硝化细菌与硝酸盐还原菌

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1 / 3 硝化反硝化

一、硝化反应

在好氧条件下，通过自养型微生物亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。

硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:

二、反硝化反应

在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化菌为异养型微生物，在缺氧状态时，反硝化菌利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物作为电子供体提供能量并被氧化稳定。

反硝化反应方程式为：

NO2-+3H(电子供给体-有机物) → 0.5 N2+H2O+OH-

NO3-+5H(电子供给体-有机物) → 0.5 N2+2H2O+OH-

三、短程硝化反硝化

短程硝化是指NH3生成亚硝酸根，不再生产硝酸根；而由亚硝酸根直接生成N2，称为短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2，即可以从水中氨氮去除的一种工艺。

影响因素：

1、 pH

硝化反应的适宜的pH值为7.0～8.0之间，其中亚硝化菌7.0～7.8时，活性最好；硝化菌在7.7～8.1时活性最好。当pH降到5.5以下，硝化反应几乎停止。反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～7.5之间。考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的相互性，同步硝化与反硝化的最适的pH值应为7.5左右。

2、溶解氧（DO）

硝化过程的DO应保持在2～3mg/L，反硝化过程的DO应保持0.2～0.5mg/L。

反应池内溶解氧的高低，必将影响硝化反应的进程，溶解氧质量浓度一般维持在2～3mg/L，不得低于1mg/L，当溶解氧质量浓度低于0.5～0.7mg/L时，氨的硝态反应将受到抑制。反硝化通常需在缺氧条件下进行，溶解氧对反硝化有抑XXX用，主要是由于氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。

三种土壤矿物对硝酸盐还原菌活性的影响

摘要

1前言

1.1土壤反硝化作用

一直以来，人们针对土壤矿物对硝酸盐还原菌活性的影响积极进行研究，其中，人们在研究土壤氮素循环的时候遇到各种困难，因此，人们把其当做一个具有挑战性的课题来研究，针对这个研究，主要研究其很多方面，即如何保存土壤氮素、如何治理氮污染、如何排放温室气体、如何平衡全球氮素等。目前我们对氮素循环的理解还远远达不到这一目标。例如，在农业方面生产充足的食物需要较高的氮素投入，而较高的氮素投入又会给环境造成压力。在进行氮素转化的时候，往往需要大量微生物。

土壤在进行反硝化的进程中，有一个非常重要环节，即基于微生物的载体作用，促进地球氮素进行生物与化学循环，在这个过程中，受到全球气候改变的影响。基于反硝化微生物，发生还原反应，使硝酸盐最终形成亚硝酸盐、一氧化二氮以及氮气等物质。因此，存在于土壤中的反硝化微生物发挥重要的作用，即对土壤温室气体的排放，以及氮素的丢失进行调控，所以，有必要对这一类微生物进行研究。这种物质也被用于农业方面，比如，基于土壤的反硝化作用的把控，保留大量氮肥，同时也用于环境方面，即除去土壤中大部分硝酸盐。

土壤中参与反硝化过程的微生物极其复杂它涉及原核生物共13个科中的10个科。这些发生反硝化作用的微生物基本都属于非自养型的物质，其生活需要对现成的有机物进行氧化反应。对于反硝化细菌来源很广，这样一来，随着土壤有机质含量得增高，其反硝化潜势就随之而增高，比较与土壤实际的反硝化能力，其反硝化潜势比较高，其中含有一些限制因子，即针对硝态氮的供给速度、扩散速度，以及土壤通气等。地下水中有机质含量很低，反硝化细菌数量也少，反硝化过程非常微弱，所以硝态氮一旦经过土壤淋入地下水就不容易自然清除，这是氮素与环境研究中需要加倍重视的问题。

土壤中可培养的反硝化细菌数量大约仅占所有能够还原硝态氮细菌总数的1/3。说明反硝化细菌并不是还原硝酸的主导区系，国内外不少相关报道按照土壤微生物学原理，微生物中往往有一些能够还原硝态氮，且其数量最多的那种类群能够决定土壤中硝态氮的还原行为。从实际来看，土壤主要发生反硝化反应，为什么主导区系与主导过程不吻合。我们疑有硝酸还原菌的贡献。 目前，在土壤中能够发现多种多样的硝酸还原菌，这些菌非反硝化菌，但其之间能够发生反应。这种菌经过还原之后所得产物被当作其他菌的底物继续反应，最终把硝酸根变为氮气这种形式，与反硝化菌的作用类似。

硝化细菌的组成

硝化细菌是一类在有氧环境中生活的细菌，它们通过将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程来获取能量，并参与全球氮循环。硝化细菌主要包括两大类，即氨氧化微生物（Ammonia Oxidizing Microorganisms，AOB）和硝化细菌（Nitrite Oxidizing Bacteria，NOOB）。

AOB主要包括两个物种：阿托莫氏菌（Nitrosomonas

nitrosa）和巴氏杆菌（Nitrosococcus obignyensis）。这些细菌可以将氨氮直接氧化为亚硝氮。

NOOB主要包括三个物种：亚硝酸单胞菌（Nitrospina

baltica）、亚硝酸螺杆菌（Nitrogenilus acidophilus）和硝化螺杆菌（Nicholsonia acidophila）。这些细菌则通过将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐来获取能量。

此外，硝化细菌还包括一些其他类型的细菌，如硝酸亚铵杆菌（Nitrobacter hamburgensis）和硝化杆菌（Nitrifying

Bacteria）等。这些细菌的组成和功能可能因环境和生态系统的不同而有所差异。

总的来说，硝化细菌的主要组成成分包括细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体、酶系统（包括氨氧化酶、亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原成酶等）以及其他一些细胞器和代谢产物。它们通过这些结构和酶系统来执行其生命活动，包括营养物质的摄取、转化和能量的产生等。

1 硝化细菌的分离与鉴定

要筛选生长速度快、硝化作用强的硝化细菌用于水产养殖水处理。硝化细菌包括亚硝化

菌和硝化菌两个生理菌群，分别可将水中的氨态氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。实验结果

表明经5周培养，亚硝化菌可使培养液中的氨氮含量下降到60％，硝化菌可使培养液中的

亚硝酸盐含量下降到 60％。实验可通过测定培养液中亚硝酸盐的含量变化来测定细菌的

氨转化作用或硝化作用。

关键词：硝化菌，亚硝化菌，硝化作用，筛选。

氨氮和亚硝酸盐都是在水产养殖过程中产生的有毒物质，且亚硝酸盐还是强烈的治癌物

质，因此如何降解这两种物质，是科学工作者近年来的工作重点。

硝化细菌是一类具有硝化作用的化能自养菌，包括硝化菌和亚硝化菌两个生理菌群，其

主要特性是自养性，生长速率低，好氧性，依附性和产酸性等。可通过NH4+→ NO2- →

NO3-这一过程将NH4+转化为NO3-。能有效降低水体中氨氮及亚硝酸氮的含量，对水产养

殖业及环境保护具有重要意义。硝化细菌是生物硝化脱氨中起主要作用的微生物，直接

影响硝化效果和生物脱氨的效率。

研究表明，水体中硝化细菌的浓度对生物脱氨具有十分重要的意义，由于大多数硝化细

菌生长缓慢，硝化及脱氨效果欠佳，处理水产养殖污水的效果不是很好。因此筛选出生

长速率高硝化作用强度大的硝化细菌有很大的用途。

本文对硝化细菌的研究主要在富集培养和固定化细胞方面，能够有效提高硝化细菌的产

率和硝化细菌的利用率。通过富集培养的硝化细菌浓度是未经富集培养的12.5～20.0倍

，利用细胞固定化技术可使氨氮去除率提高16.5个百分点。国外在硝化细菌的培养方面

的研究已有一些专利技术，其中一些已形成工业化生产，但产品价格较昂贵，并且必须

不断向反应器中补充流失的硝化细菌。硝化作用包括两个步骤：氨转化为亚硝酸盐和亚

硝酸盐转化为硝酸盐，这两个步骤分别由亚硝化菌和硝化菌完成，至今还未发现有能将