异养硝化-好氧反硝化菌Paracoccus pantotrophus ATCC 35512的研究进展

近年来发现了一类具有偶联异养硝化-好氧反硝化功能的细菌．Paracoccus pantotrophus ATCC 35512是其中最早发现的细菌．通过对该菌株16S rRNA序列和细胞色素c的氨基酸序列分析,确立其为一个新种Paracoccus pantotrophus,ATCC 35512被确定为模式株．该菌株的异养硝化一好氧反硝化偶联途径假说被提出,其反应途径中涉及的一系列酶和电子传递体也陆续被纯化研究．本文综述了对该菌株系统分类、形态和生理生化特征、硝化-反硝化偶联假说及氮循环酶系等的研究进展,并提出了进一步揭示异养硝化-好氧反硝化现象的研究方向．表2参50     

好氧同时硝化-反硝化菌的分离鉴定及系统发育分析

从土壤中分离到一株好氧同时硝化-反硝化菌,编号为SDN,该菌株革兰氏染色呈阳性,球状或杆状,菌落颜色橙红色.该菌株以硝酸钠为氮源时能进行好氧反硝化作用;以乙酸钠和硫酸铵分别为碳源和氮源能进行异养硝化作用,能以乙酰胺为唯一碳源和氮源进行生长.部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株SDN与Rhodococcusruber的16SrDNA序列具有99%相似性.并用PHYLIPS程序将该菌株与报道的相关微生物进行了系统发育分析.图4表1参13     

一株贫营养异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮特性

为了探究并优化菌剂应用于微污染水源水体修复的机制和条件,主要针对水库沉积物内筛选出的贫营养好氧反硝化菌进行了菌种鉴定及脱氮特性研究,考察菌株在不同环境条件下的脱氮效果,明确了该菌株的最适宜生长条件,并基于水库水体中贫营养条件对菌株进行水源水库原水的驯化培养试验研究,以期实现该菌株对微污染水源水库原水中氮源污染物的脱除,为原位投菌技术实际工程应用提供理论依据。从微污染水源水库沉积物中驯化筛分出一株高效异养硝化-好氧反硝化菌A14,通过扫描电镜观察、生理生化特征、16S rRNA基因测序和Biolog GenⅢ鉴定,确定该菌株为革兰氏阴性短杆菌,鉴定为皮特不动杆菌（Acinetobacter pittii）。在好氧条件下,菌株细胞内表达反硝化功能基因napA,以NO3-为唯一氮源进行反硝化作用时,36 h时NO3-去除率为78.89%。以NH4+为唯一氮源时,48 h NH4+去除率为95.25%,TN去除率达80.42%,TOC去除率达98.30%,表明该菌株具有异养硝化-好氧反硝化特性。在改变环境条件过程中,该菌株在以乙酸钠为碳源,温度为30℃,C/N为12,pH为7,接种量为10%时,NO3-去除率最高为86.62%,并且在10℃下脱氮率达到40.18%。在水源水库原水脱氮实验中,接种处理TN去除率为50.95%,NO3-去除率为80.25%。结果表明,菌株A14在微污染水源水体菌剂脱氮修复中具有良好的应用潜力。     

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮性能研究

与传统脱氮菌相比,异养硝化-好氧反硝化菌在脱氮方面具有较大优势并受到广泛关注。以乙酰胺为唯一氮源从活性污泥中分离得到1株脱氮性能较高的异养硝化-好氧反硝化细菌,命名为Y1。经形态观察、生理生化特征和16S rRNA分析后鉴定为Acinetobaterjohnsonii(约氏不动杆菌),革兰氏染色结果为阴性。对Y1菌株进行生理生化鉴定试验,结果显示Y1对吲哚、柠檬酸盐、硫化氢和接触酶的反应呈阳性,表明该菌株能良好的利用以上物质;而甲基红、葡萄糖发酵、蔗糖发酵、明胶液化、淀粉水解、氧化酶、尿素酶试验结果呈阴性,表明该菌株不能很好的利用以上物质。为了检测Y1菌株的脱氮性能,将其分别置于异养硝化培养基和好氧反硝化培养基进行培养,在108 h内,接种Y1菌株的异养硝化培养基中的氨氮去除率约为66.9%,去除速率达0.53 mg.L~(-1)·h~(-1),硝氮去除率约为100%,去除速率达0.10 mg·L~(-1)·h~(-1);在84 h内,接种Y1菌株的好氧反硝化培养基中的硝氮去除率约为69.7%,去除速率达0.74 mg·L~(-1)·h~(-1),上述结果表明Y1菌株的脱氮性能较高。为了进一步研究该菌株的生长需求,保持其它条件不变的情况下,将其分别置于不同碳源和氮源下进行培养,结果表明,菌株Y1在琥珀酸钠为唯一碳源时的生长速率、异养硝化和好氧反硝化性能最好,并且利用无机氮源的能力比有机氮源能力强。     

一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.     

异养硝化微生物菌剂及其好氧颗粒污泥的脱氮试验

在3个相同的反应器(No.1、No.2、No.3)中,向活性污泥中投加异养硝化微生物菌剂,以批次试验和SBR试验的方式,研究了异养硝化微牛物菌剂对模拟废水的处理效果.结果表明,该菌剂可以大幅度提高活性污泥对氨氮和COD的去除率.批次运行试验中,反应器No.1运行3 d,氨氮去除率大于98.11%,COD去除率大于99%.该投加菌剂的活性污泥每克干污泥的脱氮能力为15.77 mg d-1.以SBR方式运行16 d的试验中,可能是由于功能菌株的流失导致3个反应器的脱氮效果有逐步降低的趋势.采用该异养硝化脱氮微生物菌剂培育出的异养硝化好氧颗粒污泥对模拟废水进行了脱氮试验.在较低运行温度(11～13℃)下以SBR方式运行10 d,反应器处理效果稳定,氨氮去除率70.75%～76.42%,COD去除率在90%以上.该异养硝化好氧颗粒污泥每克干颗粒的脱氮能力为372.00 mg d-1.以上试验都没有发现硝酸氮和亚硝酸氮的积累.图5表1参19     

1株贫营养好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

从水库底泥样品中,以硝酸盐为唯一氮源进行驯化、分离筛选出1株能在贫营养及好氧条件下进行高效反硝化的菌株PY8,经过电镜形态学观察、生理生化和16S rDNA序列分析,并基于16SrDNA序列结果,构建了该菌株的系统发育树,最终确定菌株PY8为根瘤菌Rhizobiumsp.。考察了初始pH值、温度、C/N、初始硝酸钠质量浓度、投菌量对菌株PY8硝酸盐还原活性的影响,以及该菌株的异养硝化性能。结果表明,在pH6.0～10.0,温度25～30℃,C/N1.0～9.0,初始硝酸钠质量浓度0.01～0.50g·L-1,投菌量1%～15%时,菌株PY8培养72h后的硝氮去除率可达到95%以上。另外,该菌株具有同时硝化-反硝化作用,在培养过程中氨氮去除率可达到58%左右。实验结果表明,菌株PY8在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力。     

水库贫营养异养硝化-好氧反硝化菌Sxf14的脱氮特性

为利用生物强化法降低微污染源水中的氮素,从水库沉积物中筛选到一株好氧反硝化细菌Sx f14.通过扫描电镜和16S r RNA序列分析,鉴定其为不动杆菌属(Acinetobacter sp.),命名为Acinetobacter sp.Sxf14.同时,对该菌株脱氮特性进行研究,并将其接种到C/N(总有机碳与总氮的比值)为1.2的微污染水库源水中,以探究其对实际源水总氮的去除效果.结果显示:Sxf14能以硝酸盐和亚硝酸盐为唯一氮源进行好氧反硝化.反应48 h后,NO3--N和NO2--N的去除率分别达74.84(±0.86)%和40.52(±1.49)%,TN去除率最高达到65.07(±1.56)%和41.33(±0.98)%;在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内,该菌在48 h内使NH4+-N浓度由3.73(±0.08)mg/L降到1.28(±0.20)mg/L,氨氮去除率达到65.63(±1.39)%.72 h内,微污染水库源水的TN浓度由2.46(±0.02)mg/L降到1.68(±0.01)mg/L,去除率达到31.7(±0.14)%.因此,菌株Acinetobacter sp.Sxf14具有反硝化能力,能承受较低的碳氮比,降低微污染源水中的氮素,本研究可为微污染水体的菌剂修复技术提供科学依据.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌株TS-1筛选及降解特性

从实验室定向驯化的活性污泥中分离筛选出一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1.通过生理生化及16S r RNA基因序列鉴定其为脱氮副球菌,通过单因素和正交实验对其去除NH_4~+-N的最佳条件进行优化,并通过对比进一步探究其在不同氮源条件下对各形态无机氮的去除规律.结果表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15,最佳接种量为5%,最适温度为30℃、p H为8.0.以初始浓度约为100 mg/L的NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N分别为单一氮源时,菌株TS-1对各形态氮的去除率为97.49%、100%和95.94%;维持各形态氮初始浓度不变,将其两两混合时发现混合氮源中若包含NO_2~--N会使菌株OD_(600)值达到最大值所用时间延长,氮源中含有NH_4~+-N会降低菌株对其他形态氮源的去除率,以及NO_3~--N的添加会使菌株对NH_4~+-N的去除能力降低;3种形态氮源同时存在的条件下,该菌对各氮源去除能力由强至弱为NO_2~--NNH_4~+-NNO_3~--N.本研究从活性污泥中分离筛选出一株具有高效异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1,通过研究碳源、氮源、温度、p H得到了最佳降解条件,可为废水短程脱氮提供参考.(图9表4参37)