异养硝化作用酶学研究进展

异养硝化-好氧反硝化细菌的研究进展异养硝化-好氧反硝化细菌（ANAMMOX）是一类能够同时进行硝化和反硝化过程的微生物。

其研究的重要性在于，通过利用这些细菌，可以有效地去除废水中的氨氮和硝态氮，实现废水处理的资源化和节能减排目标。

ANAMMOX细菌最早是在1990年代末期在荷兰的集水污水处理安装中被发现的，由于其具有高效、节能等特点，被广泛应用于废水处理中。

ANAMMOX细菌在废水处理过程中通过异养硝化-好氧反硝化过程，能够将废水中的氨氮和硝态氮转化为氮气，并排出系统外，实现氮的去除和回收。

相较于传统的硝化-反硝化工艺，ANAMMOX工艺具有更高的氮转化效率和更低的能耗，被认为是一种具有广阔应用前景的废水处理技术。

在ANAMMOX细菌的研究方面，目前已经取得了一系列的进展。

首先，通过对ANAMMOX微生物群落的研究，科学家们发现了大量的ANAMMOX细菌菌株，如广泛应用的"KSU"菌株、"KUUM"菌株以及新鲜发现的"MBE-I"菌株等。

这些菌株的发现不仅丰富了ANAMMOX微生物资源库，也为后续研究提供了更多的实验材料。

其次，在ANAMMOX细菌的代谢途径方面，研究者们发现了ANAMMOX细菌独特的代谢途径和相应的酶，如异硝化酶（hydrazine dehydrogenase）和亚硝酸还原酶（nitrite reductase）。

这些酶对于ANAMMOX过程起到了关键的作用，通过它们的催化作用，ANAMMOX细菌能够高效地将氨氮和亚硝态氮转化成氮气。

此外，ANAMMOX细菌的生理与生态适应性研究也取得了丰硕的成果。

研究者们发现，ANAMMOX细菌对环境条件的适应性较强，在不同的温度、pH值和营养条件下仍能正常运行。

此外，一些研究人员还发现了一些利用ANAMMOX细菌进行废水处理的策略，如厌氧好氧串联系统和结构化填料反应器等，这些技术改进能够提高废水处理的效果。

生物技术进展２０２０年㊀第１０卷㊀第１期㊀４０~４５ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀ＩＳＳＮ２０９５￣２３４１进展评述Ｒｅｖｉｅｗｓ㊀收稿日期:２０１９￣０９￣１８ꎻ接受日期:２０１９￣１０￣１８㊀基金项目:广东省自然科学基金项目(２０１８Ａ０３０３１３４７６)ꎻ广州市珠江科技新星专项(２０１８０６０１００６５)ꎻ广东省科学院发展专项资金项目(２０１９ＧＤＡＳＹＬ￣０４０１００２)ꎻ广东省科技创新领军人才项目(２０１５ＴＸ０１Ｎ０３６)ꎻ广州市科技计划项目(２０１７０４０２００８８)ꎮ㊀联系方式:张明霞Ｅ￣ｍａｉｌ:ｖｉｃｉｎｙ＠ｑｑ.ｃｏｍꎻ∗通信作者朱红惠Ｅ￣ｍａｉｌ:ｚｈｕｈｈ＠ｇｄｉｍ.ｃｎ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张明霞ꎬ㊀李安章ꎬ㊀陈猛ꎬ㊀徐帅帅ꎬ㊀朱红惠∗广东省微生物研究所广东省科学院ꎬ华南应用微生物国家重点实验室ꎻ广东省菌种保藏与应用重点实验室ꎻ广东省微生物菌种保藏中心ꎬ广州５１００７０摘㊀要:水体氮素污染日益严重ꎬ如何经济㊁高效地去除水体氮素已成为研究热点ꎮ近年来ꎬ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ꎬ此类菌生长迅速ꎬ可在好氧条件下同时实现硝化和反硝化的过程ꎬ并可用于脱除有机污染物ꎬ是一类应用潜力巨大的脱氮菌ꎮ目前ꎬ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㊁测定相关酶活性㊁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ꎬ其完整的氮素转化途径和氮代谢机制还需要进一步明确ꎮ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ꎬ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ꎮ关键词:异养硝化ꎻ好氧反硝化ꎻ氮素污染ꎻ脱氮机制ＤＯＩ:１０.１９５８６/ｊ.２０９５￣２３４１.２０１９.００９２ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＮｉｔｒｏｇｅｎＲｅｍｏｖａｌＲｅｌａｔｅｄＥｎｚｙｍｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＣｏｄｉｎｇＧｅｎｅｓｉｎＨｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃＮｉｔｒｉｆｙｉｎｇａｎｄＡｅｒｏｂｉｃＤｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇＢａｃｔｅｒｉａＺＨＡＮＧＭｉｎｇｘｉａꎬＬＩＡｎｚｈａｎｇꎬＣＨＥＮＭｅｎｇꎬＸＵＳｈｕａｉｓｈｕａｉꎬＺＨＵＨｏｎｇｈｕｉ∗ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙＳｏｕｔｈｅｒｎＣｈｉｎａꎻＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｕｌｔｕｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎻＧｕａｎｇｄｏｎｇＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｕｌｔｕｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ(ＧＤＭＣＣ)ꎻＧｕａｎｇｄｏｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙＧｕａｎｇｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＧｕａｎｇｚｈｏｕ５１００７０ꎬＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎ(Ｎ)ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｈａｓｂｅｃｏｍｅａｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａꎬａｎｄｇｒｅａｔｅｆｆｏｒｔｈａｓｂｅｅｎｔａｋｅｎｔｏｌｏｏｋｆｏｒａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｍｅｔｈｏｄｆｏｒＮｒｅｍｏｖａｌ.Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓꎬｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｈａｖｅｉｓｏｌａｔｅｄｍａｎｙｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇａｎｄａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｂａｃｔｅｒｉａｓｈｏｗｅｄｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｉｒｒａｐｉｄｇｒｏｗｔｈꎬｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｕｎｄｅｒａｅｒｏｂｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｏｔｈｅｒｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｒｅｍｏｖａｌ.ＡｔｐｒｅｓｅｎｔꎬｔｈｅＮｒｅｍｏｖａｌｐａｔｈｗａｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ￣ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｒｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｓｓａｙｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｏｒｅｎｄｐｒｏｄｕｃｔｏｆＮｃｙｃｌｅꎬｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｒｅｌａｔｅｄｅｎｚｙｍｅｓꎬａｎｎｏｔａｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｅｎｅｓｉｎＮｃｙｃｌｅａｎｄｒｅｆｅｒｒｉｎｇｔｏｔｈｅＮｃｙｃｌｅｐａｔｈｗａｙｏｆａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｎｄａｎｏｘｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ.ＴｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅＮｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐａｔｈｗａｙａｎｄＮｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｈｏｕｌｄｂｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ.ＴｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｅｎｚｙｍｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｄｉｎｇｇｅｎｅｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎＮｒｅｍｏｖａｌｐａｔｈｗａｙｓｏｆｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ￣ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ￣ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｄｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｎｉｔｒｏｇｅｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎻｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ㊀㊀随着工农业的发展和人类活动的加剧ꎬ各类水体氮素超标日益严重ꎬ由此造成的环境安全问题受到社会各界的重视ꎮ因此ꎬ如何经济㊁高效地脱除水体中的氮素已成为一个亟待解决的重大问. All Rights Reserved.题ꎮ微生物脱氮作为一种经济㊁高效的脱氮技术ꎬ近年来备受关注ꎮ传统上认为硝化是一个氧化过程ꎬ发生在有氧条件下ꎻ而反硝化是一个还原过程ꎬ由于氧气作为电子受体时优于硝酸盐和亚硝酸盐ꎬ所以反硝化只能发生在厌氧或缺氧条件下ꎮ传统生物脱氮工艺一般是由好氧条件下的硝化作用和厌氧条件下的反硝化作用共同完成的ꎬ即在好氧条件下将铵态氮依次氧化为亚硝态氮㊁硝态氮ꎬ然后在厌氧或缺氧条件下将亚硝态氮㊁硝态氮还原成氮气ꎮ随着对脱氮微生物的深入挖掘ꎬ研究人员发现了微生物的好氧反硝化现象ꎬ并发现有些脱氮菌中存在异养硝化和好氧反硝化过程的偶联ꎬ此类菌被称为异养硝化－好氧反硝化菌(ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉ￣ｔｒｉｆｙｉｎｇａｎｄａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａꎬＨＮ￣ＡＤ)ꎮＲｏｂｅｒｔｓｏｎ等[１]首次发现了异养硝化－好氧反硝化菌Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａｐａｎｔｏｔｒｏｐｈｕｓ(现已更名为Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ)ꎬ并提出异养硝化－好氧反硝化的概念ꎮ自此ꎬ越来越多的该类型菌株从土壤㊁污泥㊁废水㊁生物膜反应器等中分离出来ꎬ如芽孢杆菌属(Ｂａｃｉｌｌｕｓ)[２]㊁假单胞菌属(Ｐｓｅｕｄｏ￣ｍｏｎａｓ)[３]㊁产碱杆菌属(Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ)[４]㊁副球菌属(Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ)[５]㊁苯酚降解菌属(Ｄｉａｐｈｏｒｏｂａｃｔｅｒ)[６]㊁不动杆菌属(Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ)[７￣８]㊁海杆菌属(Ｍａｒｉ￣ｎｏｂａｃｔｅｒ)[９]和无色菌属(Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ)[１０]等ꎮ本研究团队已从海洋沉积物㊁养殖池塘底泥及水体中分离筛选得到包括Ｂａｃｉｌｌｕｓ㊁Ｍａｒｉｎｏｂａｃｔｅｒ㊁Ｐａｒａ￣ｃｏｃｃｕｓ㊁Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ等在内的多种异养硝化－好氧反硝化菌株ꎬ并已申请相关国家发明专利４项[１１￣１４]ꎮ异养硝化－好氧反硝化菌的发现打破了传统的生物脱氮理论ꎬ该类菌具有如下优点:①能同时完成硝化和反硝化过程ꎬ在实际工程应用中节约了投资成本ꎻ②种类多样ꎬ对环境的适应性较强㊁耐受性较好ꎻ③生长较快ꎬ脱氮速率也较高ꎻ④硝化和反硝化作用形成互补效果ꎬ减少了酸㊁碱等调节剂的添加[１５]ꎮ目前对异养硝化－好氧反硝化菌的报道大多集中在菌株的分离筛选㊁菌株在不同无机氮(ＮＯ－２㊁ＮＯ－３㊁ＮＨ＋４)条件下的脱氮特性㊁影响菌株生长和脱氮效率的因素等方面ꎬ而对异养硝化－好氧反硝化菌中参与脱氮过程的酶系及其编码基因的研究较少ꎬ对其具体脱氮机制尚缺乏系统㊁清晰的认识ꎮ基于此ꎬ本文对国内外异养硝化－好氧反硝化菌的脱氮途径㊁相关酶系及其编码基因等进行综述ꎬ以期为此类菌的脱氮机制的研究及其在污水脱氮处理中的应用提供参考ꎮ１㊀异养硝化－好氧反硝化菌的脱氮途径异养硝化－好氧反硝化菌种类多样ꎬ不同菌株中参与脱氮过程的相关酶系及其编码基因有所不同ꎬ脱氮途径存在较大差异ꎬ这也造成了对异养硝化－好氧反硝化菌的脱氮途径研究的不彻底ꎮ微生物转化铵态氮㊁亚硝态氮和硝态氮的方式主要有２种:同化作用(ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ)转化为细胞有机氮和异化作用(ｄｉｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ)经呼吸即氧化还原过程转化为含氮气体(ＮＯ㊁Ｎ２Ｏ或Ｎ２)ꎮ其中ꎬ微生物异化作用能够有效地脱除水体中的无机氮素ꎮ目前ꎬ大多数研究主要是根据代谢中间产物㊁终产物的测定以及相关酶学研究来推测此类菌的脱氮途径ꎮ异养硝化－好氧反硝化菌在脱除铵态氮时ꎬ其途径主要有２种形式(图１)ꎮ典型的完全硝化反硝化途径(Ⅰ)ꎬ即在硝化过程中伴随着反硝化过程的进行ꎬ首先将铵态氮氧化为亚硝态氮(或硝态氮)ꎬ然后再将亚硝态氮(或硝态氮)还原生成含氮气体释放ꎬ如在菌株红球菌(Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓｐ.)ＣＰＺ２４[１６]㊁根癌农杆菌(Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐ.)ＬＡＤ９[１７]㊁肺炎克雷伯氏杆菌(Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ)ＣＦ￣Ｓ９[１８]㊁Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＪＲ１[７]㊁Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｓｐ.Ｔ１[１９]㊁琼氏不动杆菌(Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｊｕｎｉｉ)ＹＢ[２０]等的铵态氮去除过程中检测到了亚硝态氮和硝态氮的积累ꎬ两者浓度随后会有所降低ꎬ由此推测上述菌株的铵态氮脱除途径为Ⅰꎮ直接氨氧化途径(Ⅱ)ꎬ将铵态氮氧化成羟胺后ꎬ直接氧化成含氮气体(ＮＯ㊁Ｎ２Ｏ或Ｎ２)并释放ꎬ如在粪产碱杆菌(Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｆａｅｃａｌｉｓ)ＮＲ[２１]的铵态氮脱除过程中ꎬ未检测到ＮＯ－２和ＮＯ－３的积累ꎬ但检测到了气态氮产物ꎬ并且反硝化实验证实此菌株不能还原ＮＯ－２或ＮＯ－３ꎬ由此推测其铵态氮脱除途径为Ⅱꎮ含氮中间产物的积累与否取决于菌株脱氮过程中该物质的生成与代谢速度的差值ꎬ菌株脱氮过程中如果检测到了ＮＯ－２㊁ＮＯ－３及气态氮ꎬ证明了途径Ⅰ存在ꎬ但并不能排除同时存在途径Ⅱꎬ如研究人员指出甲基营养型芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ)Ｌ７在铵态氮脱１４张明霞ꎬ等: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. All Rights Reserved.除过程可能同时存在Ⅰ和Ⅱ这２条途径[２２]ꎮ异养硝化－好氧反硝化菌的脱氮途径ꎬ尤其是铵态氮脱除过程中的异养硝化途径还需更为深入的研究来进一步确定ꎮ注:ＡＭＯ 氨单加氧酶(ａｍｍｏｎｉａｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ)ꎻＨＡＯ 羟胺氧化酶(ｈｙｄｒｏｘｙｌａｍｉｎｅｏｘｉｄａｓｅ)ꎻＨＯＸ 羟胺氧化还原酶(ｈｙｄｒｏｘｙｌａ￣ｍｉｎｅｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＰＯＤ 丙酮肟双加氧酶(ｐｙｒｕｖｉｃｏｘｉｍｅｄｉｏｘ￣ｙｇｅｎａｓｅ)ꎻＨＸＲ 亚硝酸盐氧化还原酶(ｎｉｔｒａｔｅｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＮＡＲ 硝酸盐还原酶(ｎｉｔｒａｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＮＡＰ 周质硝酸盐还原酶(ｐｅｒｉｐｌａｓｍｉｃｎｉｔｒａｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＮＩＲ 亚硝酸盐还原酶(ｎｉｔｒｉｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＮＯＲ 一氧化氮还原酶(ｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎻＮＯＳ 一氧化二氮还原酶(ｎｉｔｒｏｕｓｏｘｉｄｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ)ꎮ图１㊀异养硝化－好氧反硝化菌脱氮途径Ｆｉｇ.１㊀Ｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｐａｔｈｗａｙｏｆｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ￣ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ２㊀异养硝化－好氧反硝化菌脱氮过程的相关酶系及其编码基因㊀㊀异养硝化－好氧反硝化菌脱氮过程中可能涉及的酶有氨单加氧酶(ａｍｍｏｎｉａｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅꎬＡＭＯ)㊁羟胺氧化酶(ｈｙｄｒｏｘｙｌａｍｉｎｅｏｘｉｄａｓｅꎬＨＡＯ)㊁羟胺氧化还原酶(ｈｙｄｒｏｘｙｌａｍｉｎｅｏｘｉ￣ｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅꎬＨＯＸ)㊁硝酸盐还原酶(ｎｉｔｒａｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅꎬＮＡＲ)㊁亚硝酸盐还原酶(ｎｉｔｒｉｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅꎬＮＩＲ)㊁一氧化氮还原酶(ｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅｒｅ￣ｄｕｃｔａｓｅꎬＮＯＲ)㊁一氧化二氮还原酶(ｎｉｔｒｏｕｓｏｘｉｄｅｒｅｄｕｃｔａｓｅꎬＮＯＳ)等ꎮ在不同菌株中ꎬ氮素转化相关酶的编码基因的表达存在较大差异ꎬ这也是造成脱氮途径有所不同的原因ꎮ目前对脱氮相关酶系及其编码基因的研究主要是参考自养硝化菌和缺氧反硝化菌来进行的ꎮ２.１㊀ＡＭＯ及其编码基因ＡＭＯ参与硝化反应的第一步ꎬ即催化ＮＨ＋４转化成ＮＨ２ＯＨꎬ这也是硝化过程中最为重要的步骤ꎮ目前该酶在一类化能自养的典型氨氧化菌中研究最多ꎬ包括亚硝化螺菌属(Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ)㊁亚硝化单胞菌属(Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ)和亚硝化球菌属(Ｎｉ￣ｔｒｏｓｏｃｏｃｃｕｓ)ꎮ在此类菌中ꎬＡＭＯ平均分布于细胞膜上和细胞质中ꎬ具有光敏感性ꎬ大小为２８３ｋＤꎬ主要由α㊁β和γ３个亚基组成ꎬ其辅助因子有Ｃｕ２＋㊁Ｆｅ２＋㊁Ｚｎ２＋等ꎮＡＭＯ可以氧化多种底物ꎬ包括烷基和芳基烃㊁卤代烃和芳香族化合物等ꎮ编码ＡＭＯ３个亚基的基因通常以ａｍｏＡＢＣ基因簇的形式存在ꎬ有时还会存在２个额外的基因ａｍｏＤ和ａｍｏＥ[２３]ꎮ此外ꎬ在古细菌及甲烷氧化菌等中也有基因ａｍｏＡ的报道[２４]ꎮ然而ꎬ在异养硝化菌－好氧反硝化菌中有关ＡＭＯ的研究较少ꎮ在泛养硫球菌(Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ)中ꎬ此酶也具有光敏感性ꎬ需要Ｍｇ２＋作为辅酶因子ꎬ且受到产物ＮＨ２ＯＨ的抑制ꎬ同时不具有氧化甲烷的能力[２５ꎬ２６]ꎮＭｏｉｒ等[２７]研究了异养硝化菌脱氮副球菌(Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ)的ＡＭＯꎬ结果发现此酶为膜结合蛋白ꎬ其辅酶因子为Ｃｕ２＋ꎬ同样具有光敏感性ꎬ不受乙炔抑制ꎬ并通过比对该菌和欧洲亚硝化单胞菌(Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓｅｕｒｏｐａｅａ)的ａｍｏ基因序列ꎬ发现两者无同源性ꎬ此外ꎬ研究者还推测Ｐ.ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ的ａｍｏ和ｈａｏ基因连接在１个拷贝上ꎮ随后ꎬ他们将Ｐ.ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ中的ａｍｏ和ｈａｏ基因在恶臭假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｕｔｉｄａ)和扭脱甲基杆菌(Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｅｘｔｏｒｑｕｅｎｓ)中进行异源表达ꎬ发现宿主菌中均积累了ＮＯ－２ꎬ由此说明在Ｐ.ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎ菌株中这２个基因的表达产物使ＮＨ＋４氧化成ＮＯ－２[２８]ꎮ不同异养硝化－好氧反硝化菌株中的ａｍｏ基因存在较大差别ꎮ２.２㊀ＨＯＸ、ＨＡＯ及其编码基因ＨＯＸ和ＨＡＯ都可以催化ＮＨ２ＯＨ转化为ＮＯ－２或ＮＯꎬ同ＡＭＯ一样ꎬ该酶也是在化能自养型氨氧化菌中研究的较为清楚ꎮ如在Ｎ.ｅｕｒｏｐａｅａ中ＨＡＯ是一种同源三聚体ꎬ每个亚基肽链分子量为６４ｋＤꎬ含有８个血红素ꎬ即在活性蛋白的三聚体中共有２４个血红素[２９]ꎮ此菌中的ＨＡＯ由３个相同的基因编码ꎬ即ｈａｏ基因[３０]ꎬ且这３个基因能够独立地进行复制ꎮＰｏｒｅｔ￣Ｐｅｔｅｒｓｏｎ等[３１]研究发现在氨氧化菌荚膜甲基球菌(Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓｃａｐｓｕｌａｔｕｓ)中ｈａｏ基因附近有１个能被共转录的保守开放阅读框ｏｒｆ２ꎬ将ｈａｏ和ｏｒｆ２命名为ｈａｏＡ/Ｂꎬ其中ｈａｏＢ基因功能未知ꎮ异养硝化菌２４生物技术进展ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. All Rights Reserved.中ＨＡＯ的研究较少ꎬＷｅｈｒｆｒｉｔｚ等[３２]在研究Ｐ.ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ和Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.时发现ꎬＨＡＯ为一种不含血红素的单体周质蛋白ꎬ含有１个非铁硫中心ꎬ受到ＥＤＴＡ的抑制ꎬ但当Ｆｅ２＋或Ｆｅ３＋存在时可以解除抑制作用ꎮ也有研究发现Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.ＰＢ１６的ＨＡＯ为６８ｋＤ的同源二聚体[３３]ꎮ此外ꎬ有研究表明一些缺乏ＨＡＯ的异养硝化菌可以通过另外一种途径将ＮＨ２ＯＨ转化为ＮＯ－２[３４]ꎮ如从Ａ.ｆａｅｃａｌｉｓ中经部分纯化得到了催化ＮＨ２ＯＨ氧化成ＮＯ－２的酶ꎬ经鉴定该酶为丙酮肟双加氧酶(ｐｙｒｕｖｉｃｏｘｉｍｅｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅꎬＰＯＤ)ꎬ具体反应机制为ＮＨ２ＯＨ与丙酮酸自发形成丙酮肟ꎬ丙酮肟在抗坏血酸盐的存在下ꎬ经ＰＯＤ氧化成ＮＯ－２[３５]ꎮ目前ꎬ大多数异养硝化－好氧反硝化菌中羟胺氧化途径尚不明确ꎬ且对参与该过程中的基因研究较少ꎬ亟需更多的研究加以确定ꎮ２.３㊀ＮＡＲ及其编码基因ＮＡＲ可催化ＮＯ－３转化成ＮＯ－２ꎮ研究表明ꎬ在异养硝化－好氧反硝化菌中该酶存在２种不同类型ꎬ即周质硝酸盐还原酶(ｐｅｒｉｐｌａｓｍｉｃｎｉｔｒａｔｅｒｅ￣ｄｕｃｔａｓｅꎬＮＡＰ)和硝酸盐还原酶(ｎｉｔｒａｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅꎬＮＡＲ)ꎮ缺氧条件下ꎬＮＡＲ占主导地位ꎻ好氧条件下ꎬＮＡＰ占主导地位ꎮ在厌氧条件下ꎬ若ＮＡＲ缺失ꎬ仅靠少量的ＮＡＰꎬ菌株无法正常生长[３６]ꎮＣｈｅｎ和Ｎｉ[１７]检测了Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐ.ＬＡＤ９㊁Ａｃｈ￣ｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＧＡＤ３和丛毛单胞菌(Ｃｏｍａｍｏｎａｓｓｐ.)ＧＡＤ４中ＮＡＰ的活性ꎬ分别为０.０９４Ｕ㊁０.２２Ｕ和０.７５４Ｕꎮ研究表明ꎬＮＡＰ由ＮａｐＡ和ＮａｐＢ２个亚基组成ꎬ其中ＮａｐＡ是一个大亚基ꎬ含有Ｍｏ辅助因子和１个[４Ｆｅ￣４Ｓ]簇ꎬ而ＮａｐＢ是一个小亚基ꎬ由细胞色素ｃ５５２组成ꎬ主要负责电子的转移ꎬ编码ＮＡＰ的基因以ｎａｐＥＦＤＡＢＣ基因簇的形式存在[３４]ꎮＮＡＲ含有α㊁β㊁γ３个亚基ꎬ其中α是该酶的活性位点(催化亚基)ꎬ由ｎａｒＧ和ｎａｒＨ编码ꎬγ亚基由ｎａｒＩ编码[３７]ꎮ除此之外ꎬ也有研究表明在细菌中经同化硝酸盐还原酶(ＮＡＳ)作用产生的ＮＯ－２也可能会进入呼吸链中ꎬ从而进一步被还原为含氮气体[３８]ꎮ２.４㊀ＮＩＲ及其编码基因ＮＩＲ可催化ＮＯ－２还原成ＮＯꎮ在异养硝化－好氧反硝化菌中ꎬ该酶有２种不同类型ꎬ即含血红素的细胞色素ｃｄ１型和非血红素含Ｃｕ型ꎮｃｄ１型ＮＩＲ是一种同源二聚体的周质酶ꎬ每个单体上都含有２个亚铁血红素基团ꎬ分别为ｃ型和ｄ１型ꎬ前者主要负责电子传递(将电子从其他供体传递给ｄ１型血红素)ꎬ后者是还原发生的场所[３４]ꎮ已有研究报道ꎬ在Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ和Ｂａｃｉｌｌｕｓ等菌中ＮＩＲ主要为此类型的酶[３９￣４０]ꎮＮＩＲ的编码基因一般以基因簇的形式存在ꎬ如在铜绿假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａ)ＰＡＯ１中为ｎｉｒＱＳＭＣ￣ＦＬＪＮꎬ其关键基因为ｎｉｒＳ[３９]ꎮ含Ｃｕ型ＮＩＲ是一种三聚体ꎬ催化中心含Ｃｕ２＋ꎬ编码该酶的关键基因为ｎｉｒＫꎬ该基因在来自于土壤的产黄杆菌属(Ｒｈｏｄａｎｏｂａｃｔｅｒ)㊁根瘤菌属(Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ)中有报道[４１]ꎮ２.５㊀ＮＯＲ、ＮＯＳ及其编码基因ＮＯＲ可催化ＮＯ还原为Ｎ２Ｏꎬ即具有ＮＯ的解毒或呼吸作用ꎮＮＯＲ有多种类型ꎬ主要为黄素蛋白酶类和血红素铜氧化酶类ꎬ后者主要参与ＮＯ的呼吸作用ꎮ如巨大脱硫弧菌(Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｇｉｇａｓ)的ＮＯＲ为黄素－二铁蛋白酶(ＮＯＲｖｗꎬ编码基因为ｎｏｒＶＷ)[４２]ꎻ铜绿假单胞菌(Ｐ.ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ)㊁施氏假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｔｕｔｚｅｒｉ)和脱氮副球菌(Ｐ.ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ)的ＮＯＲ主要为依赖红细胞色素ｃ还原酶(ｃＮＯＲꎬ编码基因为ｃｎｏｒＢ)[４３]ꎬ且在Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ中ＮＯＲ是还原ＮＯ的厌氧呼吸链中膜结构组成成分ꎬ大小为４５ｋＤꎬ由１个大亚基(细胞色素ｂ)和１个小亚基(细胞色素ｃ)组成ꎬ分别由ｎｏｒＢ和ｎｏｒＣ编码[４４]ꎻ嗜热脂肪地芽孢杆菌(Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ)的ＮＯＲ为依赖对苯二酚还原酶(ｑＮＯＲꎬ编码基因为ｎｏｒＺ)[４５]ꎻ产氮芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓａｚｏｔｏｆｏｒｍａｎｓ)的ＮＯＲ为含铜的还原酶(ＣｕＡＮＯＲ)ꎬ目前ＣｕＡＮＯＲ只在Ｂａ￣ｃｉｌｌｕｓ中有报道[４６]ꎮＮＯＳ可催化Ｎ２Ｏ还原成Ｎ２ꎬ是反硝化途径中的终末反应ꎮ大多数异养硝化－好氧反硝化菌中分离得到的ＮＯＳ都是可溶性的周质酶ꎮ如Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ的ＮＯＳ是由２个相同亚基组成的二聚体ꎬ亚基由ｎｏｓＺ编码ꎬ研究表明在ＮｏｓＺ中存在与多聚铜双核中心ＣｕＡ(电子进入位点)和ＣｕＺ(催化位点)相对应的保守区域[４７]ꎮ本研究团队目前在研究一株异养硝化－好氧反硝化菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.ＤＮ１３￣１的脱氮机制ꎮ通过对菌株ＤＮ１３￣１的全基因组测序及分析ꎬ推３４张明霞ꎬ等: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. All Rights Reserved.测该菌株中参与好氧反硝化作用的酶及关键基因有:硝酸盐还原酶基因ｎａｓＡ㊁亚硝酸盐还原酶基因ｎｉｒＳ㊁一氧化氮还原酶基因ｎｏｒＢ和一氧化二氮还原酶基因ｎｏｓＺ[４８]ꎮ然而ꎬ在对菌株ＤＮ１３￣１的异养硝化作用的酶及关键基因进行分析时ꎬ预测得到的ａｍｏ序列与自养硝化细菌㊁功能确定的异养硝化－好氧反硝化菌中的ａｍｏ序列存在较大差异(数据未发表)ꎬ其具体功能有待深入研究ꎮ此外ꎬ全基因组数据显示该菌中不具有ｈａｏ同源基因ꎬ而可能存在ｐｏｄ同源基因(数据未发表)ꎬｐｏｄ目前仅在Ａ.ｆａｅｃａｌｉｓ中有报道[３５]ꎬｐｏｄ在菌株ＤＮ１３￣１中的功能也有待探究ꎮ目前ꎬ异养硝化－好氧反硝化菌完整的脱氮途径ꎬ尤其是异养硝化作用机制尚未清晰ꎬ深入研究其脱氮机制对认识异养硝化－好氧反硝化菌及其在污水脱氮处理上的应用具有重要的意义ꎮ３　展望目前ꎬ水体氮素污染问题严重ꎬ如何经济㊁高效地脱氮越来越受到人们的关注ꎮ异养硝化－好氧反硝化菌是一类应用潜力巨大的脱氮菌ꎮ然而ꎬ目前对该类型菌的研究局限于菌株的筛选㊁脱氮特性的分析㊁影响其生长或脱氮因素的分析等ꎬ对其具体脱氮途径和机制(尤其是异养硝化过程)尚未有清晰的认识ꎮ相对于具有单一功能的硝化细菌或反硝化细菌ꎬ异养硝化－好氧反硝化菌的种类多种多样ꎬ且不同菌株参与脱氮过程的酶系及其编码基因存在较大的差异ꎬ因此ꎬ需要更多的研究来揭示此类型菌的脱氮途径和机制ꎮ今后的研究可从以下４个方面进行:①对异养硝化－好氧反硝化菌进行基因组学㊁转录组学等分析ꎬ从分子水平上推测其硝化和反硝化的途径及机制ꎻ②研究不同种类的异养硝化－好氧反硝化菌脱氮途径和机制ꎬ分析造成不同菌株之间差异的根本原因ꎻ③深入研究异养硝化和好氧反硝化菌在脱氮过程中所参与的酶系及其编码基因ꎬ尤其是参与硝化过程中的酶(编码基因)ꎬ如ＡＭＯ(ａｍｏ)㊁ＨＡＯ(ｈａｏ)㊁ＰＯＤ(ｐｏｄ)等ꎬ可通过功能基因敲除以及酶的体外表达㊁分离纯化㊁活性测定等方法ꎬ进一步验证脱氮途径和机制ꎻ④研究异养硝化－好氧反硝化菌在各类污染水体中的生态功能ꎬ分析此类菌在氮循环过程中所发挥的作用ꎬ这不仅能更加全面地了解异养硝化－好氧反硝化菌ꎬ而且也能使其更好地应用于污水处理系统中ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀ＲＯＢＥＲＴＳＯＮＬＡꎬＶＡＮＮＩＥＬＥＷＪꎬＴＯＲＲＥＭＡＮＳＲＡＭꎬｅｔａｌ..ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎａｅｒｏｂｉｃｃｈｅｍｏｓｔａｔｃｕｌｔｕｒｅｓｏｆＴｈｉｏｓｐｈａｅｒａｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｅｎｖｉｒｏｎ.Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ.ꎬ１９８８ꎬ５４(１１):２８１２－２８１８. [２]㊀ＲＯＵＴＰＲꎬＢＨＵＮＩＡＰꎬＤＡＳＨＲＲ.ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓｆｒｏｍｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒｕｓｉｎｇＢａｃｉｌ￣ｌｕｓｃｅｒｅｕｓＧＳ￣５ｓｔｒａｉｎｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬａｅｒ￣ｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓｒｅｍｏｖａｌ[Ｊ].ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２０１７ꎬ２４４:４８４－４９５. [３]㊀刘兴ꎬ李连星ꎬ薄香兰ꎬ等.铜绿假单胞菌ＹＹ２４的异养硝化－好氧反硝化功能基因的研究[Ｊ].水产科学ꎬ２０１８ꎬ３７(４):４７５－４８３.[４]㊀ＣＨＥＮＪꎬＧＵＳꎬＨＡＯＨꎬｅｔａｌ..ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｔａｂｏｌｉｃｐａｔｈｗａｙｏｆＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｓｐ.ＴＢｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｎｉ￣ｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ￣ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ.Ｂｉｏｔ.ꎬ２０１６ꎬ１００(２２):９７８７－９７９４.[５]㊀ＭＥＤＨＩＫꎬＳＩＮＧＨＡＬＡꎬＣＨＡＵＨＡＮＤＫꎬｅｔａｌ..ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｕｎｄｅｒａｅｒｏｂｉｃａｎｄａｎａｅｒｏｂｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂｙＰａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓＩＳ￣ＴＯＤ１[Ｊ].ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２０１７ꎬ２４２:３３４－３４３. 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《异养硝化-好氧反硝化细菌Pseudomonas putida ZN1的脱氮及耐重金属特性研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体污染问题日益严重，其中氮污染和重金属污染是两大主要问题。

异养硝化-好氧反硝化细菌作为一种新型的生物脱氮技术，因其具有同时进行硝化和反硝化的能力，在污水处理中受到了广泛关注。

本篇论文旨在研究异养硝化-好氧反硝化细菌Pseudomonas putida ZN1的脱氮性能及耐重金属特性，以期为污水处理提供新的思路和方法。

二、材料与方法2.1 实验材料本实验所使用的异养硝化-好氧反硝化细菌Pseudomonas putida ZN1，是从某污水处理厂的活性污泥中分离得到的。

实验所用的培养基为改良的Luria-Bertani（LB）培养基。

2.2 实验方法（1）脱氮性能实验：通过在不同浓度的氮源条件下培养细菌，测定其脱氮性能。

（2）耐重金属实验：将细菌分别暴露于不同浓度的重金属离子（如铜、铅、镉等）环境中，观察其生长情况及耐受力。

（3）数据分析：采用SPSS软件进行数据分析，利用单因素方差分析（ANOVA）等方法比较各组间的差异。

三、结果与分析3.1 脱氮性能研究实验结果显示，Pseudomonas putida ZN1在低浓度氮源条件下，脱氮效果较好，随着氮源浓度的增加，脱氮率逐渐降低。

这表明该细菌在低浓度氮源条件下具有较强的脱氮能力。

同时，我们还发现该细菌在混合氮源（如氨氮和亚硝酸盐氮）条件下也具有较好的脱氮效果。

这为实际污水处理中的脱氮处理提供了新的思路和方法。

3.2 耐重金属特性研究实验结果表明，Pseudomonas putida ZN1对重金属离子具有一定的耐受性。

在低浓度重金属离子环境下，该细菌仍能保持良好的生长状态。

然而，随着重金属离子浓度的增加，细菌的生长受到抑制。

不同种类的重金属离子对细菌的抑制程度也有所不同，其中铜离子对细菌的抑制作用最为显著。

两株异养硝化—好氧反硝化细菌的分离、筛选、鉴定和特性研究一、本文概述本文旨在探讨两株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离、筛选、鉴定及其特性研究。

异养硝化-好氧反硝化细菌是一类特殊的微生物，能够在好氧条件下进行硝化和反硝化过程，对于氮循环和环境保护具有重要意义。

本文首先通过分离和筛选方法，从自然环境中获取两株具有异养硝化-好氧反硝化功能的细菌，并对其进行初步的生理生化特性分析。

接着，采用分子生物学手段对这两株细菌进行鉴定，明确其分类地位和系统发育关系。

在此基础上，进一步深入研究这两株细菌的生长特性、硝化反硝化性能、以及环境因子对其生长和代谢的影响。

本文的研究结果不仅有助于深入了解异养硝化-好氧反硝化细菌的生物学特性和生态学功能，同时也为该类微生物在环境修复、污水处理等领域的应用提供理论支撑和实践指导。

二、材料与方法为了分离和筛选异养硝化—好氧反硝化细菌，我们从多个不同的生态环境中采集了土壤和水样，包括污水处理厂、河流、湖泊以及农田土壤等。

为了培养和筛选目标细菌，我们使用了多种培养基，包括常规的好氧反硝化培养基和异养硝化培养基。

这些培养基根据细菌的生长特性和需求进行了优化。

实验过程中使用了多种分子生物学试剂，如PCR引物、DNA提取试剂盒等。

同时，还使用了多种仪器，如PCR仪、凝胶电泳仪、微生物培养箱等。

采用稀释涂布法将采集的样品接种到含有相应培养基的平板上，通过观察菌落的形态、大小和颜色等特征，初步筛选出具有异养硝化—好氧反硝化能力的细菌。

通过形态学观察、生理生化特性分析以及分子生物学方法（如16S rDNA序列分析）对筛选出的细菌进行鉴定。

对筛选和鉴定出的细菌进行详细的特性研究，包括生长曲线测定、异养硝化速率测定、好氧反硝化速率测定等。

还研究了环境因子（如温度、pH、碳源和氮源等）对细菌生长和硝化反硝化活性的影响。

实验数据采用统计学方法进行分析，以揭示细菌的生长规律和硝化反硝化特性。

还通过图表等形式直观地展示了实验结果。

一株青霉菌异养硝化和好氧反硝化特性的研究
赵中艳
【期刊名称】《水资源保护》
【年(卷),期】2008(024)002
【摘要】从活性污泥中分离出一株青霉菌,培养特性为中温好氧性.初步研究表明:该茵株可利用多种含碳化合物及含氮化合物作为唯一碳源和氮源,并将含氮化合物转化为亚硝态氮,在好氧条件下,能还原硝酸盐,具有同步硝化和反硝化作用.在实验条件下,以铵盐作为反应底物,培养24h后,溶液中P(NO2-)为0.35μg/Ml,对硝酸盐有较强的还原能力,24～72h培养后,溶液中的p(NO2-)为3～5 μg/mL;在pH=5～11,48h后对人工合成污水的氨氮去除率可达90%～97.7%.
【总页数】3页(P73-75)
【作者】赵中艳
【作者单位】中国辐射防护研究院,山西,太原,030006
【正文语种】中文
【中图分类】Q93-3
【相关文献】
1.一株好氧反硝化-异养硝化菌的筛选及脱氮特性研究 [J], 连红民;邱忠平;何昆明;周文秀
2.一株麦氏交替单胞菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究 [J], 田长城;黄飞;苏真真;潘鲁青;李赟
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杜全能; 朱文娟; 兰时乐
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一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究
中期报告
地衣芽孢杆菌是一种重要的土壤微生物，其对土壤中的氮循环起着巨大的作用。

本研究旨在探讨一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性。

目前，我们已经成功地分离出了一株地衣芽孢杆菌，并对其进行了生理生化特性的初步鉴定。

实验结果表明，该菌株具有较强的氧化亚铁和氧化锰的能力，同时也表现出了一定的硝化能力。

此外，该菌株在好氧条件下也具有反硝化能力。

为了更深入地研究该菌株的异养硝化-好氧反硝化特性，我们正在进行进一步的实验。

首先，我们将对该菌株的基因组进行测序分析，以了解其异养硝化和好氧反硝化相关基因的存在情况和表达水平。

接着，我们将通过对该菌株的培养条件进行调节，探究其异养硝化和好氧反硝化的最适生长条件，并比较不同条件下菌株的相关代谢产物和活性水平。

最后，我们还将研究该菌株对不同氮源的利用特性，以进一步探究其在土壤中的氮循环功能。

总的来说，本研究将通过对地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究，为了解土壤中氮循环的机理提供一定的理论支持。

异养硝化细菌硝化途径及氮转化功能研究进展异养硝化细菌硝化途径及氮转化功能研究进展引言：氮是生命体内不可或缺的重要元素之一，在自然界中广泛存在。

氮的转化过程对于维持生态平衡和生物多样性的稳定发挥着关键作用。

而异养硝化细菌是氮转化过程中的重要参与者之一，其通过硝化途径将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，为生物有效氮的循环提供了必要的步骤。

本文将综述异养硝化细菌硝化途径及其氮转化功能的研究进展。

一、异养硝化细菌的分类异养硝化细菌主要分为亚硝酸盐氧化菌（Nitrite-oxidizing Bacteria, NOB）和氨氧化菌（Ammonia-oxidizing Bacteria, AOB）两大类。

其中亚硝酸盐氧化菌通过将氨氧化生成的亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，如亚硝酸盐氧化古菌（Nitrosoarchaeum, NOA）。

而氨氧化菌则直接将氨氧化为亚硝酸盐，如氨氧化古菌（Nitrosococcus, NC）。

二、硝化途径的研究进展1. 亚硝酸盐氧化菌的硝化途径亚硝酸盐氧化菌的硝化途径一直备受研究者关注。

早期研究发现，亚硝酸盐氧化菌通过亚硝酸还原途径将亚硝酸盐氧化为氨，从而完成硝化过程。

然而，随着研究的深入，发现有些亚硝酸盐氧化菌无法利用亚硝酸还原途径进行硝化，于是人们提出了其他的硝化途径。

如最新的研究表明，一些亚硝酸盐氧化菌可能通过反硝化途径将亚硝酸盐氧化为氮气，具有更高的氮转化效率。

这为后续的硝化途径研究提供了新的思路。

2. 氨氧化菌的硝化途径氨氧化菌的硝化途径相对来说已经研究得比较清楚。

在氨氧化过程中，氨氧化酶（Ammonia Monooxygenase, AMO）是关键的催化酶。

它将氨氧化为亚硝酸盐，并产生大量的氧自由基。

亚硝酸盐之后通常由亚硝酸盐氧化酶（Nitrite Oxidoreductase, NXR）进一步氧化为硝酸盐。

不同种类的氨氧化菌可能具有不同的硝化途径，但这一领域仍需进一步研究来明确。