功能菌群利用不同糖源共代谢脱色偶氮染料效能差异机制研究

Azo dye is one of the main dye pollutants in the textile dyeing wastewater, which causes color pollution in the wastewater. The use of different substrates had significant effects on microbial co-metabolism decolorization effects. At present, more research on the selection of appropriate substrate, but the research on efficacy and differences mechanism is still lack of study. This study intends to set the mechanism of different efficiency of hydrolytic acidification functional bacteria flora co-metabolism of azo dye decolorization, with different carbohydrate sources as the research object. And mainly use of chemical and biological methods, molecular ecology methods, molecular biology methods, combined with the dye decolorization effect index, to carry out a series of static batch experiments. Carefully study the dynamic mechanism of substrate metabolism and dye degradation, microbial community structure response mechanism, key enzymes, functional bacteria with differences in protein expression mechanism etc. under different carbohydrate sources co-metabolism conditions. From the metabolism, community, individual and molecular levels, comprehensive and in-depth study of the micro dynamic mechanism and micro biological mechanism of efficiency differences by functional bacteria flora co-metabolism azo dye decolorization by using different carbohydrate sources. This study aimed for provide new ideas in seeking to bioremediation of organic matter degradation, and at the same time to provide a theoretical basis as the in situ bioaugmentation and effective regulation of dye containing wastewater biological decolorization processing.

偶氮染料是印染废水中主要污染物之一，引起废水色度污染。使用不同基质共代谢，微生物对染料脱色效果明显不同。目前对其适当共基质的选择研究比较多，但是对其效能及差异微观机制方面的报道还很缺乏。本研究拟以水解酸化脱色功能菌群利用不同糖源共代谢脱色偶氮染料效能差异机制为研究对象，主要运用生物化学方法、分子生态学方法、分子生物学方法，结合染料脱色效果指标，采用一系列静态批次实验，研究不同糖源条件下基质代谢动力学、染料降解动力学、微生物菌群结构响应机制、关键酶活性、功能菌种蛋白质差异表达机制等。从代谢动力学、群落、个体、分子等不同水平，综合深入地研究功能菌群利用不同糖源共代谢脱色偶氮染料效能及差异的微观动力学机制和微观生物学机制。为寻求难降解有机物生物修复技术提供新的思路，同时为原位强化和有效调控含染料废水生物脱色提供理论基础。

本项目主要选择四种不同糖源（蔗糖、葡萄糖、果糖、葡萄糖+果糖）作为共代谢基质，以水解酸化反应器驯化污泥中天然功能菌群DDMZ1为菌群来源（以下简称功能菌群），以偶氮染料活性黑5（RB5）为目标污染物，采用静置培养方式，进行一系列静态批次实验。首先研究了不同糖源条件下染料降解动力学、染料降解途径差异、微生物菌群结构响应机制、关键酶活性。实验结果表明，四种糖源作为共代谢基质对RB5的降解促进作用依次为：果糖>蔗糖>葡萄糖>葡萄糖+果糖。RB5去除动力学遵循一级动力学模型，同时，添加果糖的样品的k0和k1值均高于添加其他三种糖源的样品的k0和k1值。四种糖源作为共代谢基质对混合菌群DDMZ1胞内胞外偶氮还原酶活性都有促进作用，其中果糖促进效果最好。微生物群落结构在不同的糖源作用下差异显著，果糖可以显著富集伯克霍尔德菌（Burkholderia-Paraburkholderia）和克雷伯氏菌（Klebsiella）等菌属，增强RB5脱色和降解。随后分析了不同样品中蛋白质差异表达情况，探讨了功能菌种与功能蛋白之间的相互作用关系等。结果显示，在不同样品中一些氧化还原酶和外膜蛋白差异表达显著，并且与不同样品中的不同优势功能菌种如伯克霍尔德菌（Burkholderia）、假单胞菌（Pseudomonas）等显著相关。本研究从代谢动力学、群落、个体、分子等不同水平，综合深入地揭示了功能菌群利用不同糖源共代谢脱色偶氮染料效能及差异的微观动力学机制和微观生物学机制。目前已发表论文总数为14篇，其中SCI文章6篇、EI文章1篇，核心期刊文章7篇，指导完成博士学位论文1篇，硕士学位论文1篇，目前在研博士学位论文1篇，硕士学位论文3篇。已授权国家发明专利1项，已申请国家发明专利5项。圆满完成目标任务。