基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

中试螺旋式自循环厌氧反应器处理安乃近制药废水的稳定性能

以制药废水实验了50m3螺旋式厌氧反应器（SPAC反应器）的稳定性。采用AugmentedDickey—Fuller（ADF）单位根检验表明，螺旋式反应器具有良好的启动和运行稳定性。负荷冲击实验显示，SPAC反应器具有较好的耐浓度冲击能力和耐水力冲击能力，所能耐受的最大浓度冲击强度大于60000（mg·h）／L（进水浓度提升2倍），所能耐受的最大水力冲击强度为300（m3·h）／d（进水流量提升50％）。SPAC反应器还具备受扰恢复能力。在反应液pH低于5．74，出水浓度、COD去除率和容积COD去除速率（VRR）分别为3500mg／L、22．30％和2．52kg／（m3·d）的工况下，经过30d恢复，出水浓度、COD去除率和VRR的恢复程度达到80％～90％。     

中试螺旋式自循环厌氧反应器处理安乃近制药废水的稳定性能简

以制药废水实验了50 m³螺旋式厌氧反应器（SPAC反应器）的稳定性。采用Augmented Dickey-Fuller（ADF）单位根检验表明，螺旋式反应器具有良好的启动和运行稳定性。负荷冲击实验显示，SPAC反应器具有较好的耐浓度冲击能力和耐水力冲击能力，所能耐受的最大浓度冲击强度大于60 000 （mg·h）/L（进水浓度提升2倍），所能耐受的最大水力冲击强度为300（m³·h）/d（进水流量提升50%）。SPAC反应器还具备受扰恢复能力。在反应液pH低于5.74，出水浓度、COD去除率和容积COD去除速率（VRR）分别为3 500 mg/L、22.30%和2.52 kg/（m³·d）的工况下，经过30 d恢复，出水浓度、COD去除率和VRR的恢复程度达到80%~90%。     

中试螺旋式厌氧反应器处理安乃近制药废水的运行性能

采用50 m3螺旋式厌氧反应器(SPAC反应器:反应器主体直径2.4m,高11m)试验了高浓度安乃近制药废水厌氧生物处理的性能.中试结果表明,在进水COD为10000～ 14000 mg·L-和水力停留时间(HRT)为12 h的工况下,容积COD去除速率(VRR)达到(26.54 ±4.61)kg·m-3·d-1,容积产气速率(VPR)达到(9.55±1.66) m3·m-3·d-1,COD去除率达到94.8％.根据Monod方程拟合结果和负荷冲击试验结果推测,SPAC反应器的最大容积效能可分别达46.08和75.00 kg·m-3·d-1.螺旋式厌氧反应器具有很强的抗冲击能力,在基质浓度跃升到原浓度的3倍及进水流量跃升到原流量的1.5倍时,容积效能没有明显波动,COD去除率保持在95％以上;SPAC反应器处理高浓度制药废水的适宜操作条件为进水COD 30000 mg·L-1,HRT长于12h.     

溶藻菌发酵液及其溶藻产物的生物急性毒性试验

应用发光细菌（Photobacteriumphosphoreum）急性毒性试验，研究了溶藻菌（Streptomycessp．HJC-D1）发酵液及其对铜绿微囊藻（Microcystisaemgmosa）抑制产物的生物急性毒性。结果表明，溶藻菌发酵液本身对发光细菌具有一定的低毒性，发酵3-5d时其相对发光度为（67．59％1：3．11％）-（72．35％±2．76％）；体积分数5％的溶藻菌发酵液可有效抑制初始质量浓度高达（O．1483±0．0032）mg-L-1的铜绿微囊藻生长，其抑藻率达85％以上，且藻液毒性明显低于对照组；以微囊藻毒素为主要溶藻产物进行毒性试验发现，其半抑制质量浓度为1096．92μg·L-1，水体藻毒素质量浓度低于20μg·L-1时其生物毒性较低。     

同步脱氮除硫工艺基质及产物对发光细菌的急性毒性

为了研究同步脱氮除硫工艺基质及产物对同步脱氮除硫过程的影响,采用发光细菌法测定了该工艺基质及产物的急性毒性.试验结果表明,硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐的15min-半抑制浓度(即IC50)分别为78.1、12077.8、254.5、3852.1、1066.3mg·L-1.按照等效浓度混合法测定,各基质及产物的联合毒性为:硫化物与硫酸盐、硫化物与硝酸盐、硫化物与亚硫酸盐均呈加成作用;硫化物与亚硝酸盐呈协同作用;硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐5元混合体系呈加成作用.