具產(chǎn)電性能光合細(xì)菌DH-3的分離及其對(duì)多種底物污水處理能力的評(píng)價(jià)*

于士翔 王文靜 劉 峰 劉芳華

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具產(chǎn)電性能光合細(xì)菌DH-3的分離及其對(duì)多種底物污水處理能力的評(píng)價(jià)*

于士翔1, 2王文靜1劉 峰2①劉芳華1②

(1. 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 海岸帶生物學(xué)與生物資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 煙臺(tái) 264003; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院 海洋學(xué)院水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)系, 煙臺(tái) 264670)

本文通過傳統(tǒng)微生物分離培養(yǎng)方法從富營養(yǎng)化環(huán)境中分離培養(yǎng)出可高效處理多種底物的污水并具備胞外電子傳遞能力和產(chǎn)電潛力的兼性厭氧光合細(xì)菌。在光照培養(yǎng)條件下, 利用改良的能夠?qū)⒐夂霞?xì)菌富集/分離的培養(yǎng)基分離培養(yǎng)光合細(xì)菌, 從形態(tài)學(xué)和16S rDNA的分子生物學(xué)角度鑒定菌株。運(yùn)用多個(gè)指標(biāo)檢測光合細(xì)菌處理不同底物的污水培養(yǎng)基的能力, 如化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand, COD)、總氮(total nitrogen, TN)、總磷(total phosphate, TP), 并在電化學(xué)工作站檢測光合細(xì)菌的產(chǎn)電能力。結(jié)果表明, 獲取的光合細(xì)菌菌株DH-3與光合細(xì)菌類球紅細(xì)菌()有97%的相似性。該菌株擁有在多種底物的污水培養(yǎng)基中生長的能力, 其中在以乙酸為底物的培養(yǎng)基中生長最好。通過檢測發(fā)現(xiàn)該菌株對(duì)污水的COD、TN和TP均具有較高的去除率。電化學(xué)工作站檢測結(jié)果表明, 菌株DH-3的最大產(chǎn)電流量能達(dá)到7.5mA/m2, 最大功率密度達(dá)到0.056W/m2。由此可見, 光合細(xì)菌DH-3在污水處理及資源再循環(huán)利用等方面具有十分重要的應(yīng)用潛力。

光合細(xì)菌; 產(chǎn)電性能; 化學(xué)需氧量; 污水處理; 有機(jī)物降解

光合細(xì)菌(photosynthetic bacteria, PSB)是地球上出現(xiàn)最早, 自然界中普遍存在并具有原始光能合成體系, 以光為能源、二氧化碳和有機(jī)物作為光合作用供氫體兼底物的不產(chǎn)氧兼性厭氧原核微生物(宋志文等, 2003; 李福枝等, 2008)。光合細(xì)菌菌體能夠提供環(huán)境生物體所必需的營養(yǎng), 含有氨基酸、生物必需維生素、抗病毒活性因子、輔酶Q及多種生理活性物質(zhì); 還可通過光合作用, 維持物質(zhì)循環(huán), 降解廢棄有毒物質(zhì), 凈化水質(zhì)和改善環(huán)境(Nath and Das, 2009; Chitapornpan et al., 2012)。光照厭氧條件下, 絕大多數(shù)光合細(xì)菌可利用硫化物、單質(zhì)硫、硫代硫化物、分子氫或有機(jī)物作為電子供體(謝磊等, 2000; Li et al., 2016), 通過光合磷酸化過程獲得能量。光合細(xì)菌能耐受高濃度有機(jī)物, 具有去除和分解有機(jī)物的能力(何萍等, 2002; 何劍丹, 2005), 如紅螺菌科(Rhodospirillaceae)的菌株能夠在厭氧光照、好氧黑暗條件下迅速利用小分子有機(jī)物(毛雪慧, 2009)。同時(shí), 有大量研究表明, 部分光合細(xì)菌在進(jìn)行代謝的同時(shí)伴隨著產(chǎn)電現(xiàn)象, 通過光合細(xì)菌在光微生物燃料電池領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展, 可實(shí)現(xiàn)其在降解污水的同時(shí)產(chǎn)生大量的電能, 這極大程度地提升了電能的利用。因此光合細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、環(huán)境治理、新能源開發(fā)利用、醫(yī)藥開發(fā)等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景(周佳等, 2006)。

雙室微生物燃料電池是一種利用產(chǎn)電微生物的代謝生長產(chǎn)生電能的裝置。該裝置由陽極室、陰極室和離子交換膜組成。光合細(xì)菌可在陽極通過自身的光合作用或者呼吸作用產(chǎn)生電子或質(zhì)子, 電子通過導(dǎo)線傳遞給陰極受體, 質(zhì)子則是通過離子交換膜進(jìn)入陰極室內(nèi), 這樣就形成了一個(gè)可以產(chǎn)電的閉合回路。通過將光合細(xì)菌與雙室微生物燃料電池相結(jié)合, 可以使污水資源化, 但是常見的光合細(xì)菌只能高效降解污水污染物而無法產(chǎn)電, 或者是能產(chǎn)電但降解污水污染物的能力很弱。本文研究的一株光合細(xì)菌可以兩者兼具, 在降解污水污染物的同時(shí)產(chǎn)生電能, 在應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)研發(fā)中具有可行性。并且, 目前在光合細(xì)菌處理污水的多數(shù)相關(guān)研究中, 污水是單一底物, 而實(shí)際生活中污水含有多種可供給光合細(xì)菌利用的底物, 本文就多種底物進(jìn)行了相應(yīng)的研究, 發(fā)現(xiàn)該株光合細(xì)菌在同時(shí)處理多種底物污水方面同樣具有很大潛力。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

對(duì)Kim等(1999)所報(bào)道的研究中光合細(xì)菌分離方法進(jìn)行改良優(yōu)化后, 本實(shí)驗(yàn)采用先富集后分離的方法對(duì)光合細(xì)菌進(jìn)行分離。富集培養(yǎng)基: NH4Cl 1g/L, K2HPO40.2g/L, CH3COONa4g/L, MgSO4?7H2O 0.2g/L, NaCl 0.1g/L, NaHCO30.01mg/L, 維生素B1 0.001mg/L, 乙尼克丁酸0.1mg/L, 對(duì)氨基苯甲酸0.1mg/L, 生物素0.001mg/L, FeCl3?6H2O 5μg/L, CuSO4? 5H2O 0.05μg/L, H3BO40.05μg/L, MnCl2?4H2O 0.05μg/L, ZnSO4?7H2O 1mg, Co(NO3)2?6H2O 0.5μg/L; pH為7.0; 高壓滅菌鍋(型號(hào)LDZX- 50KBS, 上海申安醫(yī)療器械廠)進(jìn)行高溫高壓滅菌(1×105Pa, 30min)。

分離培養(yǎng)基: NH4Cl 1g/L, MgCl20.2g/L, K2HPO40.5g/L, NaCl 2g/L, NaHCO30.1g/L, Na2S?9H2O 0.01g/L, 酵母膏0.1g/L, 瓊脂20g/L。高壓滅菌后, 倒入無菌的培養(yǎng)皿中。

取武漢東湖表層底泥沉積物接入裝有100mL無菌富集培養(yǎng)基的帶玻璃塞的厭氧磨口瓶中, 置于30°C、2000lux的全光照培養(yǎng)箱(型號(hào)GPX-250B, 上海百典儀器廠)中培養(yǎng)。富集后的微生物采用液體培養(yǎng)法和瓊脂平板涂布法相結(jié)合, 在厭氧操作箱(G4350A, Coy Laboratory, 美國)內(nèi)反復(fù)挑取瓊脂固體培養(yǎng)上生長的單菌落進(jìn)行培養(yǎng), 多次純化后獲得純菌株, 命名為DH-3。

1.2 光合細(xì)菌的分子生物學(xué)鑒定

1.2.1 菌體DNA的提取 挑取瓊脂平板上的單個(gè)菌落DH-3, 放入37°C搖床中, 在自然光照條件下進(jìn)行過夜培養(yǎng), 利用細(xì)菌提取試劑盒(DP302, 北京天根生化科技有限公司)提取菌株DH-3的總基因組。

1.2.2 16S rRNA基因的PCR擴(kuò)增及基因序列分析 以1.2.1中提取的細(xì)菌總DNA為模板, 進(jìn)行16S rDNA擴(kuò)增, 引物為16S rDNA通用引物(27F: 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTC AG-3′和1492R: 5′-TACGGCTACCTTGTTAC GACTT-3′), 由上海英濰捷基生物公司合成。PCR反應(yīng)體系(25μL): 10×PCR Buffer 2.5μL, MgCl21.5μL, dNTP 2μL, 模板DNA 2~5μL, 引物27F/1492R各0.5μL, Taq酶(1U/μL)0.5μL, 無菌水 15.5μL。PCR反應(yīng)條件: 95°C預(yù)變性6min; 94°C變性1min, 56°C退火1min, 72°C延伸2min, 擴(kuò)增30個(gè)循環(huán); 最后72°C延伸10min。PCR產(chǎn)物的回收: 對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行1.5%的瓊脂糖凝膠電泳, 將目的條帶切下, 利用瓊脂糖凝膠回收試劑盒(DP209, 北京天根生化科技有限公司)純化回收。測序: 將回收的目的產(chǎn)物送至上海英濰捷基生物公司完成測序。將菌株DH-3的16S rDNA序列在RDP(Ribosomal Database Project-II; http://rdp. cme.msu.edu/seqmatch/seqmatch_intro.jsp)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源性檢索, 利用MEGA 5.0軟件的unweighted pair-group method with arithmetic方法對(duì)收集序列進(jìn)行聚類分析。

1.3 光合細(xì)菌在污水培養(yǎng)基中的生長

1.3.1 人工污水培養(yǎng)基 人工污水培養(yǎng)基配方參照(Feng et al., 2011), 包括Glucose 4.125g/L, NH4Cl 0.78g/L, KH2PO40.18g/L, MgSO4?7H2O 0.13g/L, CaCl2?2H2O 0.43g/L, FeSO4?7H2O 0.05g/L, A5 solution 1mL/L (A5 solution: H3BO32.86g/L, MnCl2?4H2O 1.86g/L, ZnSO4?7H2O 0.22g/L, Na2MoO4?2H2O 0.39g/L, CuSO4?5H2O 0.08g/L, Co(NO3)2?6H2O 0.05g/L)。

其他多種底物的培養(yǎng)基是在人工污水培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上, 分別采用乙酸(acetic acid)、蘋果酸 (malic acid)、丙三醇 (glycerin)、乙醇(ethanol)等替換人工污水培養(yǎng)中的葡萄糖(glucose)。將西林瓶中的污水培養(yǎng)基進(jìn)行厭氧無菌處理后, 在無菌操作臺(tái)內(nèi)用無菌的一次性注射器轉(zhuǎn)接種光合細(xì)菌DH-3, 每個(gè)處理組設(shè)5個(gè)重復(fù), 每日取樣測定光密度(optical density, OD)、化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand, COD)、底物和總氮(total nitrogen, TN)的變化, 取樣后至測定前保存至–80°C。

1.3.2 不同指標(biāo)的檢測方法 在采用人工污水培養(yǎng)基培養(yǎng)光合細(xì)菌DH-3過程中, 同時(shí)檢測以下與污水處理有關(guān)的指標(biāo)及DH-3產(chǎn)電活性研究:

①OD值的測定: 紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司, TU-1810)在600nm波長下測定光合細(xì)菌的OD值。

②COD的測定: 使用杭州陸恒生物科技有限公司生產(chǎn)的COD快速測定檢測試劑盒測定COD, 通過與試劑盒內(nèi)比色卡比對(duì)顏色, 得出COD值的大致范圍。所測的值越大, 表明液體中的COD濃度越高。將菌株DH-3培養(yǎng)于以乙酸為底物的污水培養(yǎng)基中, 每隔8小時(shí)取樣測定。

③有機(jī)底物的測定: 取0.3mL培養(yǎng)液在10000r/min下離心2min, 用移液槍吸取20μL上清液置于1.5mL離心管中, 加入980μL無菌水稀釋50倍。稀釋后的液體經(jīng)0.22μm纖維素微孔徑濾膜(GSWP04700, Millipore, 美國)過濾到進(jìn)樣瓶中, 利用高效液相色譜(Agilent 1260 Infinity, 美國)檢測。

④TN和TP的測定: 取人工污水培養(yǎng)基的菌液用0.22μm纖維素微孔濾膜(GSWP04700, Millipore, 美國)過濾后, 分別取10mL菌液, 利用國標(biāo)測定法測定培養(yǎng)基中的TN和TP(Jin and Tu, 1990; Niu et al., 2011)。

⑤光合細(xì)菌的電化學(xué)活性研究: 采用玻璃材質(zhì)的雙室微生物燃料電池檢測光合細(xì)菌DH-3的產(chǎn)電能力。培養(yǎng)條件為溫度30°C, 光照周期12h︰12h, 光照強(qiáng)度2000lux。陽極室與陰極室均為100mL。兩室之間采用陽離子交換膜(CMI7000, 美國)為隔膜, 石墨電極。石墨電極表面積為20.22cm2, 外加1000Ω電阻, 采用鈦絲連接外電路及電池。陽極室進(jìn)行高溫消毒無菌處理, 在無菌操作臺(tái)組裝充氣, 加入菌落并確保是單菌落及厭氧環(huán)境, 陰極室為50mmol/L的鐵氰化鉀溶液(100mmol/L PBS配制, pH7.0), 接入電化學(xué)工作站, 利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Model 2700, 購自美國吉時(shí)利儀器公司)采集數(shù)據(jù)。記錄輸出電壓, 根據(jù)外加電阻及電阻表面積, 計(jì)算電流密度, 利用origin 8.0分析數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 光合細(xì)菌的鑒定

菌株DH-3在形態(tài)學(xué)上為紅色菌落, 菌落表面有光澤、不透明、有突起, 菌落邊緣整齊, 光學(xué)顯微鏡下細(xì)菌形態(tài)為桿狀, 革蘭氏染色為陰性, 所得光學(xué)顯微鏡照片如圖1所示。16S rDNA序列分析表明, DH-3與類球紅細(xì)菌()的相似度達(dá)到97%。從GenBank基因數(shù)據(jù)庫下載與DH-3相似性較高菌株的16S rDNA 序列并進(jìn)行的聚類分析得圖2。從圖2中可看出DH-3與類球紅細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)生地位最為接近。將DH-3的16S rDNA序列提交至DDBJ(DNA Data Bank of Japan)數(shù)據(jù)庫, 序列號(hào)為LC198619。

圖1 DH-3菌落的光學(xué)顯微鏡照片(放大倍數(shù)為10*100)

圖2 基于16S rDNA的菌株DH-3和其他菌株的非加權(quán)組平均法基因序列聚類分析

2.2 菌株DH-3對(duì)不同底物的利用

在污水培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上, 改變?cè)幸宜岬孜? 加入不同單一種類的底物后, 觀察DH-3對(duì)不同底物的利用情況, 其結(jié)果如圖3所示。在生長方面, 其生長分為四個(gè)時(shí)期, 分別為延滯期(數(shù)量維持接種時(shí)數(shù)量或略有下降)、指數(shù)生長期(數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)形式的增長)、穩(wěn)定期(增長速度減慢數(shù)目基本維持不變)和衰退期(數(shù)量大幅度減少)。在對(duì)不同底物的利用方面, 底物種類對(duì)DH-3的生長具有顯著的影響: 在以乙酸為底物的培養(yǎng)基中, DH-3的生長狀況最好, 在實(shí)驗(yàn)最初生長速度一直呈指數(shù)上升, 后期底物含量減少, DH-3生長速度減緩; 在葡萄糖和丙三醇培養(yǎng)基中, DH-3生長速度比較穩(wěn)定, 表明它可快速利用以葡萄糖為底物的培養(yǎng)基; DH-3在以乙醇和蘋果酸為底物的培養(yǎng)基中同樣可以生長, 但是生長較為緩慢。通過光合細(xì)菌處理不同底物的污水培養(yǎng)基, 發(fā)現(xiàn)DH-3對(duì)不同的底物具有不同的利用效果, 它可以更好地利用以乙酸、葡萄糖和丙三醇為底物的培養(yǎng)基。DH-3將添加的乙酸等多種底物通過三羧酸循環(huán)進(jìn)行代謝, 從中獲取能量和碳源是其去除廢水中有機(jī)污染物的基礎(chǔ)。

圖3 光合細(xì)菌在不同底物培養(yǎng)基中的生長曲線

表1為接種96h之后所測得的底物濃度。結(jié)果表明, 培養(yǎng)基中的底物在DH-3生長過程中逐漸減少。目前大多有關(guān)光合細(xì)菌處理污水的研究集中于單一的底物污水(李瑞杰, 2004)。鄭偉華(2009)利用光合細(xì)菌法去除高濃度淀粉廢水COD時(shí), COD的去除率能達(dá)到90%以上。張昊等(2014)研究光合細(xì)菌處理馬鈴薯淀粉廢水實(shí)驗(yàn)也表明光合細(xì)菌對(duì)于COD具有很好的去除效果。與之前研究相比, 菌株DH-3可降解利用表1中所示的多種底物。綜上表明: 底物種類對(duì)光合細(xì)菌DH-3的生長具有顯著的影響, DH-3可降解利用多種底物, 對(duì)以乙酸為底物的污水培養(yǎng)基利用效率最高。針對(duì)光合細(xì)菌降解多種底物能力的研究對(duì)細(xì)菌處理復(fù)雜污水是非常必要的。

表1 光合細(xì)菌DH-3對(duì)多種底物的利用

2.3 污水培養(yǎng)基中COD的變化

如表2所示, COD快速測定試劑盒的檢測結(jié)果表明, 隨著菌株DH-3在培養(yǎng)基中生長時(shí)間的增加, COD值變小, 最終污水培養(yǎng)基的COD去除率達(dá)到90%以上, 表明DH-3在實(shí)驗(yàn)中具有明顯去除污水培養(yǎng)基中COD的作用。

2.4 污水培養(yǎng)基中氮磷的變化

DH-3對(duì)人工污水培養(yǎng)中氮磷的消耗利用如圖4和圖5所示, 培養(yǎng)基內(nèi)TN、TP的初始濃度分別為10.6mg和3.5mg。在加入DH-3后, 第1天TN含量在10.2mg左右, 10天后TN降低至約4mg。污水培養(yǎng)基中的磷也由接入DH-3后第2天的3.75mg降低至0.75mg(第9天)。實(shí)驗(yàn)證實(shí), DH-3對(duì)氮磷具有一定的利用和去除作用, 在以乙酸為底物的污水培養(yǎng)基中, DH-3對(duì)氮的去除率達(dá)到60.7%, 對(duì)磷的去除率達(dá)到80%。我們推測菌株DH-3在厭氧條件下, 通過反硝化作用將硝酸氮還原為氣態(tài)氮, 同時(shí)可直接吸收磷, 在菌體細(xì)胞內(nèi)形成聚磷酸鹽內(nèi)含物, 達(dá)到脫氮脫磷的效果。大多數(shù)光合細(xì)菌具有固氮、產(chǎn)氫的功能特點(diǎn), 本實(shí)驗(yàn)中利用氣相色譜儀并沒有檢測到DH-3培養(yǎng)管中氫氣的產(chǎn)生, 但該菌株是否可以利用其他底物產(chǎn)生氫氣, 有待進(jìn)一步研究。

表2 基于COD快速測定試劑盒的方法測定COD濃度的變化

注: 三個(gè)處理組1, 2, 3為三個(gè)平行樣品。

圖4 污水培養(yǎng)基中總氮隨時(shí)間的變化

圖5 污水培養(yǎng)基中總磷隨時(shí)間的變化

2.5 光合細(xì)菌的電化學(xué)活性研究

菌株DH-3的產(chǎn)電能力如圖6所示: 接入微生物燃料電池后第1~3天, DH-3由于剛進(jìn)入新環(huán)境, 需要一定的適應(yīng)期, 所以電流變化相對(duì)紊亂, 但是逐漸趨于穩(wěn)定, 最終電流輸出達(dá)到7.2mA/m2; 第4~5天, DH-3的電流穩(wěn)定輸出, 并且呈現(xiàn)出與光照有關(guān)的電流輸出變化, 在光照期間, 電流輸出能達(dá)到7.4mA/m2, 黑暗期間, 電流逐漸下降到5.9mA/m2; 第6天后, 由于培養(yǎng)基內(nèi)的有機(jī)物已經(jīng)消耗殆盡, DH-3的細(xì)菌濃度有所下降, 因而其電流輸出開始下降; 培養(yǎng)至第10天, 光合細(xì)菌最低電流輸出為3.1mA/m2。菌株DH-3在處理以乙酸為底物的污水培養(yǎng)基的同時(shí), 可產(chǎn)生電流, 因此可以推斷菌株DH-3實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)再利用。

圖6 乙酸培養(yǎng)基中DH-3的電流密度隨時(shí)間的變化

3 結(jié)論

(1) 從武漢東湖分離到一株光合細(xì)菌DH-3, 通過菌落形態(tài)學(xué)和16S rDNA序列分析, 菌株DH-3與類球紅細(xì)菌的相似性最高, 可達(dá)到97%。

(2) 菌株DH-3在處理污水時(shí)不但可高效降解污水, 降低污水培養(yǎng)基中的氮磷濃度, 還可利用多種有機(jī)底物, 說明該菌株在高效降解多種有機(jī)底物的污水時(shí)具有較大的潛力。

(3) 本研究分離的菌株DH-3表現(xiàn)出罕見并且良好的產(chǎn)電特性, 可以實(shí)現(xiàn)在降解污水的同時(shí)提供電能, 實(shí)現(xiàn)污染物資源化。所以菌株DH-3在未來污水處理實(shí)現(xiàn)資源回收再利用方面具有重要的應(yīng)用潛力。

4 展望

光合細(xì)菌在環(huán)境中具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、兼性厭氧的特性。一方面, 光合細(xì)菌能以不同的醇類和有機(jī)酸等作為光合作用中所需的供氫體和底物(Inui et al., 1995; 宋志文等, 2003), 光合細(xì)菌如紅假單胞菌(Rhodopseudomonas)能將產(chǎn)氫、光能利用和有機(jī)物的去除三者有機(jī)地耦合在一起(Kobayashi and Tchan, 1973; Hülsen et al., 2016), 實(shí)現(xiàn)高效的能量利用過程。另一方面, 光合細(xì)菌可利用自身較強(qiáng)的去除和分解有機(jī)物的生理特性, 使其在污水發(fā)酵處理過程中占據(jù)重要角色(崔寶臣等, 2010)。光合細(xì)菌能夠承受高濃度的有機(jī)廢水并進(jìn)行高效率處理(張全國等, 2012), 在處理過程中無有害物質(zhì)的產(chǎn)生, 還產(chǎn)生如胡蘿卜素和蛋白等其他營養(yǎng)價(jià)值的副產(chǎn)物, 光合細(xì)菌進(jìn)行水處理是一種更為環(huán)保節(jié)能的生物方法。除此之外, 已有研究表明, 光合細(xì)菌可實(shí)現(xiàn)CO2捕捉和光電轉(zhuǎn)換等多重功能(徐金球等, 2013)。

對(duì)于光合細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用效果, 還存在著很多重要的影響因素, 如光照在污水處理中對(duì)光合細(xì)菌的生長、光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程具有非常重要的作用(Schagerl and Müller, 2006; Zhou et al., 2014)。在特定的培養(yǎng)條件下, 光合細(xì)菌處理污水的效率及能量回收能力往往會(huì)受到光照強(qiáng)度的影響(Qu et al., 2011; Zhang et al., 2014)。其次, 高效處理污水的光合細(xì)菌菌株的培養(yǎng)和馴化, 在研究光合細(xì)菌處理污水過程中十分重要。目前雖然已有部分報(bào)道已分離到高效降解污水的光合細(xì)菌(周佳等, 2006; 周洪波等, 2006), 但是光合細(xì)菌在處理污水過程中如何適應(yīng)復(fù)雜的污水環(huán)境, 在處理污水后如何將菌體進(jìn)行有效安全的分離及光合細(xì)菌代謝產(chǎn)物的獲取提純, 實(shí)現(xiàn)污水的能量回收, 都將是未來研究的重點(diǎn)。

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Isolation and Application Potential of Photosynthetic Bacterium Strain DH -3 with Electricity Production in the Wastewater Treatment

YU Shi-Xiang1, 2WANG Wen-Jing1LIU Feng2*LIU Fang-Hua1*

(1. Key Laboratory of Coastal Biology and Biological Resources Utilization, Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China; 2.China Agriculture University, School of Ocean, Yantai 264670, China)

In this study, from a eutrophic lake we enriched and separated photosynthetic bacteria, which can consume sewage as well as initiate extracellular electron transfer and thereby produce electricity. We isolated and purified photosynthetic bacteria from improved enriched media and isolated media and identified them using morphological and molecular methods. We used the national standard method and spectrophotometry to determine the chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphate. To detect the electricity production of the photosynthetic bacteria, we used an electrochemical workstation. Our results show that the photosynthetic bacteria strain DH-3 has high similarity with. We found the removal rates of COD, TN, and TP to decrease in the wastewater medium. The electrochemical workstation detected that strain DH-3 produced maximum electricity at 7.5 mA/m2and maximum power at 0.056 W/m2. Our results indicate that strain DH-3 has potential application in future wastewater treatment and resource recovery technologies.

Photosynthetic bacteria; Electricity production; Chemical Oxygen Demand; Sewage treatment; Organic matter degradation

X703

10.12036/hykxjk20170705001

國家自然科學(xué)基金青年基金(31600370, 41401285); 國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41371257, 41573071); 中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”。于士翔, 男, 學(xué)士, 主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖研究, E-mail: 1441342189@qq.com

劉 峰, 男, 副教授, 從事水產(chǎn)養(yǎng)殖方面研究, E-mail: 869272328@qq.com

②共同通訊作者: 劉芳華, 男, 研究員, 從事微生物電子傳遞機(jī)制研究, E-mail: fhliu@yic.ac.cn

2017-07-05,

2017-08-01