高效除磷工程菌Pseudomonas putida GM6-PPK1的构建及其除磷能力研究

ppk1 基因编码的多聚磷酸盐激酶主要负责多聚磷酸盐的合成,其表达量的高低直接决定聚磷菌的聚 P 能力的强弱.Pseudomonas putida GM6 是从 EBPR 好氧池活性污泥中分离获得的一株具有聚 P 能力的菌株,该菌株含有两个编码多聚磷酸盐激酶的基因(ppk1 和 ppk2).通过 PCR 从高效聚磷菌株总 DNA 中扩增得到了 ppk1 及其启动子,并定向克隆到 pBBRMCS-5 载体上,构建了重组质粒 pMEPE-PPK,在辅助质粒 pRK2013 的帮助下,通过三亲接合将 pMEPE-PPK 转移到原始菌株 GM6 中,获得的工程菌 P. putida GM6-PPK1.GM6-PPK1 除 P 能力较原始菌株 GM6 和对照菌株 GM6-P5 提高了 54%,生长能力较原始菌株也有一定增强.通过模拟 EBPR 工艺,发现 GM6-PPK1 在厌氧/好氧交替的环境条件下强化表达不但提高了菌体好氧段的吸 P 能力,而且厌氧段 P 的释放和 PHA 的合成较之原始菌株也有显著增加.     

活性污泥生物除磷机制及其影响因素

高效生物除磷的活性污泥系统主要有Ｐｈｏｒｅｄｏｘ、ＵＣＴ、ＭＵＣＴ、Ａ／Ｏ、间歇式活性污泥法等工艺。其特点是先有一厌氧区，后有一好氧区，厌氧区内发生磷的大量释放、好氧区内则造成磷的大量吸收；主要除磷生物是不动细菌属Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ．ｓｐ，污水性质、毒物、操作参数、溶解氧浓度、厌氧区中投加基质对污泥除磷性能均有一定的影响。     

Pseudomonas putida GM6的gfp基因标记及在活性污泥中的定殖

强化生物除磷（EBPR）工艺在废水生物除磷中广为应用,但由于对EBPR工艺的微生物学和分子机理尚不了解,对大规模生活污水处理厂EBPR工艺处理效果突然恶化和运行不稳定等状况难以预测和控制。本研究利用本实验室分离鉴定的高效聚磷菌Pseudomonas putida GM6,来进行投菌试验以快速恢复和强化活性污泥的除磷能力。为了解GM6菌株在装置中的定殖情况,首先,通过三亲结合对Pseudomonas putida GM6成功进行了gfp基因标记;其次,将标记菌株GMTR投至实验室规模除磷效果不好的序批式反应器（SBR）装置中,研究GMTR在活性污泥中的定殖情况,投菌初期,GMTR占污泥细菌总数的1.5%～3%;至21d时,GMTR所占比例升至9.2%,GMTR在活性污泥中得以定殖。与此同时,研究了投菌后R2的聚磷能力变化,投菌5d后,磷的去除率逐渐提高,运行21d时磷的去除率升至96%,28d后出水浓度稳定在0.2mgL^-1左右。结果表明,Pseu-domonas putida GM6能快速启动强化废水生物除磷功能。这为下一步的大规模的工程化应用提供了科学依据。     

球形红杆菌磷耐受能力和除磷特性的研究

通过纯种培养试验，考察了废水生物除磷优势菌球形红杆菌的磷耐受能力和除磷特性。结果表明，球形红杆菌具有较强的磷耐受能力，且磷酸盐含量会对其除磷特性产生一定的影响。缺磷环境会使菌体产生过量摄磷现象；而在高磷环境下，菌体摄磷量的变化趋势与直接转入富磷培养类似：磷酸盐含量为1％时，菌体摄磷量基本未发生变化，当磷酸盐含量达到2％时，由于菌体的生长受到影响，摄磷量略有下降。结果还表明，球形红杆菌在微好氧培养过程中能达到与厌氧－－微好氧培养过程相似的除磷效果，从而提示只要废水中存在足够的碳源，即使全部是微好氧过程，该菌也能有效地摄取磷酸盐而达到较好的除磷效果，由此可见，将球形红杆菌应用于高浓度含磷废水的实际处理工艺中前景看好。     

浮游动物在生物操纵法除藻中的作用研究

采用室外现场实验和室内受控生态系统实验相结合的方法,研究了富营养化水体中浮游动物对藻类生长的控制作用。对浮游动物与藻类的计数与测量数据,利用SPSS统计软件进行了方差分析（LSD多重比较法）和相关性分析。实验结果显示,总磷含量比总氮含量对浮游动物生长的影响更大。浮游动物与藻类之间呈现显著或极显著相关关系,说明浮游动物群体,尤其甲壳类群体,在适当条件下对藻类群体以及其中的蓝藻有一定的控制作用。适当的鱼类密度下,浮游动物能够起有效的控藻作用,但鱼类密度过高会抑制该作用。底泥在生态系统中起重要作用,能够影响浮游动物对藻类的摄食力。     

生物滞留设施对地表径流中磷去除效果的研究述评

城市地表径流污染是仅次于农业污染的第二大面污染源。地表雨水径流中含有较高浓度的营养物,若直接排放到城市水体中,会给城市水体造成污染。生物滞留设施作为一种LID原位雨水径流控制措施,水质净化效果非常突出,但也有研究表明该技术对营养物的去除效果较差且很不稳定。在参阅国内外大量文献的基础上,综述了生物滞留设施的研究及运行现状,并针对其目前存在的问题,提出了改善除磷效果的措施,以期为生物滞留设施的进一步研究、设计和运行提供借鉴。     

行檬酸和乙酸对致腐假单胞菌的抗生物被膜研究

为探究有机酸对食品中致腐假单胞菌抗生物被膜活性,本试验测定了柠檬酸(CA)和乙酸(AA)对荧光及隆德假单胞菌的最小抑菌浓度(MIC)和生物被膜抑制能力,通过结晶紫法、苯酚-硫酸法和显微镜观察等分析亚抑菌浓度有机酸处理对2种假单胞菌的生物被膜形成、胞外多糖(EPS)和被膜结构变化及菌体运动性和蛋白酶活性的影响.结果表明,...     

柠檬酸和乙酸对致腐假单胞菌的抗生物被膜研究

为探究有机酸对食品中致腐假单胞菌抗生物被膜活性,本试验测定了柠檬酸(CA)和乙酸(AA)对荧光及隆德假单胞菌的最小抑菌浓度(MIC)和生物被膜抑制能力,通过结晶紫法、苯酚-硫酸法和显微镜观察等分析亚抑菌浓度有机酸处理对2种假单胞菌的生物被膜形成、胞外多糖(EPS)和被膜结构变化及菌体运动性和蛋白酶活性的影响。结果表明,CA和AA对荧光假单胞菌的MIC分别为2.1和1.0 mg·mL^-1。2种有机酸添加浓度为1/4 MIC、1/2 MIC时能显著降低荧光和隆德假单胞菌的生物被膜和EPS分泌量,其中,1/2 MIC CA和1/2 MIC AA处理下生物被膜形成分别减少53.00%和52.19%,EPS分泌量分别降低54.43%和57.85%。光学和共聚焦显微镜(CLSM)观察发现,假单胞菌在亚抑菌浓度有机酸处理下粘附菌量明显降低,被膜变薄,被膜内死细菌增加,其中荧光假单胞菌成熟被膜为50.0 μm,而1/2 MIC AA和1/2 MIC CA处理下仅为9.8和10.2 μm,且菌体群集和泳动性变得微弱,尤其是AA处理。假单胞菌的蛋白酶活性在弱有机酸作用下显著下降,其酶活性降低22.21%~34.10%。综上表明,亚抑菌浓度CA和AA具有良好的抗假单胞菌生物被膜活性,其中AA的抑制作用更强。本研究为有机酸应用于生鲜食品保鲜提供了理论依据。     

假单胞菌Nwu1-mu对陕北石油污染土壤的生物修复作用研究

选用假单胞菌Nwu1-mu对陕北地区石油污染土壤进行生物修复。通过检测修复过程中土壤样品的菌体生长数量、脱氢酶活性、表面张力和石油烃及其组分降解率综合考察了菌株对石油烃类物质的降解作用。结果表明,在不添加营养物质的前提下假单胞菌Nwu1-mu在60d内对石油污染土壤中的石油烃类物质降解率达到了86.5%,尤其对石油烃中的C24～C28和〉C28组分有突出的降解效果;菌株产脱氢酶和表面活性剂显示出了良好的性能,在石油烃类物质的降解过程中均起着关键的促进作用。假单胞菌Nwu1-mu显示出的强大的生物修复潜力及其不依赖于外来营养源的特性,为黄土高原的土壤生态环境修复提供了新的解决思路。     

脱氮除磷生物滤池填料制备及其对农村生活污水的处理效果

针对农村生活污水处理过程中,总氮(TN)和总磷(TP)难以直接达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的难题,该研究研制出一种新型脱氮除磷滤料,并对其表征。扫描电镜结果表明该滤料亲水性较好,表面粗糙,大量的空隙和较大的比表面积利于微生物挂膜;光学显微镜观察结果表明,生物膜生长状况良好,活性较高,无需反冲洗就能长期稳定运行。将该新型滤料用于两级生物滤池对农村生活污水的处理研究,考察了水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)、气水比、回流比及温度对系统TN和TP处理效果的影响。研究发现,在一定范围内,污染物质的去除率与水力停留时间和温度成正相关,随着气水比和回流比的增大先上升后下降;温度对TN去除的影响较为显著。试验得出系统运行的最适工况:HRT 5 h,气水比10:1,回流比50%,最利于系统脱氮温度为27℃。系统在最佳试验条件下稳定运行后,出水COD(化学需氧量)、NH_3-N、TN和TP平均质量浓度分别为18.53、0.66、9.78、0.30 mg/L,平均去除率分别为89.82%、99.80%、59.05%、88.31%,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准要求。研究结果可为实际工程和理论研究提供参考。     

基于磷去除效果的人工湿地中含活性氧化铝复合基质配比优化

为探究北方寒冷地区人工湿地中含活性氧化铝基质的除磷效果,研究选用活性氧化铝与常用的钢渣、石灰石和沸石作为基质材料,在同等条件下通过等温吸附和吸附动力学试验选择吸附能力最强的活性氧化铝。考虑基质的孔隙度及对水力停留时间的影响,将活性氧化铝与砂和石灰石按不同粒径及不同体积比例混合构建9种组合基质,以生活污水(平均磷质量浓度为2.89 mg/L)为处理对象,模拟单级垂直流人工湿地系统进行小试试验,并选取除磷效果较好的同粒径且含活性氧化铝组合基质以探索其在高质量浓度磷(15.96、38.13和68.22 mg/L)下出水水质达标情况。最后筛选出磷吸附效果最优的含活性氧化铝的组合基质,在多级垂直流人工湿地系统进行中试试验以评价其对污水中高浓度磷(20 mg/L)的去除效果。研究结果表明:1)活性氧化铝对磷的吸附能力最佳,依次为钢渣、石灰石、沸石;2)9种组合基质中75%的活性氧化铝和25%的石灰石组合基质对磷的去除率最高,达93.48%,粒径为3～5 mm且含不同比例活性氧化铝的4种组合基质对磷去除效果较好,将其应用于高浓度磷的污水处理后,出水磷浓度可以达到《北京市水污染物综合排放标准》(DB11/307-2013)中总磷A标准排放限值(0.2 mg/L);3)以75%的活性氧化铝和25%的石灰石构建的组合基质在多级垂直流人工湿地中出水磷浓度均达到A标准排放限值,去除率在94%以上。因此,研究建议以75%的活性氧化铝和25%的石灰石构建组合基质,该含活性氧化铝的基质组合在人工湿地中具有良好的除磷效果和应用价值。     

Increased phosphorus availability from sewage sludge ashes to maize in a crop rotation with clover

A recycling of Phosphorus (P) from the human food chain is mandatory to secure the future P supply for food production. However, many available recycled P fertilizers from sewage sludge do not have an adequate P bioavailability and, thus, are not suitable for their application in soils with pH >5.5–6.0, unless being combined with efficient mobilization measures. The aim of the study was to test the P mobilization ability of red clover (Trifolium pratense L.) from two thermally recycled P fertilizers for a subsequently grown maize. Two sewage sludge ashes (SSA) were investigated in a pot experiment at soil pH 7.5 with red clover differing in its nitrogen (N) supply (added N fertilizer or biological N₂ fixation (BNF)), followed by maize (Zea maize L.). Shoot dry matter of maize was almost doubled when N supply of previous grown clover was covered by BNF, instead of receiving added N fertilizer. Similarly, shoot P removal of maize following clover with BNF was significantly increased. It is suggested that the P mobilization is related to the BNF, and a proton release of N₂ fixing clover roots led to the measured decrease in soil pH and thereby increased P availability of the tested fertilizers.     

有机肥配施荧光假单胞菌肥对玉米产量与复垦土壤磷素有效性的影响

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2a的定位培肥试验,共设置7个处理：不施肥（CK）、单施化肥（CF）、化肥配施荧光假单胞菌（CFB）、单施有机肥（M）、有机肥配施荧光假单胞菌（MB）、化肥配施有机肥（MCF）、化肥有机肥配施荧光假单胞菌（MCFB）。采集各处理土壤样品测定相关指标,并通过相关性分析和结构方程模型来探究各形态磷与有效磷以及土壤磷酸酶之间的关系。结果表明：1）在整个试验周期（2021—2022年）,与CK相比,不同施肥处理均能显著提高玉米产量以及各形态磷素。其中,以MB处理下的玉米产量、有效磷、磷活化系数、不稳定态磷以及部分不稳定态磷含量最高,与CK处理相比,玉米产量显著提高2.4倍,有效磷含量、磷活化系数值、不稳定态磷含量、部分不稳定态磷含量分别显著提高4.5倍、4.67倍、0.98倍、1.16倍。2）与CK处理相比,化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够显著提高土壤微生物量磷以及酸性和碱性磷酸酶活性,配施荧光假单胞菌后,微生物量磷水平和碱性磷酸酶活性均以MB较M处理提升效果最佳,分别显著提高27.08%和9.56%。3）结合相关性分析以及结构方程模型,随着荧光假单胞菌和化肥有机肥的施入,在提高不稳定态磷素含量的同时也提高有效磷的供应能力,促进磷素在农田生态系统中的循环转化,产生积极的正向影响。化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够一定程度上影响复垦土壤玉米产量及产量性状、各形态磷素及有效性和微生物活性,对复垦土壤脆弱的农田生态系统产生积极影响。     

Seed priming with Pseudomonas putida isolated from rhizosphere triggers innate resistance against Fusarium wilt in tomato through pathogenesis-related protein activation and phenylpropanoid pathway

Pathogenesis-related (PR) proteins are one of the major and preliminary proteins accumulated as a defense against biotic stress. This defense response can be induced by using beneficial rhizobacteria, which has been studied in various host-pathogen interactions. In the present study, eleven Pseudomonas isolates were assessed for their potential to ferment sorbitol, reduce nitrate, and produce mycolytic enzymes, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase, phenazine antibiotics, and N-acyl homoserine lactones (AHLs). All isolates were tested against the host-specific pathogen Fusarium oxysporum MTCC1755 in tomato under greenhouse conditions, and shortlisted isolates were tested for their rhizosphere competence. In-vitro test results showed that the isolates were able to produce mycolytic enzymes, including protease, lipase, chitinase, cellulase, and amylase, and the antibiotic phenazine and were negative for pyoluteorin. All the isolates except two were positive for ACC deaminase production. Greenhouse results showed that the isolates M80, M96, and T109 significantly reduced symptoms of Fusarium wilt. Extended greenhouse tests under autoclaved and unautoclaved soil conditions showed that M80, M96, and T109 were excellent rhizosphere competitors and were identified as Pseudomonas putida. In brief, the defense-specific biochemical variations in the host could describe the improved defense against Fusarium wilt occurring in the primed plants. These three Pseudomonas strains could be used as potential biocontrol agents, along with their rhizosphere competence.     

凤眼莲对不同程度富营养化水体氮磷的去除贡献研究

采用人工模拟方法,研究了凤眼莲在不同程度富营养化水体中对N、P的吸收和去除作用。结果表明,凤眼莲在总氮(TN)、总磷(TP)初始浓度分别为2.06～20.08mg·L-1和0.14～1.43mg·L-1的4种富营养化水体中均可正常生长,近1年的试验中,凤眼莲总生物量累计增加41.03～47.12kg·m-2,平均生物量增长率为0.096～0.262kg·m-2·d-1。凤眼莲地上部N和P平均含量分别为24.16～34.15mg·g-1和3.46～6.90mg·g-1;地下部N和P平均含量分别为11.76～18.45mg·g-1和6.02～8.50mg·g-1。凤眼莲在4种富营养化水体中的N和P吸收量累计分别为43.06～71.16g·m-2和8.68～16.63g·m-2,且随水体初始N、P浓度的升高而增加,并与自身生物量呈极显著正相关(P0.01)。在N、P负荷较低的水体(Ⅰ和Ⅱ)中,凤眼莲吸收对N、P的去除贡献均超过100%,表明凤眼莲吸收利用了底泥中部分N和P;而在N、P负荷较高的水体(Ⅲ和Ⅳ)中,凤眼莲吸收对N、P的去除贡献也均超过42.32%和83.79%。因此,本试验条件下凤眼莲吸收在水体N、P去除中起主要作用。     

秸秆炭强化镁镧氧化物对沼液磷的回收效果

为回收沼液中的磷元素,前期研究采用了由镁镧金属离子调控合成的层状双金属氢氧化物（Mg/La0.1-LDO）材料,发现其具有丰富的层间离子和纳米粒子,在磷吸附方面体现了优异性能,但材料回收的分散性及原料成本高等因素降低了其应用价值。该研究利用农作物（水稻、玉米）秸秆固定强化Mg/La0.1-LDO,通过共热解法制备了不同温度（400、500和600 ℃）的秸秆炭镁镧双金属氧化物纳米复合材料（BC-LDO）,考察不同条件下制备的BC-LDO对沼液磷的回收能力和机理。结果表明,高温（600 ℃）热解更有助于纳米粒子固定在秸秆炭上,秸秆炭强化镁镧氧化物复合材料（6YBC-LDO）含有丰富的介孔和微孔,更易与磷酸盐结合形成LaPO4沉淀和配体交换形成Mg3(PO4)2内球络合物,6YBC-LDO对磷酸盐具有高度选择吸附性并可多次重复利用,能在30 min内回收沼液中90%的磷,饱和吸附量达366.39 mg/g。将该材料应用于沼气工程沼液磷回收处理中,投加2 g/L吸附剂可去除沼液中90%以上的磷酸盐,表明采用6YBC-LDO处理沼液具有良好应用前景。