Question

【题目】反硝化细菌能将硝态氮(如N03-)转化为氮气(2N03-+l0e-+12H+→N2+6H20)，广泛用于污水处理。科研人员开展好氧反硝化细菌的筛选和固定化研究，主要过程及结果如下。请回答：

步骤1： 菌株初筛、纯化和鉴定。将1g活性污泥稀释成不同浓度的溶液，各取50μL稀释液均匀涂布到含有溴麝香草酚蓝（BTB)的初筛培养基上（BTB是一种酸碱指示剂，在弱酸性溶液中呈黄色，弱碱性溶液中呈蓝色，中性溶液中呈绿色，初筛培养基呈绿色），在适宜条件下培养获得单菌落，再进行纯化和遗传鉴定。

步骤2：制备固定化细菌。配制海藻酸钠等溶液并灭菌。在无菌条件下制备固定化小球，用无菌水冲洗并保存。

步骤3：不同C/N(碳氮比）对反硝化效率的影响研究。配制不同C/N的培养液，每种培养液分两组，分别加入100粒固定化小球和0.8mL的菌液，在30℃下振荡培养48h后，测定培养液中NO3-的去除率，结果如图。

(1)步骤1中，初筛培养基中的氮源应是_________。初培结束时，选择的目标菌落周围应呈___________色。

(2)步骤2中，海藻酸钠等溶液的灭菌方法是__________。制作的凝胶球不宜过大，否则会使小球的________________________减小，影响小球内外物质交换.进而影响反硝化效率。

(3)步骤3中，若每个固定化小球包埋的细菌数量为1.9×l06个，则实验接种的菌液中反硝化细菌的密度约为___________ (保留一位小数)个mL-1。实验结果表明，固定化会使细菌的反硝化效率略有下降，可能的原因是__________________。

(4)用反硝化细菌进行污水处理过程中，有时需要向污水中加入少量淀粉。结合实验结果分析，添加淀粉的主要目的是_________________________。

Answer 1

【答案】硝态氮（或NO3-） 蓝 高压蒸汽灭菌 表面积与体积比（或相对表面积） 2.4×108 固定化阻碍细菌细胞与外界的物质交换（或减少了对细菌O2、NO3-等的供应） 提高污水中的C/N，以提高细菌对污水中NO3-的去除率

【解析】

实验室中筛选微生物的原理是：人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养、温度、pH等），同时抑制或阻止其他微生物生长；微生物的实验室培养，对培养基等通常采用高压蒸汽灭菌。细胞的表面积与体积的比值叫做相对表面积，细胞越小，相对表面积越大，细胞与外界的物质交换速率越快。用包埋法固定细胞，包埋物可能会对细胞的代谢产生影响。在此基础上，结合题意和图示分析作答。

(1)由题意可知：反硝化细菌能将硝态氮(如N03-)转化为氮气，因此步骤1中，初筛培养基中的氮源应是硝态氮（或NO3-）。反硝化细菌的生理活动消耗H+，会导致培养基的pH升高，呈弱碱性，进而使初筛培养基由最初的绿色变为蓝色，所以初培结束时，选择的目标菌落周围应呈蓝色。

(2) 步骤2中，对海藻酸钠等溶液进行灭菌，常采用高压蒸汽灭菌法。制作的凝胶球如果过大，会使小球的表面积与体积比（或相对表面积）减小，影响小球内外物质交换，进而影响反硝化效率。

(3) 步骤3中，在每组培养液中分别加入100粒固定化小球和0.8mL的菌液，若每个固定化小球包埋的细菌数量为1.9×l06个，则实验接种的菌液中反硝化细菌的密度约为1.9×l06×l00÷0.8≈ 2.4×108个mL-1。实验结果图显示：固定化菌株的NO3-的去除率略低于游离菌株的NO3-的去除率，说明固定化会使细菌的反硝化效率略有下降，究其原因可能是：固定化阻碍了细菌细胞与外界的物质交换（或减少了对细菌O2、NO3-等的供应）。

(4) 实验结果图显示：在一定范围内，两种菌株的NO3-的去除率随着培养液中的C/N升高而升高，但超过该范围，两种菌株的NO3-的去除率会下降，据此可推知：用反硝化细菌进行污水处理过程中，有时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，以提高细菌对污水中NO3-的去除率。