重水标记-单细胞拉曼光谱表征反硝化菌代谢活性与电子传递

细菌内部电子传递快慢及其代谢水平是其外在活性的决定因素之一.然而,目前对于细菌活性、电子传递及代谢水平三者之间的关系鲜有报道.本研究针对氮循环的经典过程—反硝化过程,以施氏假单胞菌为模式反硝化菌,系统探究了不同电子供体条件(不同C/N比)下电子传递对反硝化脱氮效率的影响,并通过重水标记(DIP)-拉曼光谱在单细胞水平上分析了代谢活性与电子传递、脱氮相关因素的潜在联系.结果表明,在反硝化前期(0～9 h),NADH脱氢酶活力均处于较高水平,导致电子传递系统活性(ETSA)迅速升高,加速了反硝化脱氮效率,NADH脱氢酶平均活力相对于C/N为5时分别增加50.97%(C/N=10)和83.40%(C/N=20),同时NADH/NAD+比率分别增加43.98%(C/N=10)和65.27%(C/N=20).在反硝化后期(9～24 h),碳源的消耗降低了ETSA,导致脱氮活性降低.同时,在反硝化过程中,C—D键的拉曼特征峰变化表明微生物代谢活性与NO₃^--N还原量呈负向的线性关系,揭示了反硝化菌代谢和脱氮活动的不同步性.     

闭合回路电子流强化硝酸盐异化还原为铵性能及功能菌群分析

硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮循环中的一个重要过程,DNRA能够将硝酸盐还原为铵,是将活性氮保留在自然生态系统中的重要路径.然而,DNRA的效率仍然较低,其内在反应机理仍然不清楚.本研究采用自主搭建的电强化-DNRA(E-DNRA)连续流式反应器,利用闭合回路电子流构建单个细菌周围强还原环境,以提高细菌周围局部微环境的电子供体比例,进而提高DNRA效率.据此,进一步深入探究了电子流强化DNRA过程的内在反应机理及DNRA功能菌的群落特征.结果表明,电阻为50Ω,水力停留时间为20 h,电极面积为847 cm²时可以有效提高硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的活性,反应器中c(NH₄⁺)/c(NO₃^-)最高可达79.1%.胞外聚合物(EPS)、电子传递系统活性(ESTA)及NADH分析表明,电子流促进了电极生物膜上各菌属的生物的活性.宏基因分析结果表明,反应器内Thauera、Azonexus、Cupriavidus、Pseudomonas为主要功能菌属.以nrf A基因编码的细...