《好氧污泥顆粒化過程中胞外蛋白的作用機理研究》是依託浙江大學，由徐向陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：好氧污泥顆粒化過程中胞外蛋白的作用機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：徐向陽
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
好氧污泥顆粒化是近年來國內外廢水生物處理領域的研究熱點。胞外多聚物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）在顆粒污泥形成過程中起著重要作用。項目在前期研究的基礎上，以污泥胞外蛋白為重點，套用蛋白組學等研究技術方法，系統研究污泥顆粒化過程污泥EPS蛋白質差異表達、運行工況對污泥EPS蛋白質差異表達調控作用以及成熟顆粒污泥EPS蛋白組，明確調控污泥顆粒化和穩定顆粒結構的功能蛋白，以此揭示胞外蛋白在顆粒污泥形成中的作用，為系統闡明好氧污泥顆粒化微生物學機理提供理論依據。
結題摘要
項目針對好氧污泥顆粒化、結構穩定化機理不明晰以及調控對策缺乏等瓶頸問題，基於前期研究發現EPS在顆粒污泥形成過程中的重要作用，開展好氧污泥顆粒化及工況調控下EPS關鍵組分，尤其是PN組成差異及其作用機制研究。結果表明，好氧污泥顆粒化過程PN含量變化與顆粒粒徑演變呈明顯正相關（R2為0.9021），微生物在生物、水力雙重選擇壓下應激賦予的高PN/PS比（＞3.5）條件利於其團聚形成顆粒污泥結構。套用SDS-PAGE分析PN組分發現，顆粒化過程污泥EPS中大分子蛋白（20.1–66.4 kDa）比例明顯增加，進一步結合EEM、FTIR等技術解析EPS關鍵組分發現，芳香族類蛋白在污泥顆粒化過程起重要作用，蛋白質聚合鏈、α-螺旋、β-摺疊等二級結構利於微生物團聚、污泥顆粒化。對不同結合態的污泥EPS分析發現，高生物選擇壓下污泥TB-EPS大幅增加，而LB-EPS則變化不明顯，具體組成分析揭示了強化污泥TB-EPS（分子量大於97.2 kDa，尤其是類蛋白類物質）富集、控制LB-EPS過度積累的培養策略有利於好氧污泥顆粒化。套用2-DE/MS技術分析顆粒化過程污泥PN差異表達發現，顆粒污泥內伴侶蛋白、連線蛋白、新陳代謝相關蛋白高度富集，其中：伴侶蛋白（htpG、GroEL等）通過信號分子傳導構建網路體系，影響蛋白質轉運、定位或分泌；連線蛋白（bztA、Extracellular solute-binding protein）通過介導細胞通訊影響微生物定殖、粘附和團聚，上述兩類蛋白的高度富集利於微生物團聚、污泥顆粒化；此外，新陳代謝相關蛋白在細胞外大量存在可強化有機污染物高效降解。在此基礎上，開展工況最佳化調控下顆粒污泥EPS蛋白差異表達研究發現，工藝選擇壓強化後顆粒污泥PN/PS比增高（3-6），芳香族蛋白、蛋白質二級結構AmideⅠ3-turn helix 和ß摺疊結構等利於顆粒結構穩定的PN組分得以富集，加速胞外蛋白分泌或重建的PPIase、促進聚合物的跨膜運輸及傳遞的OprF和OMPs等蛋白在細胞內高度表達，實現好氧顆粒污泥結構穩定。研究結果揭示了胞外蛋白在顆粒污泥形成中的作用，為闡明好氧污泥顆粒化微生物學機理提供科學依據。 對照項目研究計畫，課題組較好完成項目研究內容，達到預期研究目標，發表SCI論文6篇，授權發明專利1項，培養研究生4名。
