染土壤的问题十分严重。微生物修复技术是最环保且最具有潜力的处理石油污染土壤的技术之一,引起人们的广泛关注。本研究从克拉玛依油田附近长期被石油污染的土壤中,在低温环境下经过富集、分离和纯化后得到5株菌落特征明显的菌株,对筛选得到的菌株通过降解石油烃进行复筛,发现初步筛选得到的5株菌对石油烃都具有一定的降解能力,将其命名为XK15-1、XK15-2、XK15-3、XK15-4和XK15-5。通过形态学、生理生化特性和16S r DNA序列分析将筛选得到的5株菌鉴定到种,菌株XK15-1为Pseudomonas monteilii、菌株XK15-2为Stenotrophomonas pavanii、菌株XK15-3为Agrobacterium tumefaciens、菌株XK15-4为Dietzia maris、菌株XK15-5为Sphingomonas pseudosanguinis。对筛选得到的株菌进行降解能力测定,结果表明:XK15-1、XK15-2、XK15-3、XK15-4和XK15-5对石油烃的7d降解率分别为34.88%、31.77%、44.94%、15.34%、39.70%。对降解率较高的3株菌XK15-1、XK15-3和XK15-5进行降解特性研究,结果表明:XK15-1、XK15-3和XK15-5最适初始p H均为中性、最佳接种量均为15%、最适石油烃浓度为5 g/L、最适盐度为1%。对菌株XK15-1、XK15-3和XK15-5进行复配,对降解率较高的复配菌群进行降解特性研究。复配菌群K3和K4降解率分别为53.89%和55.62%,均高于单菌株降解率,复配菌群K1和K2的降解率低于单菌株降解率,复配菌群K3和K4最佳接种量为12%、最适p H值分别为7.0和7.5、最适盐度分别为2%和1%。利用筛选的菌株对石油污染土壤进行生物修复小试研究,结果发现XK15-1、XK15-3和XK15-5对石油烃的降解率分别为16.26%、22.13%和19.20%;复配菌群K3和K4的降解率为26.40%和28.53%。筛选得到的低温石油烃降解菌可以作为低温环境下生物修复石油污染土壤的菌株,为低温环境下利用微生物修复石油污染土壤提供了一定的参考依据。

关键词：石油烃低温降解菌筛选鉴定降解特性生物修复

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两株低温石油烃降解菌的筛选鉴定及复配优化

广东化工 2021年第3期48卷 40-43页

作者：余肖昆施宠何飞焱罗义新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052

筛选能够在低温条件下降解石油烃的菌株,探究降解菌株在低温条件下对石油烃的降解能力。从克拉玛依油田长期受到石油污染的土壤中通过富集、分离和纯化得到两株低温石油烃降解菌,经过形态学、生理生化和16S rDNA初步鉴定这两株菌为Agrob... 详细信息

筛选能够在低温条件下降解石油烃的菌株,探究降解菌株在低温条件下对石油烃的降解能力。从克拉玛依油田长期受到石油污染的土壤中通过富集、分离和纯化得到两株低温石油烃降解菌,经过形态学、生理生化和16S rDNA初步鉴定这两株菌为Agrobacterium tumefaciens和Sphingomonas pseudosanguinis。这两株降解菌能够在15℃,原油浓度3 g/L的条件下,7 d降解率分别达到48.25%和38.56%。为提高降解率,对两株菌进行复配,结果表明以2︰1比例复配时其降解率达到56.49%,高于单菌株降解率。

关键词：石油污染低温降解菌筛选鉴定复配

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低温条件下恩诺沙星的微生物降解研究

生态与农村环境学报 2023年第10期39卷 1332-1339页

作者：苏一鸣王英刚蔺昕李晓军沈阳大学环境学院辽宁沈阳110044 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016

在我国高纬度和高海拔地区,低温微生物污染介质的长期高效稳定修复的应用前景广阔,但特定场景下的菌种资源挖掘还处于初期阶段。以污染土壤中常见的喹诺酮类抗生素—恩诺沙星为目标污染物,从低温地区畜禽粪便堆放地土壤中筛选得到4株恩... 详细信息

在我国高纬度和高海拔地区,低温微生物污染介质的长期高效稳定修复的应用前景广阔,但特定场景下的菌种资源挖掘还处于初期阶段。以污染土壤中常见的喹诺酮类抗生素—恩诺沙星为目标污染物,从低温地区畜禽粪便堆放地土壤中筛选得到4株恩诺沙星低温高效降解菌Z(Providencia sp.,普罗威登斯菌属)、H5(Enterobacter sp.,肠杆菌属)、H35(Providencia sp.,普罗威登斯菌属)、Y(Alcaligenes sp.,产碱杆菌属,嗜盐菌),并评估了这4种菌株的降解效率。结果表明,4种菌株在中性或低碱环境(畜禽粪便堆放地)、4~15℃的温度范围内均能生长;低温较常温条件下显著抑制了4株菌的生长和对恩诺沙星的降解。4、8、15℃条件下无菌对照组恩诺沙星的自然降解率分别为10.9%、22.8%和40.6%。4℃条件下,投加量w为5%的Z、H5、H35和Y对恩诺沙星的降解率在第14天达到峰值,分别为33.4%、42.1%、38.1%和34.3%。在8℃条件下,Z、H5和Y对恩诺沙星的降解率在第12天达到峰值,分别为49.6%、47.9%和48.1%;H35则在第14天达到峰值56.5%。4种菌株均可用于低温区恩诺沙星污染介质的修复。该研究可为我国高纬度和高海拔地区抗生素污染土壤修复提供技术支撑。

关键词：畜禽粪便恩诺沙星低温降解菌生物修复土壤降解

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冻融过程对土壤中恩诺沙星生物降解的影响

冻融过程对土壤中恩诺沙星生物降解的影响

作者：苏一鸣沈阳大学

学位级别：硕士

低温微生物在我国高纬度和高海拔地区污染介质长期高效稳定修复中应用前景广阔,但特定场景下的菌种资源挖掘还处于初期阶段。本文以污染土壤中常见的喹诺酮类抗生素-恩诺沙星为目标污染物,利用低温和高纬地区畜禽粪便堆放地土壤,筛选出... 详细信息

低温微生物在我国高纬度和高海拔地区污染介质长期高效稳定修复中应用前景广阔,但特定场景下的菌种资源挖掘还处于初期阶段。本文以污染土壤中常见的喹诺酮类抗生素-恩诺沙星为目标污染物,利用低温和高纬地区畜禽粪便堆放地土壤,筛选出恩诺沙星低温高效降解菌;在明确降解菌的生长和降解特征基础上,研究低温对菌株生长和恩诺沙星降解能力的影响;通过室内冻融模拟实验,研究冻融频次、冻融速率对低温降解菌数量、酶活性和恩诺沙星降解能力的影响;通过室内土壤冻融模拟实验,研究低温和冻融条件对土壤中恩诺沙星低温降解菌降解能力的影响。主要结论如下:(1)利用低温地区畜禽粪便堆放地土壤筛选得到了四株恩诺沙星低温高效降解菌Z(普罗威登斯菌属(Providencia sp.))、H5(肠杆菌属(Enterobacter sp.))、H35(普罗威登斯菌属(Providencia sp.))、Y(产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)),其中Y为嗜盐菌,并评估了降解效率。结果表明,四种菌株在中性或低碱环境(畜禽粪便堆放地)、4～15℃的温度范围内均能生长。(2)低温显著抑制四株菌的生长和对恩诺沙星的降解。4℃条件下,投加量为5%的Z、H5、H35和Y对恩诺沙星的降解率在第14d达到峰值,分别为22.5%、31.2%、27.2%和23.4%。在8℃条件下,Z、H5和Y对恩诺沙星的降解率在第12d可达到峰值,分别为26.8%、15.1%、25.3%;H35则在14d达到峰值33.7%。四株菌均可用于低温区恩诺沙星污染介质的修复。(3)低温条件下H35和Y菌可显著提高原位污染土壤中恩诺沙星的降解率,试验时段内随培养时间的增加,降解效果均逐步提高且在灭菌土壤中恩诺沙星的降解效果优于未灭菌土壤。通过H35和Y菌液的1:1投加处理可知,单菌液的投加对土壤中恩诺沙星的降解更加有效。随着培养时间的增加,H35和Y对原土中恩诺沙星的降解效果逐步提高,Y的整体降解效果优于H35,在4°C、8°C、15°C条件下投加30d后Y对原污染土壤中恩诺沙星的降解率分别达到54.08%、66.82%、84.40%。(4)冻融条件下四株恩诺沙星降解菌具有不同的响应。在菌数量方面,7次冻融过程中四株菌菌数量变化均呈先上升后下降趋势,H35在-20～4℃的剧烈冻融12d菌数量达到峰值6.55×10CFU/m L。Y、Z数量提高显著,较不冻融分别提高1.99×10、0.76×10CFU/m L。微生物活性方面,四株菌的过氧化氢酶活性在冻融循环过程中呈先上升后下降趋势,不同菌株对冻融的反应程度不同。H35、H5在同一冻融频次有无冻融处理条件下过氧化氢酶活性无显著性差异,Z、Y的过氧化氢酶活性在冻融处理下显著高于不冻融处理,H35的过氧化氢酶活性均值呈现最高,为1.977mg/L。冻融速率能够影响微生物对恩诺沙星的降解活性,7次缓慢冻融循环后菌株对恩诺沙星降解率最高可达到47.2%,较快速冻融提高了4.9%。(5)冻融条件强化了Y对原位污染土壤中恩诺沙星的降解能力。培养3d(冻融1次),Y对原位污染土壤和已灭菌土壤中恩诺沙星的降解率分别为44.52%和45.24%;培养19d(冻融9次),Y对原位污染土壤和已灭菌土壤中恩诺沙星的降解率分别为68.60%和78.44%;继续培养至30d实验结束(冻融9次),降解率分别为73.67%和82.71%。

关键词：畜禽粪便恩诺沙星低温降解菌冻融生物修复土壤降解