3种小分子有机物对硝化功能微生物复合培养过程的影响

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水产养殖水体中的主要污染物是氨和亚硝酸盐,是造成水体生物病害的直接或者间接因素,因此成为水产养殖业重点关注的对象。目前发现的硝化细菌大多数为自养型硝化细菌,分为氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB),分别参与硝化作用中的氨氧化阶段和亚硝酸氧化阶段。甲酸钠、乙酸钠、丙酮酸钠均属于可被菌体分解利用的小分子有机物,研究表明硝化细菌含有可以氧化这3种有机物的酶,硝化细菌可以利用它们进行生长代谢。但硝化细菌活性受多种因素影响,当水体中存在有机物时,会出现细菌之间相互争夺溶解氧和生存空间的现象,硝化细菌作为自养菌,其生长繁殖能力不及异养菌。通过了解有机碳对硝化过程的影响以及硝化细菌与异养菌之间的关系对养殖系统设计和污水处理系统设计都很重要。本论文以自行制备的海水型/淡水型硝化细菌制剂为对象,研究3种小分子有机物(甲酸钠/乙酸钠/丙酮酸钠)对硝化细菌制剂中氨氧化活性和亚硝酸盐氧化活性的影响,采用高通量测序方法对部分实验组添加有机物前后的细菌群落结构与多样性进行分析。通过研究得到如下结论:(1)甲酸钠对海水型氨氧化活性和亚硝酸盐氧化活性具有抑制作用,对淡水型亚硝酸盐氧化细菌具有促进作用,对淡水型氨氧化细菌活性影响不大。其中甲酸钠体积重量(w/v)为0.25时对海水型氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌抑制作用最大,w/v为0.10时对淡水型亚硝酸盐氧化细菌促进作用最大。(2)乙酸钠对两种硝化细菌制剂的影响存在差异,其中对海水氨氧化细菌与亚硝酸盐氧化细菌活性影响也不同。具体表现为添加较高浓度乙酸钠对海水型氨氧化细菌活性抑制作用明显(w/v为0.15~0.25),而低浓度乙酸钠会促进海水型亚硝酸盐氧化细菌活性(w/v为0.05)。乙酸钠对淡水型氨氧化细菌活性抑制作用随浓度的增加而增加,而对淡水型亚硝酸盐氧化细菌的影响不大。(3)低浓度丙酮酸钠可以促进两种硝化细菌制剂中氨氧化细菌活性但对亚硝酸盐氧化细菌活性有抑制作用,对淡水型亚硝酸盐氧化细菌的抑制作用要强于海水型。其中丙酮酸钠对海水型/淡水型氨氧化细菌降解氨氮能力最佳的体积重量分别为0.10和0.15。(4)利用高通量测序的方法对添加丙酮酸钠后海水NH4+-N组(H2)、海水NO2--N组(H3)、淡水NH4+-N组(D2)、淡水NO2--N组(D3)和两种硝化细菌初始菌剂(H1、D1)中细菌的群落结构与多样性进行分析,结果发现,添加丙酮酸钠后,海水组和淡水组中微生物丰富度降低,且NH4+-N处理组高于NO2--N处理组。6个样品中的优势菌门均是变形菌门和拟杆菌门,海水实验组中a-变形菌纲相对丰度较对照组增多,拟杆菌纲相对丰度减少,H2中Nitratireductor、亚硝化球菌属、硝化球菌属相对丰度与对照组相比明显提高,其中亚硝化球菌属可将铵盐转化为亚硝酸盐,硝化球菌属可将亚硝酸盐转化为硝酸盐。淡水实验组中g-变形菌纲相对丰度较对照组增多,a-变形菌纲相对丰度减少,其中g-变形菌纲中的Zobellella属相对丰度增加,其是一类异养硝化-好氧反硝化菌。同时实验后副球菌属的相对丰度增加,其具有将硝酸盐还原到亚硝酸盐再转化为N2的能力。
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