Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶活性

【背景】异养硝化-好氧反硝化菌由于能够同时实现硝化反硝化作用而备受关注,但由于菌的种类不同,其脱氮途径不尽相同,研究菌株脱氮关键酶的种类及其活性可以推测菌株的脱氮途径,从而为菌株在生产上的应用提供技术支撑。【目的】研究Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶的活性,为菌株脱氮分子机理研究奠定基础。【方法】以柠檬酸钠为碳源,以硫酸铵、亚硝酸钠、硝酸钾为氮源,研究菌株AD-28的脱氮性能并检测其关键酶氨单加氧酶(AMO)、羟胺氧化还原酶(HAO)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、硝酸盐还原酶(NAR)的酶活性。【结果】菌株AD-28培养24h的菌密度(OD600)可达1.971,对初始浓度为18.85mg/L的氨氮、26.13mg/L的硝酸盐氮、19.47mg/L的亚硝酸盐氮、66.11 mg/L的总氮去除率均达到96%以上;关键酶AMO、HAO、NIR和NAR的比活力分别为0.028、0.003、0.011、0.027 U/mg。【结论】Pseudomonas alcaliphila AD-28能同时进行异养硝化-好养反硝化作用,该菌在AMO作用下将NH4+-N氧化为羟胺,然后由HAO氧化为NO2--N,NO2--N和NO3--N在NIR、NAR等酶的催化作用下脱氮。     

一株轻度嗜盐反硝化细菌的分离鉴定和反硝化特性初探

从处理高盐度废水的成熟活性污泥中分离筛选得到1株轻度嗜盐反硝化细菌GYL, 通过对该菌株的形态观察、生理生化实验以及16S rDNA序列分析, 确定该菌株为盐单胞菌(Halomonas sp.)。该菌株能在盐度为10%的培养液中生长, 最适盐度为2%~7%, 最适pH为7.5~8.5, 最佳碳源为蔗糖, 在25°C~30°C的温度范围内脱氮效率达到80%以上。对该菌株的异养硝化能力进行了测定, 其对氨氮的去除率可达98.3%, 说明该菌株可实现同步硝化反硝化, 即该菌可以独立完成生物脱氮的全部过程。     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮相关酶系及其编码基因的研究进展

水体氮素污染日益严重,如何经济、高效地去除水体氮素已成为研究热点。近年来,研究人员已从不同环境中分离到许多同时具有异养硝化和好氧反硝化功能的菌株,此类菌生长迅速,可在好氧条件下同时实现硝化和反硝化的过程,并可用于脱除有机污染物,是一类应用潜力巨大的脱氮菌。目前,异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮途径和机制主要是通过测定氮循环中间产物或终产物、测定相关酶活性、注释部分氮循环相关基因及参考自养硝化菌和缺氧反硝化菌的氮循环途径等进行研究,其完整的氮素转化途径和氮代谢机制还需要进一步明确。总结了目前异养硝化-好养反硝化菌的脱氮相关酶系及其编码基因的研究进展,以期为异养硝化-好氧反硝化菌的理论研究及其在污水脱氮处理上的应用提供参考。     

基于响应面法对一株好氧反硝化菌脱氮效能优化

【目的】水体富营养化是当今我国水环境面临的重大水域环境问题,氮素超标排放是主要的引发因素之一。好氧反硝化菌构建同步硝化反硝化工艺比传统脱氮工艺优势更大。获得高效的好氧反硝化菌株并通过生长因子优化使脱氮效率达到最高。【方法】经过序批式生物反应器(Sequencing batch reactor,SBR)的定向驯化,筛选获得高效好氧反硝化菌株,采用响应面法优化好氧反硝化过程影响总氮去除效率的关键因子(碳氮、溶解氧、pH、温度)。【结果】从运行稳定的SBR反应器中定向筛选高效好氧反硝化菌株Pseudomonas T13,采用响应面法对碳氮比、pH和溶解氧关键因子综合优化获得在18 h内最高硝酸盐去除率95%,总氮去除率90%。该菌株的高效反硝化效果的适宜温度范围为25?30 °C;最适pH为中性偏碱;适宜的COD/NO3?-N为4:1以上;最佳溶解氧浓度在2.5 mg/L。【结论】从长期稳定运行的SBR反应器中筛选获得一株高效好氧反硝化菌Pseudomonas T13,硝酸盐还原酶比例占脱氮酶基因的30%以上,通过运行条件优化获得硝氮去除率达到90%以上,对强化废水脱氮工艺具有良好应用价值。     

不同氮源下好氧反硝化菌Defluvibacter lusatiensis str.DN7的脱氮特性

研究了不同氮源下好氧反硝化菌Defluvibacter lusatiensis str.DN7的脱氮特性。结果表明:菌株均能以硝酸盐和亚硝酸盐为唯一氮源进行好氧反硝化作用。反应4 h,NO-3-N和NO-2-N的去除率分别达83.35%和85.72%。亚硝酸盐完全还原比硝酸盐提前42 h。硝酸盐还原过程中基本无亚硝酸盐积累,而亚硝酸盐还原过程中则检测到明显的硝酸盐积累,反应4 h,NO-3-N积累量达到21.83 mg/L。培养液中同时存在硝酸盐和亚硝酸盐时,菌株优先选择硝酸盐作电子受体。亚硝酸盐共存对硝酸盐还原无显著影响,但培养液中残留的NO-2-N随亚硝酸盐比例上升而增加,当亚硝酸盐比例从10%升至50%时,NO-2-N残留量由3.38 mg/L增至7.60 mg/L。少量硝酸盐的加入对亚硝酸盐的还原产生抑制作用。当硝酸盐比例为10%时,72 h NO-2-N的去除率仅为74.79%,远低于以亚硝酸盐为唯一氮源情况(去除率100%)。以氨氮为唯一氮源时,菌株同时进行异养硝化和好氧反硝化反应,72 h,NH+4-N去除率达85.66%,且基本无硝酸盐或亚硝酸盐积累。少量氨氮共存(氨氮比例<30%)有利于促进菌株的好氧反硝化作用,反之亦然。     

耐碱反硝化菌株的分离鉴定与功能检测

【目的】分离获得耐碱反硝化菌株,确定其反硝化活性和耐碱能力。【方法】分离、纯化,获得耐碱反硝化菌株;通过形态观察、生理生化试验和16S rRNA基因测序分析,确定菌株分类地位;试验起始硝酸盐浓度和起始pH对分离菌株反硝化活性的影响。【结果】从实验室稳定运行的高效反硝化反应器中分离获得耐碱反硝化菌株R9,经鉴定归于Diaphorobater nitroreducens;菌株R9能够以甲醇为电子供体、硝酸盐为电子受体进行异养生长,当起始硝氮浓度为50 mg/L、起始pH为9.0时,288 h内硝氮去除率达93.25%;高浓度硝氮可抑制其反硝化活性,半抑制常数Ki为202.73 mg N/L;菌株R9的耐碱性良好,起始pH为11.0时的硝氮去除率是pH为9.0时的86%。【结论】菌株R9归于Diaphorobater nitroreducens,最适生长pH为9.0左右,是一株耐碱反硝化菌。     

异养硝化-好氧反硝化的研究进展

近年来,异养硝化-好氧反硝化菌的发现打破了传统硝化反硝化理论,其在去除氮素和有机污染物的同时,能够实现同时硝化反硝化(SND),因此受到广泛关注。文章介绍了异养硝化-好氧反硝化菌的影响因素和一些已筛选菌的最佳脱氮效果,及其与传统硝化反硝化菌作用酶系的不同,列出了一些已筛选菌的氮代谢途径,并对中间产物NO2--N积累和复合菌方面的研究进展进行了综述,最后提出了异养硝化-好氧反硝化在生物强化应用中的研究现状和面临的挑战。     

耐低温好氧反硝化菌Aeromonas sp.的分离鉴定及脱氮条件优化

【目的】从冬季活性污泥和河水底泥中分离筛选得到耐低温好氧反硝化菌，并对影响脱氮的关键因子进行优化，以提高低温条件下的脱氮效果。【方法】采用富集纯化法分离筛选耐低温好氧反硝化菌株。通过形态观察和16S rRNA基因系统发育分析等方法对筛选菌株进行菌种鉴定。以NO3–-N去除率为响应目标，采用Box-Behnken试验设计及响应面回归分析法优化影响脱氮效果的关键因子（C/N、温度、pH和摇床转速），确定最佳培养条件。【结果】从东北寒冷地区冬季河水底泥样品中分离得到的一株耐低温好氧反硝化菌Z6，菌落呈白色半透明圆形，菌体细胞为短杆状，大小为（0.8–1.6）μm×（0.6–0.8）μm，革兰氏染色阴性。与气单胞菌属（Aeromonas）的16S rRNA基因序列高度同源，鉴定该菌为气单胞菌。采用响应面分析方法得到菌株Aeromonas sp. Z6的最佳脱氮条件为：C/N 5.9，温度12°C,pH 6.8，摇床转速155 r/min，在此条件下对NO₃^–-N的去除率为89.72%，与预测值（90.34%）无显著差别。【结论】首次报道气单胞菌（Ae...     

新型异养硝化-好氧反硝化菌Paracoccus sp. QD-19的分离及脱氮特性研究

从沈阳市南部污水处理厂活性污泥中分离获得同时具备异养硝化和好氧反硝化能力的新型菌株,研究其脱氮特性,为改善污水厂的脱氮处理工艺奠定基础。对菌株进行形态学观察和16S rRNA基因鉴定;分别以NH₄Cl、NaNO₂、KNO₃为唯一氮源探究菌株的脱氮能力;以碳源、C/N比、pH值、温度、转速、接种量(V∶V)等因素对菌株脱氮效果的影响进行研究。获得一株新型异养硝化-好氧反硝化菌株,经16S rRNA基因序列比对为副球菌属(Paracoccus),命名为Paracoccus sp. QD-19。菌株对初始氨氮浓度在300 mg/L以下的低浓度氨氮去除率能够达到100%,去除速率为8.707 mg/(L·h)且在脱氮过程中几乎没有亚硝态氮和硝态氮的积累。以亚硝态氮和硝态氮作为唯一氮源时,对此两种氮源的去除率36 h内均能达到99%,去除速率分别为4.944和5.666mg/(L·h)。确定了去除氨氮的最佳脱氮条件：琥珀酸钠为碳源,C/N比为10,pH值为7,接种量(V:V)为1%,温度为30℃,转速为140 r/min。菌株Pa...     

降氨除臭芽孢杆菌的筛选鉴定及其氮素迁移过程

【目的】分离和鉴定一株高效降氨除臭芽孢杆菌,并研究其氮素迁移过程。【方法】采用自行设计的筛选平台,根据菌落形态、生理生化特征及16S rRNA基因序列的系统进化树分析进行菌株鉴定;在好氧和厌氧条件下,以NH4+-N为唯一氮源,通过检测NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N和产生的气体浓度,明确菌株在降氨过程中氮素的迁移过程及特点。【结果】筛选出一株高效降氨除臭芽孢杆菌,经生化与分子鉴定为凝结芽孢杆菌;其在好氧条件下将NH4+-N降解为NO3?-N,降解率为98%;同时少量NO3?-N经好氧反硝化作用还原为N2;在厌氧条件下进行了硝化作用,但NH4+-N降解率仅为23.7%,且反硝化过程不明显。【结论】筛选得到的高效降氨除臭凝结芽孢杆菌在好氧和厌氧条件下皆具有异养硝化作用,但厌氧条件下反硝化作用不显著,好氧反硝化作用产生的含氮气体为氮气,其在农业和环保领域具有巨大的产业化潜力。     

Growth and nitrogen removal characteristics of Halomonas sp. B01 under high salinity

At present, the nitrogen (N) removal efficiency of the microbial treatment in the high-salinity nitrogenous wastewaters is relatively low. Study on the N removal behavior and properties of moderately halophilic bacteria Halomonas under high salinity is of great significance for the microbial treatment of high-salinity nitrogenous wastewater. The response mechanism of Halomonas sp. B01 to high osmotic pressure stress was investigated by measuring the compatible solute ectoine concentration and superoxide dismutase (SOD) activity. The salt tolerance during growth and N removal of the strain was evaluated by measuring the activities of growth-related and N removal–related enzymes and the mRNA expression abundance of ammonia monooxygenase-encoding gene (amoA). The process of simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification (SND) under high salinity was described by measuring the concentration of inorganic N. Halomonas sp. B01 synthesized ectoine under NaCl stress, and the intracellular ectoine concentration increased with increased NaCl concentration in the growth medium. When the NaCl concentration of the medium reached 120 g L−1, the malondialdehyde concentration and SOD activity were significantly increased to 576.1 μg mg−1 and 1.7 U mg−1, respectively. The growth-related and N removal–related enzymes of the strain were active or most active in medium with 30–60 g L−1 NaCl. The amoA of the strain cultured in medium with 60 g L−1 NaCl had the highest mRNA expression abundance. In the N removal medium containing 60 g L−1 NaCl and 2121 mg L−1 NH4+-N, SND by Halomonas sp. B01 was performed over 96 h and the N removal rate reached 98.8%. In addition to the protective mechanism of synthetic compatible solutes, Halomonas sp. B01 had the repair mechanism of SOD for lipid peroxidation. The growth-related and N removal–related enzymes of the strain were most active at a certain salt concentration; amoA also had the highest mRNA expression abundance under high salinity. Halomonas sp. B01 could efficiently perform N removal by SND under high salinity.     

好氧反硝化微生物多样性及其反硝化功能初步研究

为研究污水厂/养殖池中好氧反硝化微生物的多样性及菌株反硝化能力,本研究采集了位于福建省厦门市和漳州市的污水处理厂、排污口、污水池、对虾养殖池的污水和污泥样品进行好氧反硝化微生物的富集、分离、鉴定和功能筛选。分别以NaNO3、NaNO2作为唯一氮源共分离纯化获得128株单菌。其中以NaNO3为唯一氮源分离得到63株,以NaNO2为唯一氮源分离得到65株。16SrRNA基因序列分析表明,128株单菌分属于γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,58.6%)、芽胞杆菌纲(Bacilli,6.4%)、放线菌纲(Actinobacteria,11.7%)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,8.6%)、纤维菌纲(Cytophagia,2.3%)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria,0.8%)和黄杆菌纲(Flavobacteria,1.6%)7个纲中的38个属。其中盐单胞菌属(Halomonas,29.7%)和芽胞杆菌属(Bacillus,12.5%)为优势菌属,并且广泛存在于各个样品中。反硝化功能初筛结果表明,35株菌能在72h内将20mg·L-1 NO-3-N/NO-2-N完全去除;复筛结果表明,21株菌能在72h内将100 mg·L-1 NO-3-N/NO-2-N完全去除,并且盐单胞菌属、卓贝尔氏菌属(Zobellella)、斯塔普氏菌属(Stappia)及节杆菌属(Arthrobactor)反硝化效果较好,其中斯塔普氏属是首次报道具有好氧反硝化功能。本研究结果表明,污水场/养殖池等环境中可培养反硝化细菌多样性丰富,同时高效反硝化菌的获得也为含氮废水的生物处理提供了良好的菌种资源。     

异养硝化细菌的筛选、鉴定及其氨氮转化特性的研究

从巢湖湖底泥床中分离筛选出一株具有氨氮转化活性的异养型硝化菌株X5.经生理生化分析、16S rDNA序列测定及系统发育学比较,菌株X5为枯草芽孢杆菌属(Bacillus sp.).菌株X5对氨氮的转化能力受温度、pH值以及接种量等条件的影响.实验结果表明,菌株X5的最适氨氮转化条件为:25～35℃,16 h,pH值7.0～8.0以及6%的接种量.将菌株X5扩大培养后接种于含蓝藻的发酵培养基中,分别测定总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)及硝态氮(NO-3-N)的含量.结果显示,菌株X5对蓝藻中的氮素具有一定的转化作用.     

一株耐盐的卓贝儿氏菌(Zobellella sp.)的分离鉴定及其硝酸盐还原能力

【背景】好氧反硝化是指在有氧条件下进行反硝化作用,使得硝化和反硝化过程能够在同一反应器中同时发生,是废水脱氮最具竞争力的技术。红树林湿地中蕴藏着丰富的微生物资源,分布着大量好氧反硝化微生物。【目的】了解耐盐微生物的脱氮机制,为含盐废水生物脱氮的工程实践提供理论依据,对一株分离于红树林湿地中的耐盐好氧细菌A63的硝酸盐异化还原能力进行分析。【方法】利用形态学特征及16S rRNA基因序列测定分析,对其种属进行了鉴定,采用单因子实验测定该菌在不同环境因子下的硝酸盐还原能力,并对其反硝化脱氮条件进行了优化。【结果】初步判定该菌株为卓贝儿氏菌(Zobellellasp.),其能在盐度0%-10%、pH5.0-10.0、温度20-40°C范围内进行反硝化脱氮和硝酸盐异化还原为氨(dissimilatorynitratereductiontoammonium,DNRA)作用。菌株A63最适生长碳源为柠檬酸钠(1.2 g/L),适宜脱氮盐度为3%、pH 7.0-7.5、温度30-35°C,且C/N为10。在最适脱氮条件下,该菌株12h内能将培养基中208.8mg/L硝态氮降至0,且仅有少量铵态氮生成,无亚硝态氮积累,脱氮率高达99%。此外,该菌株在高盐度、低C/N比、弱酸性和低温等不利生境中DNRA作用显著。【结论】细菌A63生长范围宽,脱氮效率显著,适用于海水养殖废水处理。研究为今后开发高效含盐废水生物脱氮工艺奠定了基础,对于加深氮素转化规律的认识、丰富生物脱氮理论有着重要意义。     

Simultaneous nitrification and denitrification with different mixed nitrogen loads by a hypothermia aerobic bacterium

Microorganism with simultaneous nitrification and denitrification ability plays a significant role in nitrogen removal process, especially in the eutrophic waters with excessive nitrogen loads. The nitrogen removal capacity of microorganism may suffer from low temperature or nitrite nitrogen source. In this study, a hypothermia aerobic nitrite-denitrifying bacterium, Pseudomonas tolaasii strain Y-11, was selected to determine the simultaneous nitrification and denitrification ability with mixed nitrogen source at 15 °C. The sole nitrogen removal efficiencies of strain Y-11 in simulated wastewater were obtained. After 24 h of incubation at 15 °C, the ammonium nitrogen fell below the detection limit from an initial value of 10.99 mg/L. Approximately 88.0 ± 0.33% of nitrate nitrogen was removed with the initial concentration of 11.78 mg/L and the nitrite nitrogen was not detected with the initial concentration of 10.75 mg/L after 48 h of incubation at 15 °C. Additionally, the simultaneous nitrification and denitrification nitrogen removal ability of P. tolaasii strain Y-11 was evaluated using low concentration of mixed NH₄⁺-N and NO₃^?–N/NO₂^?–N (about 5 mg/L-N each) and high concentration of mixed NH₄⁺–N and NO₃^?–N/NO₂^?–N (about 100 mg/L-N each). There was no nitrite nitrogen accumulation at the time of evaluation. The results demonstrated that P. tolaasii strain Y-11 had higher simultaneous nitrification and denitrification capacity with low concentration of mixed inorganic nitrogen sources and may be applied in low temperature wastewater treatment.