亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        馬鈴薯淀粉廢水降解功能菌株的篩選及其降解條件優(yōu)化*

        2021-10-11 02:58:56惠治兵畢江濤李文兵
        環(huán)境污染與防治 2021年9期
        關鍵詞:優(yōu)化實驗

        惠治兵 畢江濤 李文兵 劉 鵬 孫 權(quán)

        (1.寧夏大學農(nóng)學院,寧夏 銀川 750021;2.寧夏大學環(huán)境工程研究院,寧夏 銀川 750021)

        我國是世界上馬鈴薯淀粉產(chǎn)量最大的國家,年產(chǎn)量約占世界的85.9%,馬鈴薯淀粉廢水具有高COD、高濁度、高泡沫且易產(chǎn)生惡臭的特點,未經(jīng)處理的淀粉廢水排放后對環(huán)境造成了較大的影響[1],不僅引起水體微生物的大量繁衍,消耗水中的溶解氧導致水生生物缺氧死亡,而且其自然發(fā)酵易產(chǎn)生H2S、NH3、吲哚等氣體污染物,會給生態(tài)環(huán)境造成較大壓力[2-3]。國外較多企業(yè)都嘗試用化學、物理的方法來處理馬鈴薯淀粉廢水,但受設備投入及運行成本的制約,應用普及不太理想。研究顯示1 t淀粉廢水中,含有約2.37 kg糖、0.26 kg氮、0.83 kg含硫蛋白物質(zhì)和1.16 kg膠類,其有效成分適宜微生物生長,因此,利用微生物處理馬鈴薯淀粉廢水具有一定的應用前景[4-6]。AGORINYA[7]從馬鈴薯淀粉廢水的活性污泥中分離得到具有COD降解功能的微生物,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)優(yōu)化的單菌株對COD去除能力較弱,所以對高效功能菌株的篩選和其降解條件優(yōu)化迫在眉睫。

        本研究以寧夏某馬鈴薯淀粉加工廠的馬鈴薯淀粉廢水為菌源,從中篩選目標菌株,并對COD的降解能力進行優(yōu)化,以期為馬鈴薯淀粉廢水的生物法處理提供菌種資源和理論指導。

        1 材料與方法

        1.1 材 料

        1.1.1 菌株來源

        采樣點位于寧夏某馬鈴薯淀粉加工廠,馬鈴薯淀粉生產(chǎn)能力為2萬t/a,產(chǎn)生馬鈴薯淀粉廢水約10萬t/a,COD的初始值為22 987 mg/L,研究所需菌株篩選自該廢水。

        1.1.2 培養(yǎng)基

        富集培養(yǎng)基:將1 L的馬鈴薯淀粉廢水pH調(diào)節(jié)至7.0,添加酵母粉1 g/L,蛋白胨1 g/L,121 ℃滅菌20 min[8]53。

        分離培養(yǎng)基:蛋白胨10 g/L,氯化鈉l5 g/L,牛肉浸膏5 g/L,瓊脂20 g/L,滅菌馬鈴薯淀粉廢水1 L,pH為7.0。

        溶菌肉湯(LB)液體培養(yǎng)基:胰蛋白胨10 g/L,酵母浸粉5 g/L,氯化鈉5 g/L,蒸餾水1 L,pH為7.0。

        營養(yǎng)瓊脂(NA)培養(yǎng)基:蛋白胨10 g/L,牛肉膏3 g/L,氯化鈉5 g/L,瓊脂15 g/L,pH為7.0。

        1.2 方 法

        1.2.1 菌株富集

        將取樣廢水以10.0%(體積分數(shù),下同)的接種量接種于富集培養(yǎng)基中,在28 ℃、150 r/min條件下恒溫振蕩培養(yǎng)2 d,取10%富集物重新接種于新的富集培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)2 d,重復3次獲得富集菌群[8]53。

        1.2.2 菌株的分離與純化

        從上述富集培養(yǎng)液中取1 mL于滅菌試管并加入9 mL無菌水稀釋后,依次重復稀釋制備10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍數(shù)的稀釋液,均勻涂布在分離培養(yǎng)基平板上,將培養(yǎng)基置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h之后,挑選長勢良好、形態(tài)不同的單菌落,采用平板劃線法純化3~4次,于-20 ℃冰箱保存[9]。

        1.2.3 功能菌株的復篩

        取純化好的菌株接種于LB液體培養(yǎng)基,在28 ℃、150 r/min的條件下培養(yǎng)3 d后,6 000 r/min離心10 min獲得高密度菌體,并用無菌水將其調(diào)節(jié)為600 nm波長處的吸光值(OD600)為1的菌懸液,以2%的接種量接入供試水體中,pH為7.0,溫度28 ℃、150 r/min的條件下振蕩培養(yǎng),每天上午10點測定水體中的COD,COD采用重鉻酸鉀法測定[10],每個處理重復3次,同時設空白對照(CK)。

        1.2.4 菌株形態(tài)學和生理生化鑒定

        菌株形態(tài)學鑒定參考《伯杰細菌鑒定手冊》。生理生化測定項目主要包括甲基紅實驗、乙酰甲基甲醇(V-P)實驗、氧化酶實驗、淀粉水解實驗、硫化氫產(chǎn)氣實驗、α-乳糖實驗、明膠水解實驗、葡萄糖氧化酶實驗、檸檬酸鹽實驗和脲酶實驗,以上測定均參照《常見細菌系統(tǒng)鑒定手冊》進行。

        1.2.5 分子生物學鑒定及系統(tǒng)發(fā)育關系

        將純化好的菌株接種于斜面,進行16S rDNA序列測定,正向引物27F(5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’),反向引物1492R(5’GGTTACCTTGTTACGACTT-3’),對菌株進行16S擴增。多聚酶鏈式反應(PCR)擴增程序:95 ℃ 5 min;95 ℃ 40 s,55 ℃退火40 s,72 ℃ 90 s,32個循環(huán);72 ℃ 延伸10 min[11]。菌株測定序列提交NCBI(http://ncbi.nlm.nih.gov)GenBank數(shù)據(jù)庫,登錄號為MT105951。通過NCBI在線BLAST系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫中16S rDNA序列進行比對,然后選取與目標菌株同源性較強的菌株序列,通過MEGA7.0構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹[12]。

        1.2.6 菌株生長曲線的繪制

        將保存的斜面菌接種于LB液體培養(yǎng)基中,在28 ℃、150 r/min的條件下活化培養(yǎng),活化后將菌液以6 000 r/min離心,將菌體用無菌水稀釋至OD600為1的種子液,取菌株種子液,按5.0%接種量轉(zhuǎn)接至盛有滅菌后的LB液體培養(yǎng)基的三角燒瓶內(nèi),混合均勻后分別取5 mL混合液接入已標記好培養(yǎng)時間的20支試管(直徑15 mm、高度150 mm)中,硅膠塞封口,設置3次重復,以不加菌的LB液體培養(yǎng)基作為空白。將已接種的試管于28 ℃、150 r/min的條件下進行培養(yǎng),按標記的培養(yǎng)時間取出試管,測定其OD600,以空白作參比。以測得3次重復的OD600平均值為縱坐標,培養(yǎng)時間為橫坐標,繪制生長曲線[13]。

        1.2.7 菌株發(fā)酵單因素條件優(yōu)化

        (1) pH對COD的降解影響:溫度為28 ℃,接種量為2.0%,于150 r/min的條件下恒溫水浴振蕩培養(yǎng)3 d,分別測定3 d內(nèi)pH在6.0、6.5、7.0、7.5、8.0條件下馬鈴薯淀粉廢水COD的降解情況,以確定最佳發(fā)酵pH,每組3個重復,下同。

        (2) 溫度對COD的降解影響:pH為7.0,接種量為2.0%時,其他條件不變的情況下,分別測定在15、20、25、30、35 ℃水平下的COD去除效果,以確定最佳發(fā)酵溫度。

        (3) 接種量對COD的降解影響:pH為7.0,溫度為28 ℃時,其他條件不變的情況下,分別測定接種量為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%水平下的COD降解情況,以確定最佳接種量[14]。

        1.2.8 發(fā)酵條件響應面優(yōu)化

        在單因素實驗結(jié)果基礎上,采用3因素3水平的Box-Behnken響應面實驗設計法,以pH、時間和接種量為自變量,以COD為響應值進行優(yōu)化。采用Design-Expert 8.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析[15],Box-Benhnken實驗因素與水平見表1。

        表1 響應面實驗因素與水平

        2 結(jié)果與分析

        2.1 功能菌株的篩選

        從馬鈴薯淀粉廢水中經(jīng)富集、分離、純化和篩選后共得到3株具有降解COD功能的菌株,編號分別為PWF015、PWF016、PWF017。3株供試菌株對淀粉廢水COD的降解結(jié)果見表2,經(jīng)3菌株分別處理3 d后,不同處理下的馬鈴薯淀粉廢水的COD降解率與CK相比存在顯著差異(P<0.05)。處理第1天,菌株PWF015的COD降解能力與CK相比差異最為顯著,菌株PWF017次之,而菌株PWF016差異不顯著。綜合3 d的結(jié)果可以得出:菌株PWF015對馬鈴薯淀粉廢水中的COD降解效果最顯著(P<0.05),其COD降解率為60.38%,說明在相同發(fā)酵條件下,菌株PWF015對淀粉廢水的COD降解能力要強于另外兩株菌,因此后續(xù)分析均以此菌株為基礎。

        表2 不同菌株處理間效果比較1)

        注:1)不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05),圖5至圖7同。

        2.2 菌株形態(tài)學和生理生化鑒定結(jié)果

        選取菌株PWF015于NA培養(yǎng)基上培養(yǎng)12 h,然后選取有明顯單菌落的培養(yǎng)基進行菌株形態(tài)觀察。由圖1可以看出,菌落隆起,呈圓形,表面褶皺粗糙,呈白色。菌株革蘭氏染色結(jié)果為陽性,呈桿狀(見圖2)。菌株PWF015生理生化鑒定結(jié)果見表3,可以看出菌株具有降解淀粉、α-乳糖和葡萄糖等功能,對照《伯杰細菌鑒定手冊》和《常見細菌系統(tǒng)鑒定手冊》,初步鑒定該菌屬于芽孢桿菌屬(BacillusCohn)。

        圖1 菌株PWF015菌落圖Fig.1 Colony diagram of strain PWF015

        圖2 菌株PWF015革蘭氏染色鏡檢圖Fig.2 Gram staining microscopy of strain PWF015

        表3 菌株PWF015的生理生化特征1)

        2.3 分子生物學鑒定及系統(tǒng)發(fā)育關系結(jié)果

        測序序列與GenBank數(shù)據(jù)庫比對,確定該菌為芽孢桿菌屬。選取與目標菌株相似性較高的9株菌構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,結(jié)果見圖3,由系統(tǒng)發(fā)育樹可以看出:菌株PWF015與解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)KU161297.1在同一分支,說明該菌與解淀粉芽孢桿菌親緣關系最近,因此可以判斷該菌為解淀粉芽孢桿菌[16]。

        圖3 菌株PWF015的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 Phylogenetic tree of strain PWF015

        2.4 菌株生長曲線

        按標記的培養(yǎng)時間依次從冰箱取出試管,測量菌液的OD600,結(jié)果見圖4。在0~48 h,OD600呈上升趨勢,在48 h出現(xiàn)峰值,而在48 h之后逐漸穩(wěn)定并開始呈下降趨勢,說明菌株在0~48 h處于生長繁殖期且生長較快,而在48 h達生長高峰期,之后逐漸進入衰退期。

        圖4 菌株PWF015的生長曲線Fig.4 Growth curve of strain PWF015

        2.5 菌株發(fā)酵條件單因素實驗

        pH對COD降解的影響見圖5。當pH為8.0時,菌株對COD的降解效果最好(P<0.05),且優(yōu)于其他處理,COD降解率為64.27%,由此可以看出,堿性條件有利于菌株對COD的降解。

        圖5 不同pH處理下菌株對COD的降解 Fig.5 Degradation of COD by strain under different pH treatment

        溫度對COD降解的影響見圖6。隨著溫度上升菌株對COD降解能力提升較顯著(P<0.05),菌株的活性逐漸增強,對COD的降解效果隨之提升,當溫度上升為30 ℃時,COD降解率為65.89%,達到最高且差異顯著(P<0.05),而溫度上升至35 ℃卻對菌株的降解能力產(chǎn)生了抑制效果。

        圖6 不同溫度處理下菌株對COD的降解Fig.6 Degradation of COD by strain under different temperature treatment

        接種量對COD降解的影響見圖7。接種量為1.5%時,菌株對廢水COD降解能力最好(P<0.05),COD降解率為55.92%,達到最高,接種量對菌株的降解能力有一定影響,菌株過多反而會起到抑制作用。綜上所述,當pH為8.0,接種量為1.5%,溫度為30 ℃時菌株對馬鈴薯淀粉廢水的COD降解效果最佳。

        圖7 不同接種量下菌株對COD的降解Fig.7 Degradation of COD by strain under different dosage treatment

        2.6 菌株發(fā)酵條件響應面優(yōu)化

        2.6.1 Box-Benhnken實驗設計及結(jié)果

        為了進一步優(yōu)化菌株PWF015對COD降解的條件,根據(jù)單因素實驗結(jié)果,選取pH、溫度和接種量作為影響因素,以馬鈴薯淀粉廢水COD降解率作為響應值進行Box-Benhnken實驗。實驗設計及結(jié)果見表4。

        表4 Box-Benhnken實驗設計及結(jié)果

        2.6.2 二次回歸方程擬合與方差分析

        對實驗數(shù)據(jù)進行二次回歸方程擬合,得到COD降解率(Y,%)與pH(A)、溫度(B,℃)和接種量(C,%)的二次回歸方程為:

        Y=71.54+0.99A-0.49B-0.72C+0.12AB+1.05AC-0.05BC-3.21A2-6.41B2-2.78C2

        (1)

        COD降解率的F值為12.82,P<0.01,表明效應極顯著,R2=0.943 3,說明方程能夠解釋94.33%的COD降解率變化;變異系數(shù)<10%,表明實驗的可信度和精確度高[17]。

        2.6.3 兩因素交互作用對COD的影響

        由響應面分析結(jié)果可知:隨著pH和溫度的上升,COD降解率出現(xiàn)先升高后降低的趨勢,當pH為8.0,溫度為30 ℃時,響應面圖存在峰值,廢水COD的降解率為71.65%。當pH為8.0,接種量為2.0%時響應面圖存在峰值,即COD降解率達到最大。溫度為30 ℃,接種量為2.0%時廢水COD降解率達到最大。分析可知,pH/溫度和溫度/接種量對COD降解率影響的交互作用較為顯著,而pH/接種量的交互作用不顯著。結(jié)合等高線和響應面可以得出:溫度和pH對菌株降解COD的能力影響較大,接種量次之。

        2.6.4 最優(yōu)預測響應結(jié)果

        如表5所示,當pH為8.07,溫度為29.81 ℃,接種量為1.95%時達到最大理論優(yōu)化值,COD降解率為71.65%,實驗優(yōu)化效果較顯著。優(yōu)化前COD降解率為60.38%,這與劉清兵[18]在蝦養(yǎng)殖廢水中分離得到COD降解率為55%的解淀粉芽孢桿菌相比,降解能力有些許優(yōu)勢,但實際應用中略有不足,原因可能是發(fā)酵條件對解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)生α-淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶的能力和其產(chǎn)生酶的活性影響較大[19],也可能是本實驗所用馬鈴薯淀粉廢水COD過高,加上其成分復雜,菌株的降解能力未能全部發(fā)揮出來,需進一步優(yōu)化。

        表5 響應面最優(yōu)預測值

        經(jīng)響應面優(yōu)化后,菌株對COD的降解率達到71.65%,較優(yōu)化前提高了11.27百分點,總體來看,本實驗所篩的菌株和發(fā)酵條件優(yōu)化所用的響應面法,對解決馬鈴薯淀粉廢水問題提供了一定幫助,說明了本實驗研究成果的可取性。

        2.6.5 響應結(jié)果驗證

        以響應面優(yōu)化所得的理論條件進行驗證實驗,設3次重復,發(fā)酵后所得COD平均降解率為71.46%,與模型預測值僅相差0.19百分點,說明響應面法提供的模型較真實地擬合了實際情況,因此可以得出菌株PWF015在處理馬鈴薯淀粉廢水時的最佳發(fā)酵條件是pH為8.07,溫度為29.81 ℃,接種量為1.95%。因馬鈴薯淀粉廢水含有大量的糖類、蛋白質(zhì)、纖維素等有機營養(yǎng)物質(zhì)[20],為制作微生物菌劑和微生物肥料提供了良好的載體,而本實驗分離的解淀粉芽孢桿菌具有較強的COD降解能力,可以作為菌種資源,為后續(xù)的菌株復配實驗和相關產(chǎn)品研發(fā)打下了一定基礎。

        3 結(jié) 論

        (1) 從馬鈴薯淀粉加工廢水中篩選并分離得到一株具有COD降解效果的菌株,通過對該菌株形態(tài)學觀察、生理生化實驗和16S rDNA基因鑒定,確定該菌株為解淀粉芽孢桿菌。

        (2) 經(jīng)單因素實驗優(yōu)化后,結(jié)果表明當pH為8.0,溫度為30 ℃,接種量為1.5%時菌株對馬鈴薯淀粉廢水的COD降解效果最佳。響應面優(yōu)化結(jié)果表明pH、溫度、接種量分別為8.07、29.81 ℃、1.95%時,COD降解率達到了71.65%,較優(yōu)化前提高了11.27百分點。

        猜你喜歡
        優(yōu)化實驗
        記一次有趣的實驗
        超限高層建筑結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化思考
        微型實驗里看“燃燒”
        民用建筑防煙排煙設計優(yōu)化探討
        關于優(yōu)化消防安全告知承諾的一些思考
        一道優(yōu)化題的幾何解法
        由“形”啟“數(shù)”優(yōu)化運算——以2021年解析幾何高考題為例
        做個怪怪長實驗
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實驗的改進
        實踐十號上的19項實驗
        太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
        国产成人精品免费久久久久| 伊人色综合九久久天天蜜桃| 最新国产精品国产三级国产av| 青青草成人在线免费视频| 日日碰狠狠添天天爽| 久久精品国产丝袜| 丰满少妇一区二区三区专区| 青青草免费在线爽视频| 内射爽无广熟女亚洲| 91制服丝袜| 色噜噜精品一区二区三区 | 欧美怡春院一区二区三区 | 欧美日韩亚洲成人| 国产亚洲精品成人av在线| 丰满少妇被猛进去高潮| 天堂√在线中文官网在线| 日本久久久| 亚洲av一区二区网址| 国产激情久久久久影院小草| 天天躁日日躁狠狠躁av| 日本视频一区二区三区免费观看| 我的美艳丝袜美腿情缘| 国产精品福利一区二区| 中文字幕乱码免费视频| 中文字幕大乳少妇| 国产午夜免费一区二区三区视频| 免费成人在线电影| 亚洲综合久久久| 黄片一级二级三级四级| 每日更新在线观看av| 吸咬奶头狂揉60分钟视频| 无码伊人久久大蕉中文无码| 国产激情在线观看免费视频| 成人精品视频一区二区三区尤物 | 国产精品亚洲片在线观看不卡| 少妇人妻偷人精品一区二区| 熟女少妇av免费观看| 一本色道久久88—综合亚洲精品| 国产成人无码一区二区在线播放 | av在线免费观看男人天堂| 特黄做受又硬又粗又大视频小说|