羟胺氧化还原酶在生物脱氮中的研究进展

羟胺氧化还原酶(hydroxylamine oxidoreductase,HAO)属于多血红素蛋白酶家族,每个单体由7个电子转移血红素和1个催化血红素组成。HAO既可分别催化羟胺和肼的氧化反应,也可催化羟胺、一氧化氮及亚硝酸盐的还原反应。不同硝化细菌中,HAO的最适温度、p H、底物、产物特异性及酶抑制剂等存在差异。作为生物硝化过程的关键酶,HAO在提升生物脱氮速率及清除硝化中间产物(羟胺)对生物的毒害方面发挥重要作用。本文系统综述了HAO在脱氮微生物中的分布、蛋白结构、表达调控及其活性等,总结其在不同硝化细菌中的生物化学特性,最后对HAO进一步的研究方向进行展望,有助于深入理解生物脱氮过程和微生物体内羟胺代谢的机理,为优化废水处理工艺提供新的指导。     

反硝化聚磷菌及其脱氮除磷机理研究进展

水体富营养化是当前水环境保护工作的重点关注问题,微生物修复富营养化水体具有高效、低耗且不产生二次污染等特点,已经成为富营养化水体生态修复的一种重要方式。近年来,对反硝化聚磷菌的研究及其在污水处理工艺中的应用越来越广泛。不同于传统的反硝化细菌联合聚磷菌去除氮磷工艺,反硝化聚磷菌在交替厌氧、缺氧/好氧条件下能同时进行脱氮除磷而被广泛关注与研究。值得注意的是,近几年报道的部分微生物仅在好氧条件下就可进行同时脱氮除磷,但是其脱氮除磷机理仍未理清。基于此,文中总结了目前发现的反硝化聚磷菌和同时硝化反硝化聚磷微生物的种类及特点,并对其脱氮与除磷的关系及其机理进行了系统性分析,对目前反硝化除磷存在的问题进行了梳理,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为完善反硝化聚磷菌的脱氮除磷机理及工艺改进提供参考。     

好氧反硝化细菌碳氮代谢特点及途径的研究进展

好氧反硝化作用的发现打破了反硝化只能在严格厌氧条件下进行的传统认知,为生物脱氮提供了一条新的途径,已成为近些年的研究热点。碳源可为好氧反硝化过程提供能量和电子供体,其代谢难易程度直接影响着好氧反硝化细菌的脱氮效率,因此有必要明确碳源在好氧反硝化脱氮过程中的代谢机理。基于此,本文阐述了好氧反硝化细菌的种类及其对硝态氮与亚硝态氮的代谢途径;系统分析了不同好氧反硝化细菌对碳氮源代谢的差异与代谢机理;综合分析了碳代谢差异对好氧反硝化脱氮过程的影响,并对未来的研究方向进行了展望,旨在深入理解好氧反硝化细菌同时去除碳氮的机理,为提高废水生物脱氮除碳效率提供理论依据。     

微生物异化硝酸盐和亚硝酸盐产铵研究进展

异化硝酸盐和亚硝酸盐还原产铵是氮转化附属途径,为生态系统中氮的重复利用提供了依据,已成为近年来的研究热点。据报道,氮源的种类及浓度不同异化还原产铵的发生机制及强度具有差异性,决定着微生物产铵的效率,因此,有必要明确不同氮源异化还原产铵的代谢机制。本文详细论述了参与硝酸盐和亚硝酸盐异化还原产铵过程的相关微生物种类、产铵途径及其机理;系统分析了单一氮源和混合氮源对不同微生物产铵的影响和差异,比较了放线菌与其他微生物产铵的优势,并对未来的研究方向进行了展望,旨在为微生物异化硝酸盐和亚硝酸盐还原产铵提供理论基础。     

耐冷亚硝酸盐型反硝化菌Pseudomonas tolaasii Y-11的鉴定及其脱氮特性

摘要:【目的】反硝化细菌在生物脱氮中具有重要作用,而耐冷亚硝酸盐型反硝化细菌研究较少,本文从长期淹水的冬水田泥土分离获得一株耐冷高效去除亚硝酸盐氮和总氮的好氧反硝化细菌Y-11,明确其分类地位以及除氮特性,以期为后续利用该菌在初冬到春末处理亚硝酸盐水体污染奠定基础。【方法】通过形态学特征、特异性磷脂脂肪酸以及16S rRNA基因测序分析对该菌株进行鉴定;在好氧条件下以亚硝酸钠为唯一氮源,分别研究不同初始温度、转速、pH、碳源、接种量以及亚硝酸盐氮浓度对该菌去除亚硝酸盐氮和总氮的影响,确定最适降解条件。【结果】分离得到的菌株Y-11,经鉴定归于托拉斯假单胞菌(Pseudomonas tolaasii);在国内外尚无该种菌具有反硝化作用的报道,是对亚硝酸盐型反硝化细菌的进一步补充。Y-11菌株的最适脱氮条件为15 ℃,200 r/min,pH7.0,100 mL反硝化培养基中最适接种量为1.5×108 CFU,最佳碳源为乙酸 钠,亚硝酸盐氮为10 mg/L;以乙酸钠为电子供体,15 ℃、初始pH为7.2、150 r/min 振荡培养,48 h对亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别为100%和61.28%。【结论】Y-11是一株具有较高反硝化能力的托拉斯假单胞菌,能高效地去除亚硝酸盐氮和总氮,其最适温度是15 ℃左右,是一株耐冷反硝化细菌。     

生物脱氮中工程纳米颗粒的毒害作用及减毒措施的研究进展

氮化合物在生命代谢过程中扮演着重要的角色,但过多的无机氮会导致水体恶化进而影响人类健康,生物脱氮技术可高效去除环境中的无机氮且不引起二次污染。随着工程纳米颗粒在生活中的广泛应用,导致其大量释放到土壤及水体中,极大地阻碍了废水处理中的生物脱氮过程,因此,微生物脱氮过程中工程纳米颗粒的毒害作用及减毒措施成了近年来的研究热点。阐述了工程纳米颗粒进入水环境的方式,系统分析了工程纳米颗粒对废水处理系统和生物脱氮过程的影响,详细说明了工程纳米颗粒对脱氮微生物的毒害作用、脱氮微生物的抵御机制及减毒措施,并对未来的研究趋势进行了展望。旨为提高工程纳米颗粒存在条件下的脱氮效率具有重要的理论指导意义,同时,可促进工程纳米颗粒对耐冷异养硝化和好氧反硝化菌的毒害及应激机制研究。     

Pseudomonas oryzihabitans EN-F4菌株的脱氮特征及羟胺对其脱氮过程的促进作用

【目的】异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrification-aerobic denitrification，HN-AD）微生物在生物脱氮中具有重要作用，而能同时去除废水中多种无机氮尤其是羟胺的HN-AD微生物报道较少。本研究从菜地中分离筛选出一株能同时去除羟胺和亚硝酸盐的HN-AD菌株EN-F4，探究其脱氮特征以及羟胺对其脱氮过程的影响，为提高废水处理效率奠定基础。【方法】通过形态学和16S rRNA基因测序对该菌株进行鉴定，并利用批量试验研究该菌株的脱氮特征，结合氮平衡、酶活性和特异性酶抑制剂探索菌株的HN-AD机理，最后通过添加羟胺研究其对不同氮源转化的影响。【结果】菌株EN-F4经鉴定为栖稻假单胞菌（Pseudomonas oryzihabitans），该菌株在25℃条件下对铵盐、羟胺、亚硝酸盐和硝酸盐的去除效率分别为99.27%、99.13%、87.01%和85.20%，对应的最大去除速率分别为8.27、1.85、5.10和5.31 mg/（L·h）。更突出的是，外加羟胺后不会抑制该菌的反硝化能力，反而促进了亚硝酸盐和总氮的去除，其最大去除速率分别提升至7.80 mg/（L·h）和7.51 mg/（L·h）。结合酶活性的成功检测、氮平衡和HN-AD特异性酶抑制剂分析证实了菌株具有优异的HN-AD能力。【结论】菌株Pseudomonas oryzihabitans EN-F4可以在25℃条件下高效地进行HN-AD去除废水中的多种无机氮，且羟胺能显著促进亚硝酸盐和总氮的去除。     

纳米颗粒对耐冷脱氮菌及其脱氮过程的毒害调控研究进展北大核心

生物脱氮具有经济高效、绿色环保的特点,在废水处理中具有广阔前景;目前在废水处理工艺中脱氮效果较好的微生物大部分为嗜温菌,这类菌在低温条件下的脱氮效率会受到强烈抑制,而耐冷脱氮菌可有效抵抗低温环境并进行高效脱氮,逐渐引起了研究者们的重视。其次,纳米颗粒(nanoparticles,NPs)在生物学、农学、医药等领域的应用日渐广泛,但在生产、储存和使用含NPs产品的过程中,不可避免地会向水和土壤环境释放NPs,在水环境中,NPs的大量积累会阻碍微生物的脱氮过程,也对废水处理提出了新的挑战,成为公众日益关注的环境问题和研究热点。当前,有部分研究已关注于耐冷菌的脱氮过程、NPs对耐冷菌脱氮过程的毒害作用及减毒措施。基于此,本篇文章将阐述耐冷菌的耐冷机理与脱氮过程,阐明NPs对耐冷菌脱氮过程的毒害作用与减毒调控措施,为低温环境下采用微生物处理含有NPs的氮污染废水提供理论依据。     

微生物脱氮过程中氧化亚氮的释放机理及减释措施

微生物脱氮是去除废水中含氮污染物质的重要方法,微生物的种类及其生存环境不同会导致其释放N_2O的途径及机理具有差异性。本文系统地综述了脱氮过程产生N_2O微生物的种类、特点及其释放N_2O的多重途径,综合分析了参与N_2O形成的相关酶类和影响N_2O释放的关键因素,同时,提出了减缓生物脱氮过程释放N_2O的相关措施,对未来脱氮工艺的优化与N_2O释放的控制提供新思路。