反硝化耐冷菌AcinetobacterjohnoniiDBP3的低温除磷特性

第32卷第7期2012年7月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.7Jul.,2012基金项目:国家自然科学基金(No.31071862,51109089);吉林省科技发展计划项目(No.20100141);吉林省教育厅重点项目(No.201132)SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.31071862,51109089),theProgramofScienceandTechnologyDevelopmentPlanofJilinProvince(No.20100141)andtheResearchFoundationofEducationBureauofJilinProvince(No.201132)作者简介:李明堂(1976—),男,副教授(博士),E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:LIMingtang(1976—),male,associateprofessor(Ph.D.),E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]李明堂,郝林琳,刘梦洋,等.2012.反硝化耐冷菌AcinetobacterjohnoniiDBP-3的低温除磷特性[J].环境科学学报,32(7):1557-1562LiMT,HaoLL,LiuMY,etal.2012.CharacterizationofphosphateremovalbythepsychrotolerantdenitrifyingbacteriumAcinetobacterjohnoniiDBP-3atlowtemperature[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(7):1557-1562反硝化耐冷菌AcinetobacterjohnoniiDBP-3的低温除磷特性李明堂1,郝林琳2,刘梦洋1,赵兰坡1,∗1.吉林农业大学资源与环境学院,长春1301182.吉林大学畜牧兽医学院,长春130062收稿日期:2011-08-30　　　修回日期:2011-10-14　　　录用日期:2011-10-31摘要:通过批实验技术研究了不同条件下一株反硝化耐冷菌AcinetobacterjohnoniiDBP-3(Genbank登录号JN314436,保藏号CGMCC4753)的低温除磷特性.结果表明,菌株可分别利用氧气(O2)、硝酸根(NO-3)和亚硝酸根(NO-2)为电子受体吸收溶液中的磷酸盐,不同电子受体条件下吸磷效能的大小顺序为:氧气硝酸根亚硝酸根.NO-3的浓度为0~150mg·L-1时,菌株对磷酸盐的吸收能力随着NO-3浓度的增加而增加.亚硝酸盐浓度为0~20mg·L-1时菌株对磷酸盐的吸收能力随NO-2浓度的增加而明显增加;浓度为20~60mg·L-1时,菌株对磷酸盐的吸收能力受NO-2浓度的影响较小;浓度达80mg·L-1时,菌株的除磷能力明显下降.不同碳源条件下厌氧培养的菌体细胞在缺氧条件下培养时对磷酸盐的去除能力大小顺序为:乙酸钠柠檬酸钠葡萄糖.菌株除磷的适宜pH值范围为7~9.温度为5℃时,菌株仍保持一定的除磷能力,随着温度的升高除磷能力逐渐增加,当温度达35℃时,除磷能力开始下降.菌株对盐度的耐受性在好氧培养时大于缺氧培养.缺氧培养48h,菌体细胞中磷的平均含量可达5.7%,而厌氧培养的菌体细胞中磷的最低含量为2.6%,表现出了明显的聚磷和释磷特性.研究结果可为低温富营养化水体或富氮磷污水的生物处理提供理论依据.关键词:耐冷菌;反硝化除磷;电子受体;碳源文章编号:0253-2468(2012)07-1557-06　　　中图分类号:X172　　　文献标识码:ACharacterizationofphosphateremovalbythepsychrotolerantdenitrifyingbacteriumAcinetobacterjohnoniiDBP-3atlowtemperatureLIMingtang1,HAOLinlin2,LIUMengyang1,ZHAOLanpo1,∗1.CollegeofResourcesandEnvironment,JilinAgriculturalUniversity,Changchun1301182.CollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,JilinUniversity,Changchun130062Received30August2011;　　　receivedinrevisedform14October2011;　　　accepted31October2011Abstract:Underdifferentconditions,theremovalofphosphatebyapsychrotolerantdenitrifyingbacteriumAcinetobacterjohnoniiDBP-3(JN314436,CGMCC4753)wasstudiedbyusingbatchtestingexperiment.ResultsshowedthatstrainDBP-3tookupphosphatebasedonthreetypesofelectronacceptorsintheorderofoxygennitratenitrite.ThecapacityofstainDBP-3intakingupphosphaterangedfrom0to150mg·L-1,andincreasedwithincreasednitrateconcentration.Ontheotherhand,phosphateremovalrateobviouslyincreasedwiththeincreasednitriteconcentrations,whichrangedfrom0to20mg·L-1;buttherewasnosignificantincreaseinthephosphateremovalrateatnitriteconcentrationfrom20to60mg·L-1andtherateofphosphateremovalinverselydecreasedwhenthenitriteconcentrationincreasedover80mg·L-1.Inanoxiccondition,theremovalrateofphosphatebycellsofstrainDBP-3grewinculturalfluidswithdifferentsolecarbonsources,followingtheorderofsodiumacetatesodiumcitrateglucose.ThesuitablerangeofpHvalueforstrainDBP-3inremovingphosphatefromculturalfluidswasfrom7to9.ItshouldbenotedthatthestrainDBP-3removedphosphateevenat5℃andthephosphateremovalincreasedwiththeincreasedtemperaturefrom5to30℃.However,theremovalrateofphosphatedecreasedwhenthetemperatureincreasedto35℃.StrainDBP-3wasmoreresistanttosalinityinaerobicconditionthaninanoxiccondition.Theaverage环　　境　　科　　学　　学　　报32卷phosphatecontentincellsofstrainDBP-3wasupto5.7%,after48hofanoxicincubation.Incontrast,thelowestphosphatecontentincellswas2.6%underanaerobicculturingcondition.TheseshowedthatstrainDBP-3wasonekindofphosphateaccumulating/releasingmicroorganism.Thisstudycouldprovidetheoreticalbasisforthebiologicaltreatmentofeutrophicwaterbodyandnitrogen-andphosphate-richsewage.Keywords:psychrotolerantbacteria;denitrifyingphosphorusremoval;electronacceptor;carbonsource1　引言(Introduction)我国南方地区主要湖(库)的水体富营养化形势严峻,严重威胁了水生生态系统的健康和饮用水安全,且已出现向北方蔓延的趋势.目前,对富营养化水体的生物治理研究主要是基于水华爆发时植物和/或微生物对南方地区湖(库)中氮和磷的转化与固定(姜霞等,2009),对在低温及冰封条件下有效去除水体中氮和磷的研究相对较少(黄继国等,2008).由于气候和地质差异,南方地区主要湖泊和水库的富营养化防治技术在北方地区的应用具有一定的局限性,所以有必要探寻出针对北方地区地理及气候特点的水体富营养化防治方法.耐冷菌是指在0~5℃可生长繁殖,耐受温度最高可达20℃以上的微生物,其分布范围较广,从常冷到不稳定的低温环境中均可分离到,其在低温期较长的北方地区的污水处理和水环境污染修复领域的应用正受到人们的广泛关注,成为当前研究的热点(韩洪军等,2007;Kurolaetal.,2007;孙凌等,2009).研究表明,对溶解氧水平具有高度适应能力的一类反硝化细菌可分别利用氧气、硝酸根和亚硝酸根离子为电子受体过量摄取磷酸盐,实现同步脱氮除磷和一碳两用(Huetal.,2003;Guisasolaetal.,2009;Maetal.,2009),并且在低温污水处理和富营养化水体生物修复方面的作用正逐渐受到重视.富氮磷水体存在明显的溶解氧分层和碳源分布不均现象,应该会有上述反硝化聚磷菌存在,因此,通过定向富集培养,分离出这类细菌,同时借助工程辅助手段将其应用于富营养化水体的生物治理,对于改善水质和实现水生生态系统的良性循环会产生积极的意义.基于此,本文从富营养化水体中分离出的一株反硝化耐冷菌,研究其在不同温度、pH值、碳源、电子受体和盐度下对磷酸盐的去除特征,以期为利用生物法有效降低低温水体中氮磷的内源负荷研究提供理论依据和技术支持.2　材料与方法(Materialsandmethods)2.1　实验用菌株所用菌株为本课题组采用SBR反应器,通过间歇曝气培养方式从低温富营养化水体中分离出的一株反硝化耐冷菌,16SrRNA序列分析表明该菌株属于不动杆菌属,与约氏不动杆菌的亲源关系最近,将其命名为DBP-3,Genbank登录号为JN314436,中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏号为CGMCC4753.10℃下,该菌株能在好氧和缺氧条件下以NO-3、NO-2为电子受体进行反硝化,反硝化效能的大小顺序为缺氧好氧;硝酸根亚硝酸根.2.2　液体培养基缺氧培养基:KNO30.5g、NaAc1.0g、KH2PO40.1g、MgSO4·7H2O0.2g、NaCl0.2g、(NH4)2SO42.0g、CaCl2·2H2O0.025g,微量元素溶液1.0mL,蒸馏水1000mL,pH=7.2.厌氧培养基:KNO30.5g、NaAc3.0g、KH2PO4