[發明專利]活性污泥中不同電子受體聚磷菌的分離鑒定方法

有效

• 申請號: 201710306537.4
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107142306B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 曾薇;郭瑜;李寧;彭永臻
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C12Q1/689
• 分類號: C12Q1/689;C12Q1/6806;C12Q1/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種活性污泥系統中不同電子受體聚磷菌的分離鑒定方法，屬于污水生物處理技術領域。本發明可以分離污水處理廠活性污泥系統中不同電子受體聚磷菌的DNA，并采用分子生物學方法在基因水平上分析菌群特點。采用¹³C?乙酸鈉作為實驗組碳源，¹²C?乙酸鈉作為對照組碳源，厭氧釋磷培養2小時，分別以氧氣、硝酸鹽和亞硝酸鹽為電子受體，好氧或缺氧吸磷培養3小時，共培養8個周期，超高速離心分離純化得到不同密度層級的DNA樣品，用分子生物學方法測定分析不同電子受體時聚磷菌的菌群結構。本發明提供了一種分析不同聚磷菌所需電子受體的方法，為實際污水處理廠強化反硝化除磷過程提供理論支撐。

技術領域

本發明涉及一種活性污泥中聚磷菌的分離鑒定方法，屬于污水生物處理技術領域，用于對污水生物處理系統中不同電子受體聚磷菌的分離鑒定。

背景技術

生物脫氮除磷技術是目前應用最為廣泛的污水處理技術。傳統的除磷技術基于厭氧釋磷和好氧吸磷原理，吸磷過程是在好氧條件下，聚磷菌以分子氧作為電子受體，消耗體內的PHB和外源基質進行好氧呼吸。傳統的脫氮和除磷技術對碳源的利用是分開的，脫氮過程在缺氧階段利用碳源進行反硝化，除磷過程在好氧階段利用碳源進行吸磷，為了保證脫氮和除磷過程碳源充足，傳統的脫氮除磷過程對進水中碳源濃度要求高。隨著對生物處理脫氮除磷的深入研究，人們發現了反硝化除磷現象。反硝化除磷過程可在一定程度上緩解傳統生物脫氮除磷工藝中脫氮和除磷對碳源的競爭，該過程可以節約50％的碳源消耗，減少50％的污泥產量，并可減少30％左右的曝氣量，對生物脫氮除磷工藝的發展具有重要的指導意義和應用價值，尤其對提高低C/N比城市污水的脫氮除磷效率有著重要意義。反硝化除磷過程在缺氧階段進行吸磷，有悖于傳統除磷在好氧階段以氧氣為電子受體的吸磷過程，所以確定反硝化除磷的聚磷菌在缺氧除磷過程中的電子受體，是強化污水生物處理反硝化除磷過程，優化污水處理工藝的一個關鍵問題。目前對反硝化除磷電子受體種類的研究大多通過測定混合液中電子受體濃度的變化過程，確定微生物對電子受體的代謝情況，研究過程基于宏觀的基質去除層面，沒有與微觀的基因水平相結合。穩定同位素核酸探針技術的發展為從基因水平研究反硝化除磷過程電子受體的種類提供了新的途徑。

穩定同位素核酸探針技術DNA-SIP(Stable isotope probing)，是將復雜環境中微生物物種組成及其生理功能耦合分析的有力工具。采用穩定同位素核酸探針技術原位培養不同菌群的微生物，標記目標基因，從而將標記與非標記的DNA進行分離，并采用PCR技術，實時熒光定量PCR技術，高通量測序技術等分子生物學方法測定分離后的DNA樣品，從群落水平分析不同微生物的生理生態機制。在以不同無機物為電子受體的反硝化除磷過程中，加入穩定同位素原位培養污泥混合液，定向培養不同電子受體的聚磷菌，分析以不同電子受體培養時優勢生長的聚磷菌菌群結構，將反硝化除磷過程的基質去除與菌群結構相結合，指導實際污水處理廠的調控運行，為污水生物反硝化除磷系統的長期穩定運行提供有力保障。

本發明以¹³C-乙酸鈉作為實驗組碳源，¹²C-乙酸鈉作為對照組碳源，分別以氧氣、硝酸鹽和亞硝酸鹽為電子受體，定向培養聚磷菌，用分子生物學方法分析超高速離心分離純化后的DNA樣品，從而分析鑒別利用不同種類電子受體的反硝化聚磷菌的菌群結構。本發明在技術上不同于現有技術，主要體現在以下兩方面：

(1)菌群分離水平。現有技術對菌群的分離主要針對可分離純化的菌群，大多提供給目標菌群特定的生長基質，純化培養得到單一的微生物，分離過程提供給微生物的生長環境有別于實際的生長環境，而且分離水平局限于種群水平。本發明對微生物的分離基于DNA水平。在不改變微生物生長環境的前提下，原位培養微生物，并提純培養得到的混合菌群的DNA，進而因為穩定同位素的作用，目標微生物的DNA有別于其它菌群的DNA，分離得到目標DNA，該過程在DNA水平上將目標菌群從其它菌群中分離出來。這種基因水平上的分離過程，保證了微生物在實際生長環境中的特性，提高了分析的準確度。