海洋环境异养硝化-好氧反硝化菌的研究进展

异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrifying-aerobic denitrification,HN-AD）菌的发现打破了传统的脱氮理论,可以在有氧条件下同时进行硝化和反硝化,成为近年来的研究热点。HN-AD细菌在海洋氮循环中发挥着重要作用。本文对海洋环境中HN-AD菌的多样性和部分已知氮代谢途径及相关酶系进行了介绍,分析了盐度、碳氮比、溶解氧、pH等环境因素对HN-AD菌脱氮效果的影响,对其工艺和技术应用、前景和发展方向进行了综述和展望。     

异养硝化-好氧反硝化细菌的研究进展

异养硝化-好氧反硝化菌株的发现是对传统硝化反硝化的突破和发展。近年来由于其独特的生物学特性及其在污水处理中的巨大优势,受到众多学者的青睐。文章介绍了异养硝化-好氧反硝化菌的筛选,异养硝化-好氧反硝化代谢途径和异养硝化-好氧反硝化菌的影响因素,并总结了异养硝化-好氧反硝化菌在废水处理中的研究进展,最后展望未来研究的方向。     

极端条件下异养硝化-好氧反硝化菌脱氮的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)是对传统自养硝化异养反硝化理论的丰富与突破。HN-AD菌在好氧条件下可快速实现氨氮、硝态氮(NO_3~–-N)、亚硝态氮(NO_2~–-N)三氮同步脱除。它们不仅具有分布范围广、适应能力强、代谢通路特殊等特点,而且还具有世代时间短、脱氮速率快、高活性持久等独特优势,在高盐、低温、高氨氮等极端条件表现出了巨大的脱氮潜力,因此在废水生物脱氮领域受到广泛关注。文中在介绍HN-AD菌属类别及代谢机理的基础上,重点总结了在高盐、低温、高氨氮等极端条件下进行氨氮脱除的HN-AD种属,系统分析了它们在极端条件下的脱氮特性及潜力,并简述了HN-AD菌在极端条件下的工艺应用研究进展,最后展望了HN-AD脱氮技术的应用前景和研究方向。     

海藻糖强化高盐胁迫下异养硝化-好氧反硝化菌群的代谢机制

异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD)菌是一类可在高盐环境脱氮的好氧微生物,但其工程应用效果不理想。海藻糖作为相容性溶质,通过参与调节细胞渗透压帮助微生物抵抗高盐胁迫,对提升高盐环境菌群的脱氮效率起重要作用。本研究通过启动膜曝气生物膜反应器(membrane aerobic biofilm reactor, MABR)富集HN-AD菌,设计添加150μmol/L海藻糖的C150实验组和未添加海藻糖的C0对照组,开展了外源性海藻糖对高盐胁迫下HN-AD菌群代谢的强化机制研究。反应器运行性能及群落结构分析结果显示,C150组相较C0组,NH4+-N、总氮(total nitrogen, TN)和化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除率分别提高29.7%、28.0%和29.1%;以不动杆菌属(Acinetobacter)和假黄褐藻属(Pseudofulvimonas)为优势菌属的耐盐型HN-AD菌群总相对丰度在C150组达到66.8%、较C0组提高了18.2...     

一株海水异养硝化-好氧反硝化菌系统发育及脱氮特性

【目的】确定一株分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌的系统发育地位并探索其脱氮特性和机理,以期为解释异养硝化-好氧反硝化机理以及改进海水养殖及废水的生物脱氮工艺提供理论依据。【方法】通过形态观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌株;通过测定菌株在不同无机氮源降解测试液中的生长和脱氮效率,分析其异养硝化和好氧反硝化性能。【结果】经鉴定该菌株属于盐单胞菌属(Halomonas);最适生长条件为盐度3%、pH 8.5、温度28℃、碳氮比10:1,在盐度为15%的培养液中仍能生长;可以同时去除氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮,24 h时对NH4+-N、NO2--N、和NO3--N的去除率可分别达到98.29%、99.07%、96.48%,3种形态无机氮同时存在时,会优先利用NH4+-N,且总无机氮去除率较单一存在时更高,说明该菌株可实现同步硝化反硝化。【结论】该分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌属于盐单胞菌属(Halomonas),在高盐环境中仍能生长,同时具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,能够独立完成脱氮的全部过程。     

好氧反硝化菌Defluvibacter lusatiensis str. DN7的分离鉴定和异养硝化性能

从稳定运行处理竹子加工废水的生物接触氧化反应器中分离得到一株好氧反硝化菌DN7,其72 h NO₃^-降解率达99.4%.细胞显微镜观察显示,菌株为革兰氏阴性小杆菌,大小为0.5 μm×1.5 μm,菌落为乳白色.通过生理生化特性及16S rDNA同源性分析,初步推断该菌株为根瘤菌中的Defluvibacter lusatiensisstr.碳源、C/N、硝酸盐初始浓度、溶解氧(DO)、pH对DN7反硝化性能影响的结果表明:菌株对柠檬酸钠、葡萄糖等小分子有机物的利用较好;C/N为9时,脱氮率达99.0%;硝酸盐浓度低于138.48 mg·L^-1情况下,DN7脱氮率在96%以上,且亚硝酸盐浓度均在1.0 mg·L^-1以下;菌株DN7对DO不敏感,中性偏碱性环境有利于DN7反硝化反应的进行;DN7具有良好的异养硝化性能,72 h铵氮降解率达84.7%.     

好氧反硝化菌Defluvibacter lusatiensis str.DN7的分离鉴定和异养硝化性能

从稳定运行处理竹子加工废水的生物接触氧化反应器中分离得到一株好氧反硝化菌DN7,其72 h NO3-降解率达99.4％.细胞显微镜观察显示,菌株为革兰氏阴性小杆菌,大小为0.5 μm×1.5 μm,菌落为乳白色.通过生理生化特性及16S rDNA同源性分析,初步推断该菌株为根瘤菌中的Defluvibacter lusatiensis str.碳源、C/N、硝酸盐初始浓度、溶解氧(DO)、pH对DN7反硝化性能影响的结果表明:菌株对柠檬酸钠、葡萄糖等小分子有机物的利用较好;C/N为9时,脱氮率达99.0％;硝酸盐浓度低于138.48 mg·L-1情况下,DN7脱氮率在96％以上,且亚硝酸盐浓度均在1.0mg·L-1以下;菌株DN7对DO不敏感,中性偏碱性环境有利于DN7反硝化反应的进行;DN7具有良好的异养硝化性能,72 h铵氮降解率达84.7％.     

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。     

耐高浓度氨氮的异养硝化好氧反硝化菌株U1的鉴定及其脱氮特性

【背景】城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的有机废水,含氮量高,如果未经处理直接排放到环境中会造成严重的环境污染。【目的】筛选可以耐受垃圾渗滤液中高浓度氨氮并高效去除污水中氮素的异养硝化好氧反硝化菌株,为解决垃圾渗滤液的氮素污染提供功能菌株。【方法】从垃圾渗滤液中筛选分离能耐受高氨氮浓度的菌株,通过测定各菌株的脱氮能力,筛选到一株脱氮能力最强的菌株,命名为U1,通过测定16S rRNA基因序列和生理生化特性确定该菌株为铜绿假单胞菌。进一步研究了菌株U1在不同初始氨氮浓度、碳源、转速、初始pH、碳氮比等单因素变量下的脱氮能力,并结合L₉（3⁴）正交试验研究了菌株U1的最佳脱氮条件。【结果】分离出一株铜绿假单胞菌并命名为U1。该菌株的最优脱氮条件为:初始氨氮浓度为1 000 mg/L,红糖和柠檬酸三钠的混合碳源,pH 6.0,C/N为10,转速为130 r/min,菌株U1的最大总氮去除率为64.37%,最大氨氮去除率为76.73%。对于总氮和氨氮含量分别是2 345 mg/L和1 473.8 mg/L的垃圾渗滤液,菌株U1最大总氮去除率为27.86%...     

一株异养硝化-好氧反硝化皱褶念珠菌(Diutina rugosa)的分离及脱氮特性

为了获得异养硝化-好氧反硝化菌株,从养殖池塘污泥中分离筛选到一株具有异养硝化-好氧反硝化能力的酵母菌,命名为DW-1。经形态学观察和26S rDNA序列分析后鉴定为皱褶念珠菌DW-1(Diutina rugosa DW-1)。以氨氮为唯一氮源,初步探讨了碳源、C/N、初始pH值、培养温度、摇床转速对菌株DW-1除氮性能的影响。结果表明,在以乙酸钠为唯一碳源,C/N为25,pH为6.0、适宜培养温度为32℃、转速为170 r/min的条件下,菌株DW-1氨氮降解率和总氮去除率分别为94.94%、48.69%,而整个过程中亚硝氮积累量仅为0.067 mg/L。皱褶念珠菌DW-1的异养硝化-好氧反硝化特性表明其在降解含氮废水方面具有良好的应用前景。     

Characteristics and metabolic pathway of Alcaligenes sp. TB for simultaneous heterotrophic nitrification-aerobic denitrification

Applied Microbiology and Biotechnology - A novel heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacterium, Alcaligenes sp. TB (GenBank accession no. JQ044686), was isolated from a rotating...     

Aerobic denitrification in various heterotrophic nitrifiers

Various heterotrophic nitrifiers have been tested and found to also be aerobic denitrifiers. The simultaneous use of two electron acceptors (oxygen and nitrate) permits these organisms to grow more rapidly than on either single electron acceptor, but generally results in a lower yield than is obtained on oxygen, alone. One strain, formerly known as Pseudomonas denitrificans, was grown in the chemostat and shown to achieve nitrification rates of up to 44 nmol NH₃ min^–1 mg protein^–1 and denitrification rates up to 69 nmol NO _inf3 ^sup–1 min^–1 mg protein^–1.Unlike Thiosphaera pantotropha, this strain needed to induce its nitrate reductase. However, the remainder of the denitrifying pathway was constitutive and, like T. pantotropha, Ps. denitrificans probably possesses the copper nitrite reductase.     

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、pH、底物、产物特异性及酶抑制剂等存在差异.作为...     

Vigorous denitrification by a heterotrophic nitrifier of the genusAlcaligenes

A heterotrophic nitrifyingAlcaligenes sp., previously isolated from soil and shown to be very active in the aerobic oxidation of pyruvic oxime (and hydroxylamine) to nitrite, is now shown to be quite active as a denitrifier. The bacterium synthesized nitrite, nitrous oxide, and nitrogen gas from nitrate when grown anaerobically and could individually reduce nitrate, nitrite, nitric oxide, and nitrous oxide to nitrogen gas when these nitrogen-oxides were added to dense cell suspensions. No evidence was obtained for the release of nitric oxide during reduction of nitrate and nitrite. The specific rates of reduction of the nitrogen-oxide were similar to those of well-known laboratory strains of denitrifying bacteria. The induction of an entire set of denitrifying enzymes at normal levels in a heterotrophic nitrifier is novel. The nitrification-denitrification capability ofAlcaligenes sp. may confer certain advantages to this and analogous organisms in the environment.     

好氧反硝化生物脱氮技术的研究进展

好氧反硝化生物脱氮技术自提出以来,凭借能实现同步硝化反硝化、节省基建投资及运行费用等诸多优点,受到国内外环境领域学者的广泛关注。本文首先总结了近年来好氧反硝化菌种的筛选分离情况,以及环境因子对好氧反硝化菌脱氮效能的影响,包括溶解氧(dissolved oxygen,DO)、碳氮比(C/N)、温度等。然后深入探讨了好氧反硝化生物脱氮技术的原理,好氧反硝化过程中的关键功能基因及酶,同时介绍了分子生物技术在好氧反硝化研究过程中的应用,以及好氧反硝化生物脱氮技术在实际应用方面的研究现状。最后,基于目前的研究瓶颈问题,对未来好氧反硝化生物脱氮技术的研究方向提出了科学展望。     

Combined heterotrophic nitrification and aerobic denitrification in Thiosphaera pantotropha and other bacteria

Reports of the simultaneous use of oxygen and denitrification by different species of bacteria have become more common over the past few years. Research with some strains (e.g. Thiosphaera pantotropha) has indicated that there might be a link between this aerobic denitrification and a form of nitrification which requires rather than generates energy and is therefore known as heterotrophic nitrification. This paper reviews recent research into heterotrophic nitrification and aerobic denitrification, and presents a preliminary model which, if verified, will provide at least a partial explanation for the simultaneous occurrence of nitrification and denitrification in some bacteria.