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5种因子对赤红球菌HDRR2Y去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响

徐煜 胡晓娟 张淞 徐武杰 苏浩昌 文国樑 曹煜成

徐煜, 胡晓娟, 张淞, 徐武杰, 苏浩昌, 文国樑, 曹煜成. 5种因子对赤红球菌HDRR2Y去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20220044
引用本文: 徐煜, 胡晓娟, 张淞, 徐武杰, 苏浩昌, 文国樑, 曹煜成. 5种因子对赤红球菌HDRR2Y去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20220044
XU Yu, HU Xiaojuan, ZHANG Song, XU Wujie, SU Haochang, WEN Guoliang, CAO Yucheng. Effect of five factors on removing ammonia nitrogen and nitrite by Rhodococcus ruber HDRR2Y fermentation[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20220044
Citation: XU Yu, HU Xiaojuan, ZHANG Song, XU Wujie, SU Haochang, WEN Guoliang, CAO Yucheng. Effect of five factors on removing ammonia nitrogen and nitrite by Rhodococcus ruber HDRR2Y fermentation[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20220044

5种因子对赤红球菌HDRR2Y去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响

doi: 10.12131/20220044
基金项目: 国家重点研发计划项目 (2020YFD0900401);广东省重点领域研发计划项目 (2021B0202040001);海南省自然科学基金项目 (2022CXTD265);中国水产科学研究院基本科研业务费项目 (2020TD54);中国水产科学研究院南海水产研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助 (2021SD08);财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系资助 (CARS-48);广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金 (2019KJ149)
详细信息
    作者简介:

    徐煜:徐 煜 (1987—),男,助理研究员,硕士,从事对虾养殖技术与水质调控研究。E-mail: xuyublq@163.com

    通讯作者:

    曹煜成 (1979—),男,研究员,博士,从事水产健康养殖及养殖生态环境调控与修复研究。E-mail: cyc_715@163.com

  • 中图分类号: S 917.1

Effect of five factors on removing ammonia nitrogen and nitrite by Rhodococcus ruber HDRR2Y fermentation

  • 摘要: 赤红球菌 (Rhodococcus ruber) 是常见的污水、废水处理微生物,为探究环境因子对赤红球菌HDRR2Y去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响,将HDRR2Y菌株发酵液添加至含有高浓度氨氮 (${\rm{NH}}_4^+ $-N) 或亚硝酸盐(${\rm{NO}}_2^- $-N) 的养殖水体中,通过国标法检测氨氮和亚硝酸盐浓度的变化,检验菌株培养液去除氨氮及亚硝酸盐的效果。按照温度、转速、盐度、接种菌量、底物浓度 (氨氮和亚硝酸盐) 5个因素进行Plackett-Burman实验设计,探讨这些因子对赤红球菌去除氨氮和亚硝酸盐效应的影响。结果显示,发酵过程中,菌株HDRR2Y质量浓度在36 h内从初始的5×104 CFU·mL−1增至4.08×109 CFU·mL−1。添加菌株培养液后,养殖水体氨氮质量浓度从初始的15 mg·L−1降至5.56 mg·L−1,去除率为62.96%,亚硝酸盐质量浓度从15 mg·L−1降至6.95 mg·L−1,去除率为59.37%。5种因子中,温度和氨氮浓度对菌株HDRR2Y去除氨氮影响最显著 (P<0.05),影响权重程度依次为:温度>氨氮浓度>转速>菌量>盐度;温度和转速是影响去除亚硝酸盐最显著的两个因子 (P<0.05),权重程度依次为:温度>转速>盐度>亚硝酸盐浓度>菌量。可见,菌株HDRR2Y培养液具有良好的去除氨氮、亚硝酸盐的作用,且温度是影响HDRR2Y去除氨氮、亚硝酸盐效率的最显著因子。
  • 图  1  菌株HDRR2Y菌浓度变化

    Figure  1.  Bacterial concentration change of strain HDRR2Y

    图  2  菌株HDRR2Y在发酵过程中的形态

    Figure  2.  Morphology of strain HDRR2Y during fermentation

    图  3  赤红球菌HDRR2Y对养殖水体氨氮和亚硝酸盐作用效果

    Figure  3.  Effect of HDRR2Y on ammonia and nitrite nitrogen in aquaculture water

    表  1  Plackett-Burman实验因素及与水平设计

    Table  1.   Factors and levels design of Plackett-Burman

    因素 Factor水平 Level
    −11
    A:菌浓度
    Bacterial concentration/(CFU·mL−1)
    104107
    B:底物 (氨氮/亚硝酸盐) 质量浓度
    Substrate concentration
    (Ammonia nitrogen/Nitrite)/(mg·L−1)
    1530
    C:盐度 Salinity1530
    D:转速 Rotating speed/(r·min−1)150225
    E:温度 Temperature/℃2030
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    表  2  Plackett-Burman设计

    Table  2.   Plackett-Burman experiment design

    序号 No.A:菌浓度
    Bacterial concentration
    B:底物 (氨氮/
    亚硝酸盐) 浓度
    Substrate
    concentration
    (Ammonia nitrogen/Nitrite)
    C:盐度
    Salinity
    D:转速
    Rotating speed
    E:温度Temperature
    11−1−1−11
    21−1111
    31−111−1
    4−11−111
    5−111−11
    6−1−1−11−1
    7−1−11−11
    811−1−1−1
    9−1−1−1−1−1
    10−1111−1
    1111−111
    12111−1−1
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    表  3  养殖水体中氨氮和亚硝酸盐去除率

    Table  3.   Removal rate of ammonia nitrogen and nitrite in aquaculture water

    被测指标
    Measured index
    时间 Time去除率 Removal rate/%
    对照组
    GC
    加菌组
    GH
    氨氮 NH4 +-N 第3天 −5.16±6.87a 62.92±1.53b
    第7天 −4.06±7.31a 57.50±2.16b
    亚硝酸盐 NO2 -N 第3天 −1.43±2.10a 59.37±2.49b
    第7天 −4.92±1.41a 56.36±1.67b
    注:同行数据的不同字母代表对照组和加菌组差异显著 (P<0.05)。 Note: Values with different letters within the same column indicate significant difference (P<0.05).
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    表  4  Plackett-Burman实验底物去除率

    Table  4.   Removal rate of substrate in Plackett-Burman experiment

    序号
    No.
    Y1:氨氮去除率
    Removal rate of ammonia nitrogen/%
    Y2:亚硝酸盐去除率
    Removal rate of nitrite/%
    148.442.5
    251.336.6
    336.240.2
    452.447.1
    553.636.8
    642.542.9
    743.939.9
    840.732.5
    931.643.7
    1043.838.7
    1159.353.4
    1245.230.7
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    表  5  Plackett-Burman实验因素水平与回归方程方差分析 (底物为氨氮)

    Table  5.   Plackett-Burman's experimental factor level and ANOVA of regression equation (Substrate is ammonia nitrogen)

    因素
    Factor
    平方和
    Sum of squares
    自由度
    df
    均方
    Mean square
    FP>F显著性
    Significance
    重要性排序
    Importance ranking
    模型 Model591.885118.3810.090.007 0**
    A:菌浓度 Bacterial
    concentration/(CFU·mL−1)
    14.74114.741.260.305 24
    B:氨氮质量浓度 Ammonia nitrogen
    mass concentration /(mg·L−1)
    140.771140.7712.000.013 4*2
    C:盐度 Salinity/(g·L−1)0.067510.067 50.005 80.942 05
    D:转速 Rotating speed/(r·min−1)40.70140.703.470.111 93
    E:温度 Temperature/℃395.601395.6033.710.001 1*1
    残留误差 Residual error70.41611.74
    总差 Total difference662.2911
    注:判定系数R2=0.893 7;*. 差异显著 (P<0.05);**. 差异极显著( P<0.001)。 Note: Determination coefficient (R2)= 0.893 7; *. Significant difference (P<0.05); **. Very significant difference (P<0.001).
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    表  6  Plackett-Burman实验因素水平与回归方程方差分析 (底物为亚硝酸盐)

    Table  6.   Plackett-Burman's experimental factor level and ANOVA of regression equation (Substrate is nitrite)

    因素
    Factor
    平方和
    Sum of squares
    自由度
    df
    均方
    Mean
    square
    FP>F显著性
    Significance
    重要性排序
    Importance
    ranking
    模型 Model 340.26 5 68.05 4.96 0.038 2 *
    A:菌浓度
    Bacterial concentration/(CFU·mL−1)
    7.05 1 7.05 0.514 5 0.500 2 5
    B:氨氮质量浓度
    Ammonia nitrogen mass concentration /(mg·L−1)
    8.00 1 8.00 0.583 8 0.473 8 4
    C:盐度 Salinity/(g·L−1) 11.21 1 11.21 0.817 9 0.400 6 3
    D:转速 Rotating speed/(r·min−1) 152.65 1 152.65 11.13 0.015 7 * 2
    E:温度 Temperature/℃ 161.33 1 161.33 11.77 0.014 0 * 1
    残留误差 Residual error 82.26 6 13.71
    总差 Total difference 422.52 11
    注:判定系数R2体=0.8053;*. 差异显著 (P<0.05)。 Note: Determination coefficient (R2)= 0.8053; *. Significant difference (P<0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-24
  • 修回日期:  2022-06-13
  • 录用日期:  2022-07-19
  • 网络出版日期:  2022-07-27

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