阿特拉津降解菌Arthrobacter ureafaciens ZXY-2降解特性及对人工湿地强化机制研究.pdf

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1、博士学位论文阿特拉津降解菌ArthrobacterureafaciensZXY-2降解特性及对人工湿地强化机制研究RESEARCHONCHARACTERISATIONOFATRAZINE-DEGRADINGSTRAINARTHROBACTERUREAFACIENSZXY-2ANDBIOAUGMENTATIONOFCONSTRUCTEDWETLAND赵昕悦哈尔滨工业大学2018年7月国内图书分类号：X703学校代码：10213国际图书分类号：628.16密级：公开工学博士学位论文阿特拉津降解菌ArthrobacterureafaciensZ

2、XY-2降解特性及对人工湿地强化机制研究博士研究生：赵昕悦导师：马放教授副导师：杨基先教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703U.D.C:628.16DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONCHARACTERISATIONOFATRAZINE-DEGRADINGSTRAINARTHROBACTERUREAFACIENSZXY-2ANDBIOAUGMENTATI

3、ONOFCONSTRUCTEDWETLANDCandidate：XinyueZhaoSupervisor：Prof.FangMaAssociateSupervisor:Prof.JixianYangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnvironmentalScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：

4、HarbinInstituteofTechnology摘要摘要农药因长期和广泛施用已成为重要的农业污染源，其中阿特拉津是全球应用范围最广泛的农药之一。近年来，阿特拉津已造成了地表水、土壤等严重污染，其浓度已远超于《中国地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的要求，因此，阿特拉津已被列入中国环保部高污染、高环境风险产品名录。相对于物理、化学技术而言，生物法降解阿特拉津被认为是最经济有效的治理阿特拉津污染的方法。本研究致力于筛选高效阿特拉津降解菌株并对其基因组进行全面解析，并以其作为生物强化菌株，构建模拟人工湿地系统强化处理阿特拉津污

5、水，为未来人工湿地处理含阿特拉津的农田径流等农药废水提供理论基础和技术支持。本研究从长期施用阿特拉津的东北某农药厂土壤中筛选出一株高效降解菌ZXY-2。经形态特征、生理生化特征、BIOLOG分析及16SrRNA基因分子鉴定，菌株属于Arthrobacterureafaciens种属。通过Plackette-Burman设计实验，从15因素（温度，pH，摇床转速，接菌量，葡萄糖，蔗糖，柠檬酸钠，硝酸钾，氯化铵，异丙胺，磷酸二氢钾，磷酸氢二钠，硫酸亚铁，硫酸镁以及初始阿特拉津浓度）中筛选出影响菌株ZXY-2生长与降解的主效应因素，分别为接菌量

6、、磷酸氢二钠浓度、初始阿特拉津浓度、温度、pH及蔗糖浓度。再通过响应曲面设计实验优化菌株ZXY-2的生长降解条件，其优化条件为：蔗糖2.212g/L，Na2HPO4·12H2O6g/L，pH9，温度34.04℃，接菌量10%（v/v），初始阿特拉津浓度50mg/L。在此优化条件下，菌株降解阿特拉津的降解效率可达12.73mg·L-1·h-1。此外，采用生命周期评价及生命成本分析方法定量评估Plackett-Burman设计实验及响应曲面设计实验所得优化条件的环境影响及经济成本。与原始培养条件相比，优化条件下能够减少总环境影响50%，并减少

7、经济成本24.5%。研究菌株ZXY-2的降解特性，考察菌株的生长降解动力学、菌株的降解途径以及降解基因的功能表达。Haldane模型能够较好地拟合菌株ZXY-2以阿特拉津为底物的生长动力学性能，动力学参数分别为μ-1max=0.6363h，Ks=23.81mg/L，Ki=52.76mg/L。在阿特拉津浓度为0mg/L-40mg/L范围内，阿特拉津的生物降解过程可用一级降解动力学模型拟合；在阿特拉津浓度为50mg/L-120mg/L范围内，阿特拉津的生物降解过程可用零级降解动力学模型拟合。菌株ZXY-2通过水解途径将阿特拉津分别降解为羟基阿

8、特拉津、脱乙基阿特拉津和脱异丙基阿特拉津，其中脱异丙基阿特拉津为菌株降解终产物。菌株存在三个阿特拉津降解基因，分别为trzN、atzB及atzC，三个基因表达量与阿特拉津降解率之间正相关，其基