一株光合细菌的分离鉴定及该菌对氨氮和亚硝态氮的去除作用

【背景】中国是水产养殖大国,氨氮、亚硝态氮是水体中主要的氮源污染物。水体氨氮超标不仅会损伤水生动物的神经系统和肝肾系统,还会导致体表及内脏充血。亚硝态氮过高会阻碍血液运载氧气能力,导致鱼虾缺氧、免疫力下降,从而引发肠炎、烂鳃,甚至窒息死亡。部分光合细菌有去除水体氨氮、亚硝态氮的能力,且对环境友好无二次污染。【目的】从广东养殖水体分离、纯化、筛选出生物活性好的光合细菌(编号SP3)进行种属鉴定,优化培养条件,检测其去除水体氨氮和亚硝态氮的能力,为养殖水体去除氨氮和亚硝态氮提供目标菌株。【方法】用双层平板法从混合菌液中分离得到光合细菌,通过革兰氏染色、碳源利用试验、对无机电子供体的利用试验以及16SrRNA基因序列分析对目标菌株进行种属鉴定;测定菌株SP3在不同pH、不同浓度NaCl条件下的OD600,优化培养条件;通过测定7d内SP3菌株在不同浓度氨氮(氯化铵配制)和亚硝态氮(亚硝酸钠配制)中OD600的变化趋势,确定该菌株对不同氮源的利用情况;用纳氏比色法、分光光度法测定SP3菌株降解水体氨氮和亚硝态氮的能力。Genome walking扩增获得亚硝酸盐还原酶基因(nirS),通过荧光定量PCR研究nirS在氨氮、亚硝态氮去除过程中的表达动态。【结果】筛选出的菌株SP3为革兰氏阴性菌,短杆状;能以醋酸盐、丙酮酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、富马酸盐、琥珀酸盐、苹果酸、果糖、葡萄糖作为碳源,不能以乙醇和丙酮作为碳源;能利用硫化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠作为无机电子供体; 16SrRNA基因序列分析表明其与沙氏外硫红螺菌(Ectothiorhodospira shaposhnikovii)序列相似度为99%;菌株SP3适宜pH为6.0-8.5,适宜盐度为0-3%;菌株SP3以铵盐作为氮源时生长状态明显优于亚硝酸盐;以初始菌液浓度8.6×109CFU/mL、起始氨氮量84.15±0.58 mg/L的条件培养7 d,水体氨氮累计去除量为79.45±0.29 mg/L,氨氮累计去除率达到94.42%;在同样菌浓度和2mg/L亚硝酸钠的条件下培养5d,水体亚硝态氮含量低于检测限0.003mg/L。在菌株SP3去除氨氮、亚硝态氮过程中nirS相对表达量上调。【结论】菌株SP3为沙氏外硫红螺菌(E.shaposhnikovii),能有效去除水中氨氮和亚硝态氮,具有净化水质作用,在水产养殖和污水处理中有广阔应用前景。

Isolation and identification of a photosynthetic bacterium strain and removal of ammonia nitrogen and nitrite by the bacterium species in water