论文部分内容阅读
甲醛具有独特的粘合特性被广泛用于各类家具与装修材料中,这些板材在使用的过程中会持续不断地释放出甲醛,造成室内空气污染。在众多降解甲醛的方法中,植物净化法可以持续性去除气态甲醛,经济环保,在人们的日常生活中被广泛利用。近年来人们研究植物降解甲醛特性时发现,不同种类的植物降解效果不同,盆栽对甲醛的降解效果严重受到昼夜变化、温度和季节的影响。然而,研究表明盆栽植物的根部系统在夜间对气态甲醛仍具有稳定的降解效果,其土壤以及根部微生物都有利于气态甲醛的降解。所以本论文将从盆栽土壤中分离出甲醛降解菌,鉴定后对其降解特性进行研究,筛选出优势菌株用最好的接种方式接种到无菌土壤中,检测菌株在土壤中的生长情况和降解气态甲醛的效果,以构建土壤-细菌系统提高植物降解气态甲醛的效率。
实验中成功分离出3株不同的菌株(记为菌株JJ-0、JJ-1和JJ-2),鉴定结果分别为芽孢杆菌、阴沟肠杆菌和皮式不动杆菌,并将其DNA序列上传至美国国家生物技术信息中心基因库(National Center for Biotechnology Information,NCBI),编号为MK371745、MK652882和MK372540。形态观察(使用SEM)时发现3株菌株的大小分别为2.17-2.69μm×0.48-0.53μm,1.53-1.72μm×0.46-0.51μm与2.13-3.98μm×0.53-0.61μm。设计正交实验优化不同菌株的无机培养基成分(KH2PO4、FeSO4?7H2O、NaCl、NH4NO3),优化后,3种菌株的NH4NO3都为0.50g/L,而KH2PO4、FeSO4?7H2O、NaCl的对应含量分别为(菌株JJ-0)1.00g/L、0.01g/L、1.00g/L,(菌株JJ-1)2.50g/L、0.06g/L、1.50g/L,(菌株JJ-2)1.00g/L、0.01g/L、0.00g/L。3种菌株对水中甲醛表现出较高的耐受性和去除效率,均能在12h内完全降解掉浓度为450mg/L的甲醛。
采用单因素控制法分别分析菌株在不同pH、摇床转速及甲醛浓度条件下对甲醛的降解效果,发现芽孢杆菌(JJ-0)、阴沟肠杆菌(JJ-1)和皮式不动杆菌(JJ-2)分别需要在pH=6.00、5.50≤pH≤7.0和6.00≤pH≤7.00条件下,能在12h内完全降解450mg/L的甲醛。改变摇床转速时发现,转速≤150r/min时,3种菌株的甲醛降解率均随着摇床转速的增加而增加,150r/min时降解效果最好,12h后甲醛降解率都为100%,但是当摇床转速继续增大至200r/min时,菌株JJ-0、JJ-1和JJ-2降解率会分别减少至46.0%、80.0%和96.0%。降解高浓度甲醛时菌株JJ-2的降解效果最好且长时间降解甲醛(450 mg/L)时菌株的生物量会逐渐增加,当生物量增加1倍后完全降解的周期时间能减短3h,生物量增加1.50倍时完全降解的周期时间缩短一半(6 h),这说明生物量与甲醛降解率成正比关系。
采用3种不同的接种方式将菌株JJ-2接种至无菌土壤中,恒温培养24h后菌株总数分别为3576×106CFU/g(喷洒)、2830×106CFU/g(滴入)和1390×106CFU/g(搅拌),表明喷洒的接种方式,菌种的生长效果最好。土壤喷洒接种菌株JJ-2后土壤表面、中部(0.10 cm)和底部(0.30 cm)的菌株总量分别为3120×106CFU/g、240×106CFU/g和216×106CFU/g,土壤表面的菌株总数最多。土壤喷洒接种后放在恒温箱中培养(37.0℃)表面菌株总量最高能为3410×106CFU/g,放在室温环境中培养的最高为3130×106CFU/g,表明土壤接种后室温条件下培养对菌株繁殖影响较小。菌株接种到土壤中后能在5.00ppm的甲醛环境中稳定繁殖(土壤含水率在15.0%以上),且接种后的土壤对甲醛的去除率是对照组的2.18-7.00倍。盆栽植物接种菌株JJ-2后形成新的土壤-细菌系统,3天内对气态甲醛的平均去除率提高了136%,其中夜间平均提高147%,日间平均提高125%。后期只需要正常养护植物就能维护新的土壤-细菌系统,保持接种后的降解优势。第二轮降解过程中的平均降解率约提高了133%与第一轮相比有所下降,但是盆栽夜间的降解率比第一轮提高了约31.0%,夜间的降解效果提高的更加明显,菌株JJ-2接种到盆栽土壤会造成CO2排放量短暂的剧增,大约一周后CO2的排放量会慢慢下降,但是实验箱中的CO2浓度仍会高于大气中CO2浓度。
实验中成功分离出3株不同的菌株(记为菌株JJ-0、JJ-1和JJ-2),鉴定结果分别为芽孢杆菌、阴沟肠杆菌和皮式不动杆菌,并将其DNA序列上传至美国国家生物技术信息中心基因库(National Center for Biotechnology Information,NCBI),编号为MK371745、MK652882和MK372540。形态观察(使用SEM)时发现3株菌株的大小分别为2.17-2.69μm×0.48-0.53μm,1.53-1.72μm×0.46-0.51μm与2.13-3.98μm×0.53-0.61μm。设计正交实验优化不同菌株的无机培养基成分(KH2PO4、FeSO4?7H2O、NaCl、NH4NO3),优化后,3种菌株的NH4NO3都为0.50g/L,而KH2PO4、FeSO4?7H2O、NaCl的对应含量分别为(菌株JJ-0)1.00g/L、0.01g/L、1.00g/L,(菌株JJ-1)2.50g/L、0.06g/L、1.50g/L,(菌株JJ-2)1.00g/L、0.01g/L、0.00g/L。3种菌株对水中甲醛表现出较高的耐受性和去除效率,均能在12h内完全降解掉浓度为450mg/L的甲醛。
采用单因素控制法分别分析菌株在不同pH、摇床转速及甲醛浓度条件下对甲醛的降解效果,发现芽孢杆菌(JJ-0)、阴沟肠杆菌(JJ-1)和皮式不动杆菌(JJ-2)分别需要在pH=6.00、5.50≤pH≤7.0和6.00≤pH≤7.00条件下,能在12h内完全降解450mg/L的甲醛。改变摇床转速时发现,转速≤150r/min时,3种菌株的甲醛降解率均随着摇床转速的增加而增加,150r/min时降解效果最好,12h后甲醛降解率都为100%,但是当摇床转速继续增大至200r/min时,菌株JJ-0、JJ-1和JJ-2降解率会分别减少至46.0%、80.0%和96.0%。降解高浓度甲醛时菌株JJ-2的降解效果最好且长时间降解甲醛(450 mg/L)时菌株的生物量会逐渐增加,当生物量增加1倍后完全降解的周期时间能减短3h,生物量增加1.50倍时完全降解的周期时间缩短一半(6 h),这说明生物量与甲醛降解率成正比关系。
采用3种不同的接种方式将菌株JJ-2接种至无菌土壤中,恒温培养24h后菌株总数分别为3576×106CFU/g(喷洒)、2830×106CFU/g(滴入)和1390×106CFU/g(搅拌),表明喷洒的接种方式,菌种的生长效果最好。土壤喷洒接种菌株JJ-2后土壤表面、中部(0.10 cm)和底部(0.30 cm)的菌株总量分别为3120×106CFU/g、240×106CFU/g和216×106CFU/g,土壤表面的菌株总数最多。土壤喷洒接种后放在恒温箱中培养(37.0℃)表面菌株总量最高能为3410×106CFU/g,放在室温环境中培养的最高为3130×106CFU/g,表明土壤接种后室温条件下培养对菌株繁殖影响较小。菌株接种到土壤中后能在5.00ppm的甲醛环境中稳定繁殖(土壤含水率在15.0%以上),且接种后的土壤对甲醛的去除率是对照组的2.18-7.00倍。盆栽植物接种菌株JJ-2后形成新的土壤-细菌系统,3天内对气态甲醛的平均去除率提高了136%,其中夜间平均提高147%,日间平均提高125%。后期只需要正常养护植物就能维护新的土壤-细菌系统,保持接种后的降解优势。第二轮降解过程中的平均降解率约提高了133%与第一轮相比有所下降,但是盆栽夜间的降解率比第一轮提高了约31.0%,夜间的降解效果提高的更加明显,菌株JJ-2接种到盆栽土壤会造成CO2排放量短暂的剧增,大约一周后CO2的排放量会慢慢下降,但是实验箱中的CO2浓度仍会高于大气中CO2浓度。