碳源对聚磷菌胞内物质转化的影响及光谱分析

论文摘要

不同碳源条件下聚磷菌胞内物质的转化与除磷功能密切相关,研究不同碳源对聚磷菌胞内物质的转化的影响及碳源与除磷功能的内在联系,有助于揭示生物除磷的微观机制,具有重要意义。胞内物质的实时检测是及时掌握聚磷菌代谢优劣的重要途径,但传统的胞内物质的检测方法较复杂提取耗时长且很多试剂对人体伤害较大,污染环境,光谱法具有无污染,不需对样品进行较复杂的预处理、快捷方便,利用光谱法实现胞内物质的快速检测对于及时分析聚磷菌的代谢具有重要意义。然而,关于不同碳源对纯种聚磷菌胞内物质转化的影响及其胞内物质的光谱分析的研究相对较少。该研究利用实验室筛选的不动杆菌属聚磷菌,通过改变碳源研究不同碳源（乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸）对聚磷菌胞内物质转化的影响,并采用三维荧光光谱法、拉曼光谱法实现对胞内物质转化的定性和定量分析。主要研究结果如下:（1）实验室筛选的不动杆菌属聚磷菌在4种不同碳源但相同碳浓度的培养基中培养,观察OD600（细菌细胞密度测量）的变化。研究结果表明,不动杆菌属在以乙酸钠为碳源的培养基中OD600增长较快,16 h后OD600趋于稳定,表明聚磷菌16 h内生长较快然后生长较为平稳;在以葡萄糖为碳源时16 h内OD600增长较为缓慢,之后OD600增长较快,表明聚磷菌16 h前生长较为缓慢后生长较快;在以丙酸钠、乳酸的培养基中OD600几乎没有变化趋于稳定状态,表明聚磷菌几乎没有增长。（2）采用传统的化学检测法对不动杆菌属聚磷菌在乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸4种不同碳源下的常规指标和胞内物质进行分析。常规指标分析结果表明:在厌氧阶段,聚磷菌对COD的吸收率为丙酸钠>葡萄糖>乙酸钠>乳酸,正磷酸盐释放率为丙酸钠>乙酸钠>葡萄糖>乳酸。在好氧阶段,聚磷菌在4种碳源下除磷效果为丙酸钠>乙酸钠>葡萄糖>乳酸。胞内物质分析结果表明,聚磷菌在厌氧阶段,在乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸4种碳源中聚-β-羟基丁酸酯（PHB）分别增长97.61%、264.33%、153.16%、117.25%,聚合磷酸盐（poly-P）分别减少14.28%、15.76%、23.58%、65.53%,糖原分别减少14.97%、17.20%、18.97%、25.56%;在好氧阶段,碳源为乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸时PHB分别减少77.88%、93.54%、91.90%、59.71%。经过完整周期后,碳源为乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸时,聚磷菌胞内糖原分别增长-1.52%、30.09%、18.56%、2.71%,poly-P分别增长33.90%、60.20%、43.01%、8.10%。（3）采用三维荧光光谱分析及荧光区域积分法不动杆菌属在4种不同碳源下不同时期胞内物质转化情况。三维荧光图谱结果表明:不动杆菌属聚磷菌在4种不同碳源两个不同阶段胞内物质都出现还原型辅酶Ⅰ（NADH）和色氨酸。当碳源分别为乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸时,厌氧末端聚磷菌胞内NADH峰A的荧光波峰强度分别减弱了16.59、36.64、34.34、14.66,好氧末端聚磷菌胞内NADH荧光强度分别增强了37.73、73.88、41.94、16.43。厌氧阶段,碳源为葡萄糖时聚磷菌胞内色氨酸荧光强度增强,其它碳源中均降低,好氧阶段4种碳源中聚磷菌胞内色氨酸荧光强度均降低。采用荧光区域积分法对各区域光谱强度进行积分,结果表明,荧光区域标准体积与各物质对应的区域内波峰荧光强度变化趋势相同,荧光强度减弱其对应荧光区域内荧光区域积分标准体积也减小,荧光强度增强其荧光区域积分标准体积也增大。通过标准样品NADH浓度与三维荧光强度建立线性关系y=8.629x+58.061,求得不动杆菌属聚磷菌在以乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸为碳源时,厌氧阶段NADH的浓度分别减少1.92 mmol/L、4.25 mmol/L、3.98 mmol/L、0 mmol/L,在好氧阶段NADH的浓度分别增长4.37mmol/L、8.56 mmol/L、4.86 mmol/L、0 mmol/L。（4）采用拉曼光谱法对不动杆菌属聚磷菌胞内物质的变化进行定性表征。分析结果表明,拉曼光谱强度较好的表征了4种碳源下不同阶段的聚磷菌胞内糖原、poly-P、PHB的变化,在乙酸钠、丙酸钠、葡萄糖、乳酸4种碳源中,厌氧阶段聚磷菌胞内糖原拉曼强度分别减弱了3.62、19.13、24.31、2.47,poly-P的拉曼强度分别减弱了21.73、145.22、170.65、15.20,PHB拉曼强度分别增强了52.55、66.07、64.96、24.79。好氧阶段聚磷菌胞内糖原拉曼强度分别增长了4.02、32.43、48.62、13.56,poly-P拉曼强度分别增长了50.10、257.58、240.17、38.01,PHB拉曼强度分别降低了122.61、141.20、110.64、54.39。（5）采用拉曼光谱法结合组合间隔偏最小二乘法（siPLS）模型对不动杆菌属聚磷菌胞内物质进行定量分析。拉曼光谱结合siPLS模型分别对不动杆菌属聚磷菌胞内物质PHB、poly-P、糖原建立定量分析模型。定量分析模型结果表明,PHB、poly-P、糖原模型预测相关系数rc分别为0.8685、0.9365、0.8972,预测均方根误差（RMSECV）分别为0.3642、0.6979、6.2803,验证相关系数rp分别为0.9364、0.8931、0.9253,验证均方根误差（RMSEP）分别为0.1306、0.9696、5.8980;PHB的siPLS模型最优组合区间470-555 cm-1、755-840 cm-1、1320-1405cm-1、1745-1830 cm-1,poly-P的siPLS模型最优组合区间385-470 cm-1、640-725cm-1、1150-1235 cm-1,糖原siPLS模型最优区间413.33-526.67 cm-1、753.33-866.67cm-1、1320-1433.33 cm-1、1886.67-2000 cm-1。该试验研究分析碳源对单一菌属聚磷菌胞内物质转化的影响,采用光谱技术对胞内物质进行快速定性分析,拉曼光谱结合siPLS模型对胞内物质PHB、poly-P、糖原定量分析,丰富了碳源对单一菌属聚磷菌的研究理论,且提供了光谱对胞内物质快速检测的技术依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 前言
•   1.2 研究内容、研究目标及解决的关键问题
•     1.2.1 研究内容
•     1.2.2 研究目标
•     1.2.3 解决的关键问题
•   1.3 采取研究方案
•     1.3.1 研究方法
•     1.3.2 技术路线
•     1.3.3 可行性分析
•     1.3.4 特色与创新
• 第二章 不同碳源对不动杆菌的生长繁殖及代谢影响
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 实验装置
•     2.2.2 实验接种微生物与实验检测培养基
•     2.2.3 实验仪器
•     2.2.4 分析指标与测定方法
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 不同碳源对微生物的繁殖生长影响
•     2.3.2 不动杆菌属在不同碳源下COD、P的去除情况
•     2.3.3 不动杆菌属在不动碳源下胞内物质转化情况分析
•   2.4 本章小结
• 第三章 三维荧光对微生物胞内物质的表征
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 实验仪器
•     3.2.2 实验方法
•   3.3 实验结果分析
•     3.3.1 NADH标准样品三维荧光讨论分析
•     3.3.2 不同碳源微生物胞内物质三维荧光讨论分析
•     3.3.3 荧光区域积分对不同碳源微生物胞内物质三维荧光讨论分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 拉曼光谱对胞内物质PHB、poly-P、糖原的表征
•   4.1 引言
•   4.2 材料方法
•     4.2.1 实验仪器
•     4.2.2 实验方法
•   4.3 实验结果分析
•     4.3.1 不同碳源不同时期拉曼光谱分析
•     4.3.2 不同碳源同时期拉曼光谱比较分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 胞内物质拉曼光谱模型分析
•   5.1 引言
•   5.2 光谱处理
•   5.3 PHB定量分析模型
•   5.4 聚磷定量分析模型
•   5.5 糖原定量分析模型
•   5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及研究生期间主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张雄

导师: 黄健

关键词: 不动杆菌属,不同碳源,胞内物质,光谱分析,模型

来源: 安徽建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 安徽建筑大学

分类号: X703;X172

总页数: 82

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