基于Rpf污水处理生物反应器中VBNC菌的分离与系统学研究

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利用传统的常规培养法从自然界中只能分离到0.01-10%的可培养微生物,绝大部分微生物都处在活的但非可培养(viable but non-culturable, VBNC)状态,这种微生物的细胞仍具有代谢活性,在一定条件的刺激诱导下,能恢复活性进行代谢繁殖,近年来对于VBNC菌的研究也逐渐受到越来越多的重视。本研究为了探明废水生物反应器中VBNC细菌及其主要菌种的组成与系统关系。利用土质滤材构建生物反应器,基于复苏促进因子(resuscitation promoting factor, Rpf)对VBNC细菌的复苏刺激生长作用,采用MPN (most probable number)法及其MPN培养系判断样品中的细菌总数,稀释平板法分离其中复苏可培养化的VBNC菌株,解析16S rRNA基因系统关系,采用PCR-DGGE技术验证Rpf的作用效果及生物反应器中VBNC菌的存在。主要结果如下:1.印染废水MPN培养系中,处理组MPN值对应的细菌总数为9.3×106cell/g-2.4×108cell/g,大于对照组MPN值对应的细菌总数4.3×106cell/g-9.3×106cell/g,表明添加Rpf后可培养化细菌总数最高从每g样品的7.5×106ce1l/g提高到2.4×108cell/g; Rpf效果值VR为2.2-32,证实了印染废水生物反应器中存在对Rpf敏感、复苏可培养化的VBNC优势菌群;MPN培养系中处理组各稀释段培养液的OD660值大于对照组的OD660值,表明Rpf对部分细菌菌种有生长刺激作用;经16SrRNA基因测序及其系统关系解析,显示印染废水中对Rpf敏感的VBNC优势细菌主要有Gordonia、Staphylococcus、Tepidimonas、Ochrobactrum、Moraxella、 Enhydrobacter和Cupriavidus属近缘的菌种,Rpf对Bacillus、Stenotrophomonas和Lysinibacillus属菌种有生长刺激作用。系统中所分离细菌的16S rRNA基因序列与已知近缘典型菌的相似性为96.6-100%,从系统树上初步判断其中菌株YDWLR2, YDWLR6和YRJ6可能是新菌种。2.制药废水MPN培养系中,处理组MPN值对应的细菌总数为2.4×107cell/g-2.4×108cell/g,大于对照组MPN值对应的细菌总数1.5×106cell/g-1.1×108cell/g,表明添加Rpf后可培养化细菌总数最高从每g样品的4.3×106cell/g提高到2.4×108cell/g; Rpf效果值VR为2.2-55.8,证实了制药废水生物反应器中存在对Rpf敏感、复苏可培养化的VBNC优势菌群;同时MPN培养系中处理组各稀释段培养液的OD660值均大于对照组的OD660值,表明Rpf对部分细菌有生长刺激作用;经16S rRNA基因测序及其系统关系解析,显示制药废水中对Rpf敏感的VBNC优势细菌主要有Candidimonas, Microbacterium, Gordonia, Xanthobacter, Aminobacter和Leucobacter属近缘的菌种,Rpf对Comamonas, Alcaligenes和Acidovorax属近缘菌种有生长刺激作用。系统中所分离细菌的16S rRNA基因序列与已知近缘典型菌的相似性为96.6-100%,从系统树上初步判断其中菌株ZYM1, ZYM3, ZYZR4和ZYXR1可能是新菌种。3.以印染废水运行366d所采样构建的MPN系统为样品进行DGGE电泳,在DGGE图谱中,处理组的条带数明显多于对照组的条带数,处理组的Shannon-Weaver指数也明显高于对照组,说明处理组相比较于对照组,处理组中的菌种多样性更高,证明了Rpf能够促进Rpf敏感菌的生长。通过对DGGE优势条带的测序,结合实际分离菌种的分析后,证实了菌株YRJ1和YRJ6是由于Rpf的诱导作用,从VBNC状态恢复到可培养状态,是存在于印染废水生物反应器中的VBNC菌。本研究利用复苏促进因子Rpf,探明了废水生物反应器中存在对Rpf敏感的VBNC菌种,包括高GC革兰氏阳性(放线菌)、低GC革兰氏阳性以及革兰氏阴性菌。研究结果揭示了印染废水与制药废水生物反应器中存在VBNC状态细菌,将为研究其形成机理、复苏活性化机制以及印染废水与制药废水的深度处理等提供重要的思路与方法。
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