基于菲律宾蛤仔黏附污泥的海洋微生物絮凝剂生态仿生研究

Microbial bioflocculant is a kind of polysaccharide flocculant under development at home and abroad, with propertis of biodegradability,safety & high efficiency, non-toxic and no secondary pollution. Yet currently microbial bioflocculants preparation mainly adopts a method of single or group strains fermentation. Because bioflocculants secreted by microbes into broth can not precipitate by themselves, a high separation and purification cost is to be expected.If the culture suspension and microbe-free suspension are used, a remarkable medium substrates waste and simultaneous secondary pollution accompanying a lower efficiency will become the facts. Ecological singleness may be the reason for bioflocculant developing no precipitation.We firstly found the Ruditapes philippinarum conglutination mud exhibited good flocculation and decoloration abilities, heavy metal removal etc.Especially it performs a higher biosafety,a fast precipitation after reaction and can be applied to water and seawater treatments.Further research revealed microbes acted as the origin of bioactive substances.The excellent properties of the Ruditapes philippinarum conglutination mud can be attributed to the synergistic results of multiple factors. We proposed a concept of ecological biomimetic.This project will study the ecological mechanism of the Ruditapes philippinarum conglutination mud style bioflocculant,the molecular mechanism of conglutination mud and its biomimetic microbial bioflocculant, and the practicability of biomimetic microbial bioflocculant. It may provide a effective pathway for easing preparation,lowering its production cost. Thus help acqire a new method for bioflocculant preparation,and push the theratical study and application of bioflocculant forward.

微生物絮凝剂是国内外正在研发的一类生物可降解、安全高效、无毒无二次污染的多糖为主的水处理剂，然而目前的制备方法主要为单菌株或几个菌株复配发酵的方式，细胞分泌的絮凝剂在培养液中不能自然沉淀而增加了高分离成本；若直接使用发酵液或离心发酵液则会人为增加新的污染、浪费培养基质和降低处理效率。生态关系单一可能是絮凝剂不能沉淀的原因。我们首次发现菲律宾蛤仔黏附污泥具有良好絮凝、脱色、重金属去除等能力，特别是能自然沉淀、生物安全性更高、适合淡水和海水处理；进而发现黏附污泥中的微生物是其絮凝成分的重要产生源。蛤仔黏附污泥优良性能应是多因素作用的结果，申请人提出"生态仿生"的思路，将重点研究蛤仔黏附污泥形式絮凝剂产生的生态机制、黏附污泥及仿生絮凝剂的分子机制以及生态仿生可行性，为解决微生物絮凝剂制备难、成本高的问题提供有效途径，获得源于海洋，用于淡水、海水处理的絮凝剂制备新方法，推动絮凝剂理论和应用的发展。

微生物絮凝剂是国内外正在研发的一类生物可降解、安全高效、无毒无二次污染的多糖为主的水处理剂，然而目前的制备方法主要为单菌株或几个菌株复配发酵的方式，细胞分泌的絮凝剂在培养液中不能自然沉淀而增加了高分离成本；若直接使用发酵液或离心发酵液则会人为增加新的污染、浪费培养基质和降低处理效率。生态关系单一可能是絮凝剂不能沉淀的原因。我们首次发现菲律宾蛤仔黏附污泥具有良好絮凝、脱色、重金属去除等能力，特别是能自然沉淀、生物安全性更高、适合淡水和海水处理；进而发现黏附污泥中的微生物是其絮凝成分的重要产生源。蛤仔黏附污泥优良性能应是多因素作用的结果，申请人提出“生态仿生”的思路，重点研究蛤仔黏附污泥形式絮凝剂产生的生态机制、黏附污泥及仿生絮凝剂的分子机制以及生态仿生可行性，为解决微生物絮凝剂制备难、成本高的问题提供有效途径，获得源于海洋，用于淡水、海水处理的絮凝剂制备新方法，推动絮凝剂理论和应用的发展。.本研究阐明了菲律宾蛤仔黏附污泥起絮凝作用的核心因素是菲律宾蛤仔黏附污泥中共附生的细菌所产生的胞外多糖，而非其它生物因素；栖息地泥沙起到了促进胞外活性多糖共沉淀的作用；天然菲律宾蛤仔的微生物生态组成得到了全面的阐明，并分离筛选到14株高活性的絮凝剂产生菌株。这为菲律宾蛤仔絮凝剂的产生机制和自我沉淀机制做出了全面系统地阐释。采用直接以菲律宾蛤仔新鲜吐出的黏附污泥做为接种物，配以栖息地泥沙，经培养条件优化后最终实现了连续十一批次以上的稳定发酵制备，仿生的絮凝剂产品活性达到了原生态黏附污泥的同等或略优的效果。对仿生的絮凝剂产品性能作了多方面的表征，包括多糖化学组成和微生态组成均进行了与原生态泥的全面对比，结论为仿生絮凝剂产品性能优良，功能多样，活性功能分子有一定相似性，但微生态组成有差异，为其采用人工发酵方式之后所产生的新特征。菲律宾蛤仔黏附污泥天然絮凝剂、抗生素胁迫养殖条件下的黏附污泥、仿生絮凝剂产品的多糖活性组分分别经各种提取得以精制，研究了其酸水解后的单糖组成。菲律宾蛤仔黏附污泥活性絮凝组分以两种多糖RPMP-1和RPMP-2为主，并能实现协同增效，为国际上首次发现。抗生素胁迫养殖条件下的黏附污泥多糖含量和组成也支持了其活性的变化，进一步证实菲律宾蛤仔黏附污泥絮凝剂活性源于其中的细菌所产生的多糖。14个絮凝剂产生菌多糖组成特征性部分与原生态的菲律宾蛤仔黏附污泥同源性较高。