孔雀石绿是一种三苯基甲烷类人工合成染料,常用于工业印染。孔雀石绿染料具有难降解、高毒性、高残留等特点,在使用过程中随着废水排入环境后导致水环境中化学需氧量COD和色度升高,高色度的废水阻挡光的透射,严重影响水生生物的生长,同时它易在生物体内残留富集,未经处理的废水不仅会破坏水体生态系统,还会威胁人类身体健康。研究表明特定生物对孔雀石绿具有去除作用,但多种微生物仅将孔雀石绿转化为隐形孔雀石绿,或者通过生物吸附作用降低废水色度,易导致二次污染。因此,筛选高效孔雀石绿降解菌对开发孔雀石绿废水生物处理具有重要的理论指导意义和实践价值。本研究从高盐序批式生物反应器(SBR)中成功分离出一株高效降解孔雀石绿菌株,系统研究了该分离菌株的生长特性以及降解特性,并通过降解动力学实验比较分析了其降解优势,最后将该菌株投入SBR反应器中探究其在实际废水中的降解性能。通过比较实验验证该菌株的生物强化作用,利用分子生物学手段研究反应体系中微生物群落结构差异,探究降解机理。主要结论如下:(1)从高盐SBR中分离筛选得到一株能够降解孔雀石绿染料的菌株,利用紫外可见光谱分析菌株降解反应前后的溶液,证明该菌株对孔雀石绿具有良好的降解效果。根据16S rRNA基因序列测定以及NCBI数据库在线比对,确认该菌株属于迪茨氏Dietzia菌属,将其命名为Dietzia sp.DL1。进一步分析纯菌的全基因组,通过GhostKOALA在线注释平台对蛋白序列进行注释,初步阐述该菌株全基因组的蛋白功能,同时基于注释基因功能信息,识别出可能的降解功能基因tmr和代谢过程中可能参与的卤代烷烃脱卤酶DhaA。(2)采用单因素实验对降解菌株DL1的最适生长条件进行研究,结果表明,该菌株在pH 6.0～9.0之间均可维持良好的生长状态,而酸性条件严重抑制其生长,pH=8.0时生长速度最快。菌株DL1在环境温度25～35℃之间均可生长,30℃时生长最快。DL1是一株好氧菌,通气量越大,生长越快。菌株在无盐条件下生长最佳,但60 g/LNaC1浓度下依旧能维持良好的生长状态,说明菌株DL1具有较高的耐盐性,但NaC1浓度增加到100 g/L时菌株几乎停止生长。利用统计学分析方法得到最佳单因素生长条件均具有显著性。另外,菌株DL1对不同的抗生素敏感性不同,对青霉素具有极强的抗性,在256 mg/L浓度下仍能生长良好,菌株对四环素、链霉素、土霉素、万古霉素和氯霉素抑制浓度分别为16 mg/L、32 mg/L、8 mg/L、16 mg/L 和 64 mg/L。(3)通过降解特性实验了解不同条件下菌株对孔雀石绿染料的降解效果。无论在低浓度还是高浓度的孔雀石绿溶液中,菌株DL1均能发挥良好的降解效果。溶液pH保持在7.0到9.0的范围内,降解率稳定在90%以上。菌株在无盐环境中降解效果最佳,8 h后即可达到95%的去除率。48 h后,在60 g/L盐度下菌株仍能保持良好的降解效果,表明该菌株属于耐盐性孔雀石绿降解菌。此外,考察了金属离子对菌株DL1降解孔雀石绿过程的抑制作用,其中0.5 mM的Cu2+、Cd2+、A13+和Fe2+等金属离子对染料降解表现出较为明显的抑制作用,0.5 mM Mg2+对降解具有一定的促进作用,而0.5 mM Ni2+、Zn2+、Mn2+对染料降解作用几乎无影响。降解动力学实验表明在降解孔雀石绿染料过程中,菌株DL1具有良好的优势,其最优降解条件为pH=8,葡萄糖0.5 g/L,盐度0 g/L。(4)采用SBR工艺研究菌株在实际孔雀石绿染料废水中的应用。通过比较实验验证该菌株的生物强化作用,分为对照反应器(不加菌株R1)和实验反应器(投加菌株R2)。当投加孔雀石绿染料后,两个反应系统受到不同程度的影响,染料的投加抑制氨氮和COD的去除,当孔雀石绿浓度为50 mg/L时,R1中氨氮去除率下降至45.1%-52.9%,COD去除率下降至50%左右,而R2中氨氮去除率保持在80%左右,COD去除率在80%上下波动。R2能够较快适应水质变化,随时间推移氨氮去除率恢复至87.1%。菌株与活性污泥混合后使R2反应器在较高浓度孔雀石绿冲击下,仍能恢复较高的氨氮去除水平,表现出更强的抗孔雀石绿毒性的能力。投加菌株DL1显著提升了 SBR系统中孔雀石绿的降解效率。同时,孔雀石绿染料能够显著改变SBR中的微生物群落结构,导致Planctomycetes、Verrucomicrobia、Nitrospirae 的相对丰度大幅度降低。Acinetobacter、Burkhoderia、Serratia、Zoogloea、Dokdonella、Lactococcus菌属在两个反应器中丰度均升高。利用qPCR实验研究功能基因tmr相对丰度变化,结果表明,随着投加孔雀石绿浓度的增加,tmr基因总体呈现上升趋势。R1中tmr基因也呈现升高趋势,但相对丰度始终低于R2。