Question

【題目】反硝化細(xì)菌能將硝態(tài)氮(如N03-)轉(zhuǎn)化為氮氣(2N03-+l0e-+12H+→N2+6H20)，廣泛用于污水處理。科研人員開展好氧反硝化細(xì)菌的篩選和固定化研究，主要過程及結(jié)果如下。請回答：

步驟1： 菌株初篩、純化和鑒定。將1g活性污泥稀釋成不同濃度的溶液，各取50μL稀釋液均勻涂布到含有溴麝香草酚藍（BTB)的初篩培養(yǎng)基上（BTB是一種酸堿指示劑，在弱酸性溶液中呈黃色，弱堿性溶液中呈藍色，中性溶液中呈綠色，初篩培養(yǎng)基呈綠色），在適宜條件下培養(yǎng)獲得單菌落，再進行純化和遺傳鑒定。

步驟2：制備固定化細(xì)菌。配制海藻酸鈉等溶液并滅菌。在無菌條件下制備固定化小球，用無菌水沖洗并保存。

步驟3：不同C/N(碳氮比）對反硝化效率的影響研究。配制不同C/N的培養(yǎng)液，每種培養(yǎng)液分兩組，分別加入100粒固定化小球和0.8mL的菌液，在30℃下振蕩培養(yǎng)48h后，測定培養(yǎng)液中NO3-的去除率，結(jié)果如圖。

(1)步驟1中，初篩培養(yǎng)基中的氮源應(yīng)是_________。初培結(jié)束時，選擇的目標(biāo)菌落周圍應(yīng)呈___________色。

(2)步驟2中，海藻酸鈉等溶液的滅菌方法是__________。制作的凝膠球不宜過大，否則會使小球的________________________減小，影響小球內(nèi)外物質(zhì)交換.進而影響反硝化效率。

(3)步驟3中，若每個固定化小球包埋的細(xì)菌數(shù)量為1.9×l06個，則實驗接種的菌液中反硝化細(xì)菌的密度約為___________ (保留一位小數(shù))個mL-1。實驗結(jié)果表明，固定化會使細(xì)菌的反硝化效率略有下降，可能的原因是__________________。

(4)用反硝化細(xì)菌進行污水處理過程中，有時需要向污水中加入少量淀粉。結(jié)合實驗結(jié)果分析，添加淀粉的主要目的是_________________________。

Answer 1

【答案】硝態(tài)氮（或NO3-） 藍 高壓蒸汽滅菌 表面積與體積比（或相對表面積） 2.4×108 固定化阻礙細(xì)菌細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換（或減少了對細(xì)菌O2、NO3-等的供應(yīng)） 提高污水中的C/N，以提高細(xì)菌對污水中NO3-的去除率

【解析】

實驗室中篩選微生物的原理是：人為提供有利于目的菌株生長的條件（包括營養(yǎng)、溫度、pH等），同時抑制或阻止其他微生物生長；微生物的實驗室培養(yǎng)，對培養(yǎng)基等通常采用高壓蒸汽滅菌。細(xì)胞的表面積與體積的比值叫做相對表面積，細(xì)胞越小，相對表面積越大，細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換速率越快。用包埋法固定細(xì)胞，包埋物可能會對細(xì)胞的代謝產(chǎn)生影響。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合題意和圖示分析作答。

(1)由題意可知：反硝化細(xì)菌能將硝態(tài)氮(如N03-)轉(zhuǎn)化為氮氣，因此步驟1中，初篩培養(yǎng)基中的氮源應(yīng)是硝態(tài)氮（或NO3-）。反硝化細(xì)菌的生理活動消耗H+，會導(dǎo)致培養(yǎng)基的pH升高，呈弱堿性，進而使初篩培養(yǎng)基由最初的綠色變?yōu)樗{色，所以初培結(jié)束時，選擇的目標(biāo)菌落周圍應(yīng)呈藍色。

(2) 步驟2中，對海藻酸鈉等溶液進行滅菌，常采用高壓蒸汽滅菌法。制作的凝膠球如果過大，會使小球的表面積與體積比（或相對表面積）減小，影響小球內(nèi)外物質(zhì)交換，進而影響反硝化效率。

(3) 步驟3中，在每組培養(yǎng)液中分別加入100粒固定化小球和0.8mL的菌液，若每個固定化小球包埋的細(xì)菌數(shù)量為1.9×l06個，則實驗接種的菌液中反硝化細(xì)菌的密度約為1.9×l06×l00÷0.8≈ 2.4×108個mL-1。實驗結(jié)果圖顯示：固定化菌株的NO3-的去除率略低于游離菌株的NO3-的去除率，說明固定化會使細(xì)菌的反硝化效率略有下降，究其原因可能是：固定化阻礙了細(xì)菌細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換（或減少了對細(xì)菌O2、NO3-等的供應(yīng)）。

(4) 實驗結(jié)果圖顯示：在一定范圍內(nèi)，兩種菌株的NO3-的去除率隨著培養(yǎng)液中的C/N升高而升高，但超過該范圍，兩種菌株的NO3-的去除率會下降，據(jù)此可推知：用反硝化細(xì)菌進行污水處理過程中，有時需要向污水中加入少量淀粉，其主要目的是提高污水中的C/N，以提高細(xì)菌對污水中NO3-的去除率。