[发明专利]具有亚硝酸盐去除能力的非致病性工程菌及其构建方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种具有亚硝酸盐去除功能的非致病性工程菌及其构建方法，该工程菌可用于水产养殖水体中亚硝酸盐的去除。

背景技术

水产养殖业是指水生环境系统中生物体的生产、加工和销售，已有数千年的历史。水产养殖是农业生产的重要组成部分，在过去50年中取得了迅猛发展。近年来，传统的水产养殖业越来越趋向于集约化，在发展中存在的问题很多。在高投入、高产出的水产养殖系统中，残留在水体中的排泄物及饵料残渣远远超出了水体自身的净化能力，导致大量氮元素滞留在养殖水体中。

氮元素在养殖水体中主要以分子态氮(N₂)、氨氮(NH₃、NH₄⁺-N)、亚硝酸盐(NO₂^--N)、硝酸盐(NO₃^--N)及有机物氮(如尿素、氨基酸、蛋白质)等形式存在。养殖水体中的有机氮首先在氨化作用下转化为氨氮。产生的氨氮在亚硝酸细菌的作用下转化为亚硝酸盐，随后硝酸细菌将亚酸盐转化为硝酸盐。最后再由反硝化细菌将硝酸盐按亚硝酸盐→一氧化氮→一氧化二氮-→氮气的顺序依次还原，完成水体氮循环过程。硝化过程中，亚硝酸细菌生长速率较快，较能适应不利的环境条件。而硝化细菌的生长较慢，易受环境条件的影响，因此当硝化细菌受到抑制时，有可能出现亚硝酸盐(NO₂^-)的积累。在反硝化过程中，由于反硝化作用是一个生物耗能作用，而硝酸盐还原酶所催化的NO₃^-→NO₂^-是整个过程的限速步骤，因此当环境中作为反硝化作用电子供体的能源物质不足时，就易使反硝化作用停滞于NO₂^-，从而导致亚硝酸盐浓度的升高。由此可以看出，亚硝酸盐作为硝化反应和反硝化反应过程中的产物，在水体氮循环过程中是不可避免的。

养殖水体中积累的亚硝酸盐对于水产养殖动物具有强烈的毒性。当鱼类发生亚硝酸盐中毒时，其血液会变成棕色。研究表明，这是由于亚硝酸盐氧化了生物体内血红蛋白上的亚铁离子所致。氧化生成的高铁血红蛋白失去了携带氧分子的能力，从而影响生物体内氧的运输造成生物死亡。魏泰莉等发现鲫血液中的高铁血红蛋白随亚硝酸盐浓度的增加呈指数递增关系；48h和96h毒性影响的临界值分别为1.8mg/L和0.8mg/L[魏态莉，余瑞兰，聂湘平，等.水中亚硝酸盐对彭泽鲫血红蛋白及高铁血红蛋白的影响.大连水产学报.2001.16(1)：67-71.]。此外，亚硝酸盐还能使生物体内的一些重要酶的活性降低，导致生物体代谢紊乱，生理功能失调等[吴中华，刘昌彬，刘存仁，等.中国对虾慢性亚硝酸盐和氨中毒的组织病理学研究.华中师范大学学报.1999.33(1)：119-122.]。因此在水产养殖过程中，对亚硝酸盐的防治应该是严格控制其在安全浓度以下。

目前用于水体中亚硝酸盐去除的方法主要包括物理法、化学法及生物法。活性碳吸附法、离子交换法、渗透法等物理方法对于亚硝酸盐具有较好的处理效果，但是处理成本较高，因而不适宜于大规模的水体处理。化学法主要通过添加一些还原剂、氧化剂及螯合剂等将水体中的亚硝酸盐去除。化学法也存在着成本高的缺点，且还容易造成水体的二次污染。目前，生物方法是研究的重点和热点，其主要利用可降解亚硝酸盐的微生物或其产生的亚硝酸盐还原酶，降低亚硝酸盐含量。