海洋厌氧氨氧化细菌分子生态学研究进展

厌氧氨氧化细菌是能在厌氧的条件下将氨氧化为氮气的一类细菌,这类细菌执行着以前未被人们所认知的一个独特的过程--氧氨氧化过程,据估计厌氧氨氧化过程对于海洋氮气的形成有30%～50%的贡献率;海洋厌氧氨氧化细菌能与氨氧化细菌及氨氧化古菌存在潜在的耦合作用,对于海洋氮循环复杂机制的阐述有着非常重要的意义;同时海洋厌氧氨氧化细菌独特的细胞和基因组结构,也成为了解海洋细菌进化重要的模式微生物之一.本文综述了近年来国内外厌氧氨氧化细菌分子生态学方面的进展,并结合作者的工作对未来的研究进行展望.     

厌氧氨氧化在污水处理中的研究进展

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氮氧化为氮气的过程。由于在节能降耗和环境友好上的独特优点,基于厌氧氨氧化原理的脱氮技术被公认是目前最具应用前景的生物脱氮技术,因此自发现以来一直是国内外研究的热点。综述近年有关厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化机理、反应的影响因素及其在污水处理应用方面的研究进展,并展望厌氧氨氧化在污水处理领域的发展方向。     

厌氧氨氧化菌的研究进展

厌氧氨氧化技术是一种新型生物脱氮技术,在废水处理中具有广泛的应用前途,对全球海洋的氮循环起着重要作用。由于反应中不需另加有机物、不消耗氧气、不会产生二次污染等优点,厌氧氨氧化技术受到格外关注。通常认为,厌氧氨氧化的机理在于厌氧氨氧化菌使氨和亚硝酸反应生成氮气。通过16SrRNA分子生物学方法已鉴定出该菌群属于分枝很深的浮霉菌,由于至今未能成功分离到纯的菌株,未正式命名,对其微生态环境以及生理生化特征也未能取得一致的意见。本文综述了国内外对厌氧氨氧化微生物的作用、分布、种类、生理生化特征等研究进展,认为厌氧氨氧化菌的分离纯化、生物特性、小生境等是今后的主要研究方向。     

厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用

在无分子氧环境中,同时存在NH4^＋和NO2^-时,NH4^＋作为反硝化的无机电子供体,NO2^-作为电子受体,生成氮气,这一过程称为厌氧氨氧化。目前已经发现了3种厌氧氨氧化菌（Brocadia anammoxidans,Kuenenia stuttgartiensis,Scalindua sorokinii）;对厌氧氨氧化菌的细胞色素、营养物质、抑制物、结构特征和生化反应机理的研究表明,厌氧氨氧化菌具有多种代谢能力。基于部分硝化至亚硝酸盐,然后与氨一起厌氧氨氧化,以及厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌的协同耦合作用,提出了几种生物脱氮的新工艺（ANAMMOX、SHARON—ANAMMOX、CANON和甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺）。     

厌氧氨氧化菌的中心代谢研究进展

摘要: 厌氧氨氧化是以NH +4为电子供体,以NO－2为电子受体产生N2的生物反应。厌氧氨氧化菌是厌氧氨氧化过程的执行者,在废水生物脱氮和地球氮素循环中扮演着重要角色。研究厌氧氨氧化菌的代谢特性,将有助于理解厌氧氨氧化过程,开发厌氧氨氧化工艺。厌氧氨氧化菌是化能自养型细菌,以CO2或HCO－3为碳源,并通过偶联NH+4氧化和NO －2还原的生物反应获得能量。在NH+4/NO－2的生物氧化还原反应过程中,检出了中间产物N2H4,但未检出其他中间产物(如NH2OH、NO)。此外,由基因组信息推断,厌氧氨氧化菌     

厌氧氨氧化菌驱动脱氮途径的研究进展

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria, AnAOB)的代谢多样性,使得该菌群能够在海洋、湿地和陆地等不同的自然生态系统中广泛分布,甚至在一些极热和极寒环境中也检测到了该菌群的存在。本文回顾并总结了厌氧氨氧化菌在不同生态系统中的发现、分布及脱氮贡献等方面的研究,分析了厌氧氨氧化菌分布的主要环境影响因素。该综述将帮助我们更好地理解全球氮循环中厌氧氨氧化菌的实际角色和功能,并基于厌氧氨氧化(anaerobicammoniaoxidation,anammox)过程,探究能与其进行协作的新型生物脱氮工艺,以期为这些工艺的研发和推广提供生态学基础和新的思考,从而实现脱氮工艺的技术变革。     

厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用

厌氧氨氧化细菌(anammox)可以将亚硝酸盐和氨氮转化为氮气从而缩短氨氮转化的过程,它已经成为新型生物污水脱氮技术研究的热点之一。当前,有关厌氧氨氧化菌特有的生理结构特点、种群分类及其功能酶等方面的研究取得了一定突破,为实现其工业应用奠定了良好的理论基础;同时分子生物学技术在厌氧氨氧化细菌种群分布、群落多样性及其共生关系等方面的应用也大大促进了污水生物脱氮技术的革新和进步。总结了厌氧氨氧化菌主要的生理生化特点、细胞结构特点、脱氮机理、污水处理体系中的应用以及分子生物学方法对污水处理体系中厌氧氨氧化菌种群分析的研究现状,并指出未来anammox细菌在生物特性及在污水脱氮处理实际应用的研究中的热点问题。生物特性方面的主要研究热点有：（1）anammox细菌除厌氧氨氧化作用外,其它新陈代谢途径有待探索;（2）anammox细菌在不同环境中分布的倾向性问题;（3）新型anammox细菌的确定。污水处理的实际应用方面的主要研究热点有：（1）anammox污泥的快速高效富集问题;（2）设计高特异性引物;（3）anammox细菌和其他微生物的共生关系。     

厌氧氨氧化细菌及其群落内细菌互作关系研究进展

厌氧氨氧化细菌具有的厌氧氨氧化反应是在厌氧条件下将氨氮和亚硝氮或一氧化氮转化为硝氮、生成氮气的过程,因其能够高效低能地处理低碳氮比废水而广受关注。目前,厌氧氨氧化细菌仍未实现纯培养,借助宏组学手段研究厌氧氨氧化细菌及其群落内细菌之间的互作关系是近年来的研究趋势。本文介绍了厌氧氨氧化细菌的种类和特性,综述了厌氧氨氧化细菌的代谢多样性及其群落内细菌间的物质协同利用和信息交流方式,这对厌氧氨氧化群落的稳定具有重要影响,最后对值得进一步深入研究的问题做了总结和展望,以期为后续深入研究细菌间的互作关系提供参考,进而为构建稳定高效的厌氧氨氧化脱氮体系提供思路。     

氨氧化微生物生态学与氮循环研究进展

氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动,除固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用外,近年还发现厌氧氨氧化是微生物参与氮循环的一个重要过程.同时,随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用,参与氮循环的新的微生物类群--氨氧化古菌也逐渐被发现.这两个重要的发现大大改变了过去人们对氮循环的认识,就近年有关厌氧氨氧化细菌、氨氧化古菌和氨氧化细菌的生态学研究进展作一简要综述.     

厌氧氨氧化菌群体感应系统研究

厌氧氨氧化(Anammox)是以铵为电子供体将亚硝酸盐转化为氮气的生物过程。厌氧氨氧化菌(AAOB)生理代谢和细胞结构均十分特殊,且在氮素循环中起着十分重要的作用。厌氧氨氧化已成为环境学、微生物学、海洋学等领域的研究热点。但是,至今人们未能对厌氧氨氧化菌进行纯培养,这严重限制了对厌氧氨氧化菌的深入研究。群体感应是一种普遍存在于微生物细胞之间的通讯机制,它具有根据菌群密度和周围环境变化调节基因表达,以控制细菌群体行为的功能。厌氧氨氧化菌活性的细胞密度效应和生物团聚行为与细菌中普遍存在的群体感应现象相符。探讨了厌氧氨氧化菌群体感应系统存在的可能性、工作机制及其生态学意义,以期为厌氧氨氧化菌的分离培养、团聚体培育等提供理论指导。     

厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展

厌氧铵氧化是由微生物介导的氮素循环过程中的重要途径之一。近20年来,通过对厌氧铵氧化细菌生态学、基因组学和生理代谢特性的探索,人们对其微生物学机制已经有了较多的认识:厌氧铵氧化细菌通过亚硝酸盐还原酶将亚硝酸根离子还原为一氧化氮,进而与铵离子结合在联氨合成酶的作用下生成联氨,最后通过联氨氧化酶的催化产生终产物氮气。同时,对参与这些过程的关键酶及其功能基因的认识有助于选择新的分子标记,从而为研究厌氧铵氧化细菌的多样性和分子生态学特征提供新的工具,以弥补16S rRNA基因特异性相对较低且难以与生态功能关联等方面的不足。对目前已知的参与厌氧铵氧化过程的3种关键酶的研究历程和现状进行了评述,并总结了利用3种功能基因进行厌氧铵氧化细菌生态学研究的最新进展。     

Evaluation of Anammox and denitrification during anaerobic digestion of poultry manure

Two approaches based on ne w process development and biological nitrogen transformation were investigated in a bench study for removing nitrogen as N2 gas from poultry waste while stabilizing the wastes. The process, known as "Anammox", was explored in batch anaerobic culture using serum bottles. The Anammox process involves the use of nitrite as an electron acceptor in the bacterially mediated oxidation of ammonia to yield N2. Studies are described wherein nitrite was added to poultry waste and the effects on ammonium levels were monitored. About 13-22% ammonium removal was observed with the inoculation of returned activated sludge, and the total ammonium reduction was not proportional to the reduction of nitrite, thereby suggesting that Anammox was less competitive under the conditions in our studies. The addition of nitrite and nitrate was not inhibitory to the process based on gas generation and COD reduction. The classical nitrogen removal process of nitrification followed with denitrification offers a more reliable basis for nitrogen removal from poultry wastes.     

氮形态转化途径研究的新进展—厌气铵氧化及其应用前景

20世纪90年代初在污泥处理系统中发现了氮素形态转化的新途径－厌气铵氧化过程,厌气铵氧化过程是铵以亚硝酸根为电子受体在自养细菌参数下氧化成氮气的过程,但目前尚无土壤,河,湖,海底泥等自然系统中是否存在厌氧铵氧化过程的报道,由于该过程无需外加有机碳,耗氧和处理产生污泥少,用于污泥脱氮成本较低,具有很大潜力。     

氮形态转化途径研究的新进展──厌气铵氧化及其应用前景

20世纪90年代初在污泥处理系统中发现了氮素形态转化的新途径--厌气铵氧化过程.厌气铵氧化过程是铵以亚硝酸根为电子受体在自养细菌参数下氧化成氮气的过程.但目前尚无土壤、河、湖、海底泥等自然系统中是否存在厌气铵氧化过程的报道.由于该过程无需外加有机碳,耗氧和处理产生污泥少,用于污泥脱氮成本较低,具有很大潜力.     

高含氮稻田深层土壤的氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌共存及对氮循环影响

随着海洋生态系统中的厌氧氨氧化反应和氨氧化古菌的发现,自然生态系统的氮循环过程被重新认识,但是目前尚无在陆地深层的相关报道。结合同位素示踪与分子生物学技术探索了稻田深层土壤中anammox与AOA的存在及特性。结果表明,在沼渣处理废水浇灌的高含氮稻田深层土壤中,anammox与AOA共存。通过构建克隆文库发现,此土壤中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,35个克隆序列只分为4个独立操作单元(OTU),代表序列与Genebank数据库中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus 'Kuenenia stuttgartiensis’的同源性超过95%;对氨氧化古菌的分析发现,20个克隆子共得到5个OTU,其与基因库中土壤/沉积物进化分支关系最近,序列的同源性部分超过98%。同位素示踪的初步结果表明,anammox产生的氮气占此土壤总氮气生成量的24.1%-29.8%。AOA与anammox的共存为anammox反应的广泛存在与发生提供了新思路。     

Combined anaerobic ammonium and methane oxidation for nitrogen and methane removal

Anammox (anaerobic ammonium oxidation) is an environment-friendly and cost-efficient nitrogen-removal process currently applied to high-ammonium-loaded wastewaters such as anaerobic digester effluents. In these wastewaters, dissolved methane is also present and should be removed to prevent greenhouse gas emissions into the environment. Potentially, another recently discovered microbial pathway, n-damo (nitrite-dependent anaerobic methane oxidation) could be used for this purpose. In the present paper, we explore the feasibility of simultaneously removing methane and ammonium anaerobically, starting with granules from a full-scale anammox bioreactor. We describe the development of a co-culture of anammox and n-damo bacteria using a medium containing methane, ammonium and nitrite. The results are discussed in the context of other recent studies on the application of anaerobic methane- and ammonia-oxidizing bacteria for wastewater treatment.     

Anaerobic ammonium oxidation in marine environments: contribution to biogeochemical cycles and biotechnological developments for wastewater treatment

Microbial processes are responsible for most reactions involved in the nitrogen cycle in the oceans, which determine the fluxes of this crucial nutrient in these environments. The present review provides an overview of the contribution of anaerobic ammonium oxidation (Anammox) to marine biogeochemical processes. Besides the conventional Anammox process, anaerobic ammonium oxidation coupled to the microbial reduction of alternative electron acceptors, such as sulfate (Sulfammox), ferric iron (Feammox), and natural organic matter (NOM-dependent Anammox) is also described in the context of global marine biogeochemical cycles. Also, the complex interactions among the oceanic biogeochemical cycles of N, S and Fe are discussed at the light of the new findings available in the literature. The review also underlines the important role of the microbial processes performing the Anammox reaction in the development of wastewater treatment systems for the removal of nitrogen from saline effluents. Strategies to enrich and immobilize Anammox bacteria in different reactor configurations for the treatment of saline wastewaters are also described as well as future directions for novel biotechnological developments based on Anammox.

     

Ecological characteristics of anaerobic ammonia oxidizing bacteria

Anaerobic ammonium oxidation (anammox) is the microbial conversion of ammonium and nitrite to dinitrogen gas. The functional microbes of anammox reaction are anammox bacteria, which were discovered in a wastewater treatment system for nitrogen removal. Anammox bacteria are prevalent in anoxic ecosystems and play an important role in both biological nitrogen cycle and nitrogen pollution control. In this paper, we reviewed the investigation on ecological characteristics of anammox bacteria, and tried to figure out their complicated intraspecies and interspecies relationships. As for intraspecies relationship, we focused on the quorum sensing system, a cell density-dependent phenomenon. As for interspecies relationship, we focused on the synergism and competition of anammox bacteria with other microorganisms for substrate and space. Finally, we discussed the great influence of environmental factors (e.g., dissolved oxygen, organic matters) on the constitution, structure and function of anammox bacteria community.