循环水花鳗鲡养殖系统中微生物群落的碳代谢特征

发布时间：2020-04-02 09:39

【摘要】：IBiolog-ECO法是一种较为先进的分析微生物代谢功能多样性的有效方法,其通过微生物对不同单一碳源的利用程度,来反映微生物群落结构和多样性特征,操作简便、快速,得出的数据量丰富。采用Biolog-ECO技术,通过平均颜色变化率(Average Well Color Development,简称AWCD)、多样性指数、主成分分析(Principal Component Analysis,简称PCA)和聚类分析等分析方法揭示微生物对31种碳源的利用情况,了解循环水花鳗鲡养殖系统中的微生物群落功能多样性特征,进而优化循环水养殖系统,为其进一步的研究奠定理论基础。1、循环水花鳗鲡养殖系统中养殖水、生物滤池和微珠过滤器中微生物群落的代谢特征为了解循环水花鳗鲡养殖过程中养殖水、生物滤池和微珠过滤器中微生物群落结构与代谢功能变化情况,本研究利用Biolog-ECO法从微生物群落碳源代谢特征层面反映循环水养殖系统中不同采样点的微生物群落特征。研究结果表明:生物滤池和微珠过滤器中的微生物AWCD值无显著性差异(P0.05),但均显著高于循环系统中养殖水的微生物AWCD值(P0.05);不同采样点下微生物对碳源的利用水平为:氨基酸类多聚物碳水化合物胺类酚酸类羧酸类,不同采样点的微生物对氨基酸、多聚物和碳水化合物有代谢偏好,水处理设备的生物滤池和微珠过滤器相对养殖水中的微生物总体对碳源利用程度较高;不同采样点下的微生物在Simpson优势度指数和丰富度指数上无显著差异(P0.05),在Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Mc Intosh指数上生物滤池的微生物显著高于养殖水(P0.05)。本试验通过Biolog方法研究了循环水养殖系统中不同采样点的微生物群落碳代谢功能多样性等特征,通过分析微生物对各项碳源的代谢特征,为循环水养殖系统的进一步研究提供理论依据。2、Biolog-ECO解析循环水花鳗鲡养殖系统中不同生物降解工艺下的滤料微生物群落功能多样性特征为了解循环水花鳗鲡养殖过程中调节生物滤池的工艺后微生物群落结构与代谢功能变化情况,进而寻找能否在节能的工艺下,生物滤池中的滤料微生物仍有良好的硝化作用。基于此,通过改变生物滤池依次至O2、A/O和O/A工艺,运用Biolog-ECO法分析各工艺稳定条件下生物滤池中微生物群落的代谢特征。结果显示:AWCD值总体变化趋势上O2工艺二段明显最优,其次是A/O工艺一段,而O/A工艺一段的滤料微生物对碳源利用能力相对最差;在对六类碳源的利用情况上,不同工艺对氨基酸类和胺类代谢明显偏好,其中O2工艺二段和A/O工艺一段的滤料微生物对六类碳源利用程度相对较高;O/A工艺一段在多样性指数上处于最高水平,其次是O2工艺二段和O/A工艺二段,O2工艺一段在各多样性指数上均处于较低水平;主成分分析显示,不同工艺不同生物滤池段的滤料微生物代谢基质主成分1的贡献率为32.89%,主成分2为25.91%,主成分1相关系数0.5以上的碳源有16种,主成分2有14种;在滤料微生物对31种碳源的利用上,利用明显偏好的(4%)有氨基酸类的L-天门冬酰胺和L-精氨酸、碳水化合物中的N-乙酰-D-葡萄糖胺、多聚物中的吐温40和吐温80、酚酸类的4-羟基苯甲酸和胺类的苯乙胺,利用率较低的为羧酸类的γ-羟基丁酸、碳水化合物的D,L-α-磷酸甘油和酚酸类的2-羟基苯甲酸。试验通过调节曝气情况改变生物滤池的工艺,研究生物滤池中的微生物群落碳代谢特征,为循环水养殖系统的进一步研究提供参考依据。3、循环水养殖系统中生物滤池在不同水力停留时间下微生物群落的代谢特征本文运用Biolog-ECO方法研究不同水力停留时间(HRT分别为:高HRT 16.08min、中HRT 10.05 min和低HRT 7.31 min)下循环水养殖系统中生物滤池中的微生物群落结构与代谢功能变化情况。研究结果显示:(1)高HRT和低HRT条件下的滤料微生物群落之间的平均颜色变化率(AWCD)无显著差异(P0.05),且均显著高于中HRT下的滤料微生物AWCD值(P0.05);(2)3种HRT条件下滤料微生物对碳源利用趋势为:氨基酸类�e多聚物�e碳水化合物�e胺类�e羧酸类�e酚酸类,整体来说,滤料微生物对氨基酸类和多聚物类碳源有代谢偏好,且低HRT和高HRT条件下的滤料微生物对碳源利用程度较好;(3)3种HRT条件下的滤料微生物在Shannon-Wiener指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数上均差异显著(P0.05);高HRT和低HRT条件下的滤料微生物在Mc Intosh指数和丰富度指数均无差异显著(P0.05),但显著高于中HRT的滤料微生物(P0.05)。本研究从微生物群落碳源代谢特征层面反映不同水力停留时间下MBBR滤池中的微生物群落特征,可以作为循环水养殖系统水体交换量调控的参考依据,通过调节HRT来调控生物膜上的微生物群落结构,从而提高生物滤池水处理效率和系统运行效果。
【图文】：

上海海洋大学硕士学位论文环水养殖系统中的核心水处理设备为生物滤池，生物滤池中有大量附着着硝化细菌的生物膜滤料。养殖水体经循环进入水处理装置中，在硝化细菌和反硝化细菌的作用下，通过硝化—反硝化工艺，降低氨氮（NH4+-N）和硝酸盐氮（NO3--N）含量，达到脱氮的目的[13]；滴滤式微珠过滤器在过滤细小污物的同时有微量的反硝化作用，可降低水体中的部分硝氮(NO3--N)。由于循环水养殖系统中生物滤料上附着的大量微生物完成氨化作用和硝化作用，使循环水养殖系统中的水体维持在养殖对象的安全生长范围内，系统得以在少量换水的基础上不断循环。

上海海洋大学硕士学位论文在 0～24 h 区间内，微生物处于 ECO 板适应期，其对碳源利用速度较为温和，故微生物的 AWCD 值上升较慢。24～96 h 期间，微生物的 AWCD 值快速增长，此期间对碳源利用较快，微生物活性随之快速升高，AWCD 值呈指数形式上升速度较快。96 h 之后 AWCD 值升高有所减缓，微生物数量的增长速度也随之缓慢，碳源利用速率幅度较小。144 h 之后，AWCD 值趋于稳定，说明平板内的微生物活性及数量达到稳定。对不同采样点下的 ECO 板 96 h AWCD 值进行单因素方差分析生物滤池和微珠过滤器中的微生物 AWCD 值无显著性差异（P>0.05），但均显著高于循环系统中养殖水的微生物 AWCD 值（P<0.05）。从平均颜色变化率的折线图来看，整个培养期间，，生物滤池和微珠过滤器中的微生物 AWCD 值一直相对较高且差异不大，而养殖水中的微生物 AWCD 值一直较低，表明生物滤池和微珠过滤器中的微生物对不同碳源的利用能力最强。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S965.223

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