CN103421735B - 一种受损厌氧氨氧化菌群的快速修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速修复受损厌氧氨氧化菌群的新方法。本发明通过在受损厌氧氨氧化菌群中添加高丝氨酸内酯类信号分子C6-HSL提高厌氧氨氧化菌活性和增殖速率，减缓外在抑制因素对厌氧氨氧化菌的失活和致死作用。此外，高丝氨酸内酯类信号分子C8-HSL的加入能提高厌氧氨氧化菌群的增殖速率，加快受损厌氧氨氧化菌群的修复。本发明涉及的方法简单易行，效果明显，并且适用范围广，解决厌氧氨氧化菌实际应用中易受抑制而失活或致死的瓶颈问题，可用于厌氧氨氧化相关工艺的运行和污水高效生物脱氮。
Description
技术领域：
本发明涉及生物技术领域，具体涉及到高丝氨酸内酯类信号分子对厌氧氨氧化菌群行为的调控及其在污水生物处理领域中的应用。
背景技术：
厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮和亚硝酸氮转化为氮气，是新一代污水处理技术，其高效、节能且环境友好，已引起研究者们的广泛关注[1]。荷兰著名学者在Science上发表文章指出：如厌氧氨氧化技术与产甲烷技术相结合取代传统生物脱氮技术进行污水处理，将会使水处理由耗能变为产能过程，在全球范围内产生巨大的经济和社会效益[2]。尽管在欧洲越来越多的中试和生产规模的厌氧氨氧化反应器相继建成，厌氧氨氧化技术在水处理方面的应用瓶颈还有待进一步突破。厌氧氨氧化菌生长条件苛刻、易被抑制所带来的反应器运行不稳定是其应用的主要问题，限制着该技术的广泛工程化应用[3,4]。一旦菌群发生抑制而失活或死亡，将需要很长时间（1-3个月）反应器性能才能恢复，此方面的研究目前已引起人们的足够重视。
高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）是大多数革兰阴性菌进行通讯交流所释放的次级代谢产物，其能通过调控某些基因表达而改变细菌行为，如加快细菌的生长以及生物膜的形成[5-7]。从化学结构来看，AHLs是由一个高丝氨酸内酯环（HSL）和一个酰基侧链组成，差异在于酰基侧链的长度与结构[8]。不同细菌在不同条件下产生不同种类的AHLs，用于调节群体的各种同步行为，如生长、衰亡、活性表达和成膜过程等[9]。高丝氨酸内酯类信号分子用于细菌相互之间的沟通现象是近20年微生物研究领域中最重要的前沿进展之一。研究信号分子对菌群作用的影响有助于更好调控细菌的各种生化行为、细菌间种类竞争以及细菌与微环境间的适应协调能力。尽管越来越多关于高丝氨酸内酯类信号分子调控细菌生化行为的报道，但其对厌氧氨氧化菌各种生化行为的调控机制的研究和应用领域几乎是空白，利用信号分子修复受损厌氧氨氧化菌群的相关知识产权更有待说明和公开。
参考文献：
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发明内容：
本发明的目的是提供一种外源信号分子修复受损厌氧氨氧化菌群的方法。
本发明所述的外源信号分子，是指高丝氨酸内酯类系列化合物C6-HSL和C8-HSL，其分子结构如下所示：
经过申请人的研究发现，在温度35-37℃，底物氨氮和亚硝酸氮浓度均为60-100mg/L,溶解氧浓度小于0.05mg/L，pH7.3-8.4的培养条件下，培养液中加入30mg/L信号分子C6-HSL可使受损厌氧氨氧化菌群内的厌氧氨氧化活性和菌群增殖速率和对照相比显著增加。
同时发现，在温度35-37℃，pH7.3-8.4，溶解氧浓度小于0.05mg/L，底物氨氮和亚硝酸氮浓度为60-100mg/L的培养条件下，培养液中加入30mg/L信号分子C8-HSL能通过利用群体密度调控的机制显著增强厌氧氨氧化菌群的增殖速率。和未加入外源信号分子的对照试验相比，受损厌氧氨氧化菌群氮去除性能明显提高，并具有良好的稳定性和效果的延续性。
具体实施方式：
以下将结合具体实施例对本发明对进一步说明，但不作为对本发明实施范围的限定。
本发明所述的受损厌氧氨氧化菌群修复的实施例：所使用的样品中，厌氧氨氧化菌占菌群总成分的50-60%，其中一半以上细菌细胞已受损或死亡。采用化学分析测定氨氧化活性和菌群增殖，通过细菌死活鉴定试剂分析死细菌和活细菌占整个菌群的比例。
将受损厌氧氨氧化菌群分为等量4组。4组分别进行如下处理:1组不添加信号因子；2组添加C6-HSL（30mg/L）；3组添加C8-HSL（30mg/L）；4组添加C12-HSL（30mg/L）。试验前血清瓶中各组菌群干重均为0.15g，加入氨氮、亚硝酸氮浓度均为100mg/L的人工模拟废水，其组成如文献[1]所示，并向血清瓶中充入纯度为99.5%的氮气以排除DO，密封后用铝盖加固。将血清瓶静止于黑暗培养箱内，温度调节到35-37℃，pH值7.3-8.4，进行三周培养。
三周后菌群的干重值如图1所示，菌群的厌氧氨氧化活性值如图2所示。实验结果表明，C6-HSL可通过提高厌氧氨氧化菌活性和增殖速率来提高氮去除负荷。和非加入外源信号分子的对照试验（sample A）相比，可检测到的厌氧氨氧化活性增加45%，增殖速率提高30%，氮去除负荷提高80%（sample B）。C8-HSL可显著提高细菌的生长速率，和对照相比菌群增殖速率提高近一倍，氮去除负荷提高70%(sample C)。试验结果表明高丝氨酸内酯类信号分子C6-HSL和C8-HSL促进受损厌氧氨氧化菌群修复的效果明显。
[1]van de Graaf,A.A.,de Bruijn,P.,Robertson,L.A.,Jetten,M.S.M.,Kuenen,J.G.,1996.Autotrophic growth of anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms in a fluidized bed reactor.Appl.Environ.Microbiol.142(8),2187-2196.
附图说明
图1是添加信号因子后受损厌氧氨氧化菌群于三周后菌群的干重值示意图；
图2是添加信号因子后受损厌氧氨氧化菌群于三周后菌群的厌氧氨氧化活性值示意图；
其中，未加入外源信号分子的对照试验组（sample A），添加C6-HSL（30mg/L）的试验组（sample B），添加C8-HSL（30mg/L）的试验组(sample C)。
Claims (1)
1.一种快速修复受损厌氧氨氧化菌群的方法，其特征在于，在受损菌群的恢复培养过程中添加高丝氨酸内酯类信号分子提高厌氧氨氧化菌群的活性和增殖速率，在所述菌群中，Planctomycetes含量60-80％，且所述菌群能高效去除废水中的氨氮和亚硝酸氮，所述高丝氨酸内酯类信号分子为C6-HSL或C8-HSL，高丝氨酸内酯类信号分子的添加量为30mg/L，所述恢复培养的条件为温度35-37℃，pH 7.3-8.4，底物氨氮和亚硝酸氮浓度均为60-100mg/L,溶解氧浓度小于0.5mg/L，所述提高厌氧氨氧化菌群的活性和增殖速率为：C6-HSL通过提高厌氧氨氧化菌活性和增殖速率来提高氮去除负荷，和非加入外源信号分子的对照试验相比，厌氧氨氧化活性增加45％，增殖速率提高30％，氮去除负荷提高80％；C8-HSL显著提高细菌的生长速率，和对照相比菌群增殖速率提高近一倍，氮去除负荷提高70％。
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