一株高浓度氨氮耐受的除氨氮菌筛选、鉴定及发酵条件优化

谷雅文 于鲲鹏 任玉文 闫珂 周晓辉

谷雅文,于鲲鹏,任玉文,等. 一株高浓度氨氮耐受的除氨氮菌筛选、鉴定及发酵条件优化[J]. 食品工业科技,2021,42(7):110−118. doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020060116
引用本文: 谷雅文,于鲲鹏,任玉文,等. 一株高浓度氨氮耐受的除氨氮菌筛选、鉴定及发酵条件优化[J]. 食品工业科技,2021,42(7):110−118. doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020060116
GU Yawen, YU Kunpeng, REN Yuwen, et al. Isolation and Identification of an Ammonia Nitrogen Removal Bacteria Strain with High Tolerance to Ammonia Nitrogen and Optimization of Its Removal Condition[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(7): 110−118. (in Chinese with English abstract). doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020060116
Citation: GU Yawen, YU Kunpeng, REN Yuwen, et al. Isolation and Identification of an Ammonia Nitrogen Removal Bacteria Strain with High Tolerance to Ammonia Nitrogen and Optimization of Its Removal Condition[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(7): 110−118. (in Chinese with English abstract). doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020060116

一株高浓度氨氮耐受的除氨氮菌筛选、鉴定及发酵条件优化

doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020060116
基金项目: 河北省重点研发计划项目农业关键共性技术攻关专项(18227510D);河北省自然科学基金资助项目(C2018208168);河北省科技计划项目(17223608D)
详细信息
    作者简介:

    谷雅文(1987−),女,博士,助理研究员,研究方向:环境微生物和结构生物学,E-mail:gyw0636@163.com

    通讯作者:

    周晓辉(1975−),女,博士,教授,研究方向:蛋白质工程,E-mail:zhouxh2003@aliyun.com

  • 中图分类号: TS201.3

Isolation and Identification of an Ammonia Nitrogen Removal Bacteria Strain with High Tolerance to Ammonia Nitrogen and Optimization of Its Removal Condition

  • 摘要: 利用摇瓶富集培养以及平板驯化筛选的方法,从受发酵工业污水污染严重的土壤中分离筛选得到高氨氮耐受的除氨氮菌株N-2。根据形态特征及基于16S rDNA序列的系统发育分析进行菌株鉴定;以高浓度氨氮模拟废水试验验证菌株最高氨氮耐受浓度;并以氨氮去除率为评价指标,通过单因素及正交试验优化确定菌株最佳氨氮去除条件,为其工业化应用奠定理论基础。结果表明:筛选得到一株综合性能优良的N-2菌株,经鉴定为球形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus sphaericus);通过氮素形态测定表明该菌经细菌同化作用可在10 h内对氨氮实现快速去除,无硝酸盐氮与亚硝酸盐氮积累,且在氨氮初始浓度为6000 mg/L的模拟氨氮废水中仍能进行正常生长繁殖;优化确定最佳氨氮去除条件为C/N为10、接种量5%、pH8.0、温度31 ℃、转速180 r/min和装液量62.5 mL/250 mL;且在最优条件下对50 mg/L氨氮10 h去除率可达97.7%,对100 mg/L氨氮10 h去除率为91.0%,对500 mg/L氨氮10 h去除率为71.7%。由此可见,菌株N-2在高氨氮浓度发酵工业废水的氨氮去除具有广阔发展前景。
  • 图  1  6株菌生长曲线对比图

    Figure  1.  Comparison of growth curves of six strains

    图  2  N-2菌株的生长量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮变化情况

    Figure  2.  N-2 strain growth, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, nitrite nitrogen changes

    图  3  光学显微镜下菌株N-2革兰氏染色图

    Figure  3.  Gram stain photo of N-2 under light microscope

    图  4  菌株N-2基于16S rRNA基因序列的系统发育树

    Figure  4.  Phylogenetics tree based on 16S rRNA gene sequence of strain N-2

    图  5  不同pH(A)、温度(B)、碳氮比(C)、转速(D)、装液量(E)对N-2菌株发酵量及氨氮去除率的影响

    Figure  5.  The effects of different pH (A), temperature (B), carbon-to-nitrogen ratio (C), rotation speed (D), and liquid volume (E) on the fermentation amount and ammonia nitrogen removal rate of N-2 strain

    图  6  优化效果对比图

    Figure  6.  Comparison chart of optimization effect

    表  1  正交试验因素与水平

    Table  1.   The factors and levels of orthogonal experiment

    水平因素
    A(温度℃)B(碳氮比)C(装液量mL/250 mL)D(空列)
    129762.51
    2311075.02
    3331387.53
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    表  2  6株菌培养20 h时氨氮去除率

    Table  2.   Degradation rate of ammonia nitrogen of six strains cultured for 20 h

    菌株N-1N-2N-3N-4N-5N-6
    氨氮去除率(%)55.32 ± 1.76c82.90 ± 1.23a81.36 ± 2.48a51.39 ± 2.01c73.61 ± 0.54b77.59 ± 1.36ab
    注:数据肩上不同小写字母表示差异显著(P<0.05);表4同。
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    表  3  菌株N-2在不同氨氮条件下的生长和去除性能

    Table  3.   The growth and removal situation of strain N-2 under different concentrations of ammonia nitrogen

    氨氮浓度(mg/L)OD600nm剩余氨氮含量(mg/L)氨氮去除率(%)
    501.211 ± 0.0388.95 ± 0.3182.1 ± 0.64
    1001.698 ± 0.05231.8 ± 2.8768.2 ± 2.87
    5006.792 ± 0.085227.2 ± 5.8954.6 ± 1.22
    10009.088 ± 0.237635.0 ± 12.3436.5 ± 1.3
    20009.222 ± 0.1521875 ± 10.326.3 ± 0.6
    30009.360 ± 0.1342906 ± 18.923.1 ± 0.6
    40009.355 ± 0.167
    60009.347 ± 0.371
    80005.122 ± 0.263
    注:−表示不合要求,未计算。
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    表  4  正交试验结果

    Table  4.   Results of orthogonal test

    试验号ABCD(空列)氨氮降解率(%)
    1111167.4 ± 1.4c
    2122265.0 ± 2.0c
    3133358.7 ± 1.5d
    4212351.4 ± 0.8e
    5223169.5 ± 1.7c
    6231280.3 ± 1.8b
    7313247.4 ± 0.6e
    8321388.3 ± 2.3a
    9332165.2 ± 1.6c
    k163.7055.4078.67
    k267.0774.2760.53
    k366.9768.0758.53
    R3.3718.8720.13
    优级水平221
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    表  5  正交设计方差分析

    Table  5.   Orthogonal design variance analysis

    变异来源平方和自由度均方FP
    A0.00220220.0011011.470.404
    B0.05548420.02774237.120.026*
    C0.07381720.03690849.380.020*
    D(误差)0.00149520.000747
    注:*表示在P<0.05水平上差异显著。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-10
  • 网络出版日期:  2021-01-28
  • 刊出日期:  2021-04-01

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