用于分离菌株的活性污泥取自陕西某造纸厂好氧池,污泥呈黑色、絮状。
(1)富集培养液(g/L):蛋白胨3.00,酵母粉3.00,MgCl2·7H2O0.15,CaCl20.10。
(3)固体培养基:在液体培养基中加入2%的琼脂粉,经1×105Pa高压灭菌30min倒入直径为9cm的无菌培养皿,冷却后得到固体分离培养基平板。
苯酚、蛋白胨、酵母粉,国药集团分析纯试剂;4-氨基安替比林、铁氰化钾、氨水、(NH4)2SO4、K2HPO4、NaCl、KH2PO4、NH4Cl、CaCl2、MgCl2,天津市大茂化学试剂厂分析纯试剂;烟酸、盐酸硫胺、次氮基三乙酸、L-天冬氨酸,天津市科密欧化学试剂有限公司分析纯试剂;其他试剂均为分析纯试剂。
生物安全柜,新加坡ESCO公司;高速离心机,长沙英泰仪器有限公司;紫外可见分光光度计,上海佑科仪器仪表有限公司;立式压力蒸汽灭菌锅,重庆雅玛拓科技有限公司;双层恒温摇床,江苏盛蓝仪器制造有限公司;分析天平,余姚市金诺天平仪器有限公司;pH计,梅特勒-托利多仪器有限公司;磁力搅拌器,艾卡仪器设备有限公司等。
(1)分光光度法:用空白培养基作参比,用紫外可见分光光度计在波长为600nm下测定菌液的OD值,记作OD600。此方法主要用于间接反映液体培养基中的微生物生长状况。
(2)稀释平板计数法:样品经分散和适当稀释后取一定量的稀释液涂布到平板上,30℃培养至待平板上生长出肉眼可见的菌落,统计菌落数。此方法主要用于测定菌剂的有效活菌数量。
(1)4-氨基安替比林分光光度法:待测样品在8000r/min条件下离心5min后取上清液采用分光光度法测定苯酚含量。
(2)高效液相色谱法:待测样品在8000r/min条件下离心5min,取上清液经0.22μm微孔滤膜过滤后采用高效液相色谱仪测定苯酚的浓度。测定条件为:C18柱(250mm×4.6mm)作为固定相,40/30(体积比)的甲醇、水系作为流动相;紫外检测器检测波长为270nm;流速1mL/min,柱温30℃,进样体积20μL。
苯酚降解率=(反应前苯酚浓度-反应后苯酚浓度)/反应前苯酚浓度×100%。
分离株的分子生物学鉴定采用ITSrDNA测序分析,用于ITSrDNA扩增的PCR反应引物为ITS4(5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)和ITS5(5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′)。PCR反应体系(50μL):模板DNA(5ng/μL)1μL,10×Buffer5μL,Mg2+(2.5mmol/L)3.75μL,dNTPs(2.5mmol/L)5μL,TaqDNA酶(5U/μL)0.25μL,上、下游引物(20μmol/L)各1μL,ddH2O33μL。PCR反应条件:94℃5min;94℃1min,55℃1min,72℃1min,30个循环;72℃5min;4℃保存。用1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR扩增产物。将PCR扩增产物交生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序,将测序结果通过BLAST与NCBI数据库序列进行比对。
为了使好氧型苯酚降解菌成为活性污泥中的优势菌群,利用苯酚为唯一碳源的选择培养基对其进行逐级驯化培养。取10g活性污泥置于装有100mL苯酚浓度为200mg/L选择培养基的锥形瓶中,用棉花封口后,放入恒温摇床中30℃、200r/min振荡培养。当培养基中的苯酚完全降解时,取20mL菌悬液接入含有400mg/L苯酚的选择培养基中。以此逐级提高苯酚的浓度,最终得到可以降解2000mg/L苯酚的降酚菌菌群。
将富集、驯化后的菌体培养液按10-1-10-10梯度稀释,然后在固体分离培养基上进行涂布分离操作,涂布后的培养皿倒置于恒温培养箱中,30℃条件下进行好氧培养。随时观察,当平板上长出小型菌落,通过菌落形态观察和显微镜观察区别不同特征的单个菌落,挑取不同菌落分别进行平板划线分离多次,获得纯菌。选取不同纯菌株进行1200、1400、1600、1800mg/L等浓度苯酚的降解实验,计算苯酚降解率。选择对苯酚耐受性高、降解率高的菌株作为后续研究对象并对其进行鉴定。
将分离筛选得到的好氧降酚菌菌落接种到富集培养液中30℃、200r/min扩大培养,定时测定OD600,当其生长至对数期时,将菌液接种到含苯酚的选择培养液中进行苯酚降解实验。通过单因素实验考察不同氮源、不同氮源浓度、pH、温度和接种量等参数对菌株降解苯酚能力的影响,优化降酚菌的降解性能。
为了确定QWD1菌株对苯酚的最佳降解效果,将其接种至含有1600mg/L苯酚的选择液体培养基中,分别考察不同氮源、接种量、温度、pH、不同氮源浓度对菌株降解苯酚性能的影响,以获取最佳降解条件参数。
接种量直接影响苯酚的降解效果,接种量过小时,菌株生长停滞期延长;接种量过大时,一方面增加预配养成本,另一方面微生物之间会竞争营养物质,代谢产物也会增多,从而影响苯酚降解效果。最适接种量的确定对今后的实际应用具有重要意义。
温度通过影响微生物酶活性和生长速率从而影响降解苯酚的效果,选择合适的培养温度有助于提高酶促反应,加快微生物的细胞新陈代谢速率。
称取不同载体材料各50g于烧杯中,按梯度加入菌液并使菌液和载体充分混匀,直到载体材料湿润、疏松且不结块、不粘壁时为止。实验得出蛭石、麦麸、硅藻土、谷糠4种载体的吸水率分别为25%、45%、25%、40%。
菌剂的保存稳定性直接影响其使用效果,为评价不同载体制备菌剂的稳定性,以不同载体制备的4种菌剂分别保存于4℃和常温(25±5℃)条件下,在2、10、20、35、60、90d时分别取1g菌剂到装有100mL无菌水的锥形瓶中200r/min振荡2h,用稀释平板计数法测定载体活菌数,设置3组平行实验并计算平均值。
苯酚是许多工业废水中最常见的污染物之一,其环境暴露后的生态危害极大,基于微生物降解的含苯酚污水处理技术集反应条件温和、成本低和无二次污染等优点,极具开发潜力。目前,很多研究者通过不同方法从环境样品中分离获得了多种降解苯酚的细菌,并做了大量的研究工作,但对降酚真菌的研究还较少。本研究从处理造纸厂废水活性污泥中分离筛选出的Magnusiomycescapitatus真菌QWD1,目前尚未有对其在含酚废水处理中应用的报道。对影响苯酚降解的实验因素进行优化后表明,相较于现在已分离出的一些降酚菌株,QWD1更能承受较高的有机负荷且降解效率高,28h对1600mg/L苯酚的最大去除率达到97.15%。
综上所述,本研究分离得到一株高浓度苯酚耐受性和高降解效率的真菌菌株QWD1,并制备了稳定性高、活性高、应用环境广泛的固定化降酚菌剂,在含酚废水生物强化处理方面极具应用潜力。