红树林湿地中好氧-厌氧反硝化菌脱氮特性及其种群结构分析

随着沿岸水体氮素富营养化的加剧,生物脱氮作用越来越受重视,位于海陆交界的湿地红树林生态系统作为一个自然脱氮体系备受关注.本研究以典型亚热带湿地红树林(香港Mai Po)作为对象,结合传统的富集筛选和分子生物学方法--建立nosZ基因克隆文库和RFLP分析技术对红树林沉积物中反硝化细菌脱氮能力、种群结构和丰度进行研究.从Mai Po红树林沉积物中共筛选到12株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌,其中好氧反硝化菌包括Pseudomonas(4株)、Comamonas(2株)和Acinetobacter(2株)等7个菌属,厌氧反硝化菌属于Pseudomonas、Agrobacterium和Uncultured Betaproteobacteria bacterium(2株)等7个菌属.筛选到的好氧和厌氧反硝化菌均具有较高的脱氮能力,大部分在2d内NO3--N去除率达到98%以上.建立Mai Po红树林湿地反硝化细菌的nosZ基因克隆文库的结果表明,反硝化细菌的50个克隆子中有26个克隆子分属于11个未知类群,其余克隆子属于Pennisetum类群(26%),β-proteobacterium类群(10%),Entandrophragma类群(4%),Pseudomonas类群(4%)和denitrifying bacterium类群(4%).可见Mai Po红树林中反硝化细菌具有很高的生物多样性.     

A2O工艺中N2O的产生与逸散特征

目前污水处理过程中产生温室气体的问题已经引起普遍关注。本文通过实验室小试，研究了不同污水水质条件下A2O工艺中N2O的产生特征，以及氧化亚氮还原酶编码基因nosZ含量对N2O产生量的影响。结果表明，在A2O工艺中的各单元均有N2O产生，其中厌氧池产生量最大，约占总产生量的32％～85％；A2O工艺产生的N2O主要通过逸散进入大气，少量随二沉池出水进入到环境中。N2O的产生量与污泥中nosZ的含量成负相关，而碳源和DO对含有nosZ基因的反硝化细菌有明显的影响，低DO环境和充足的碳源能够极大的促进其含量的提高，从而显著减少N2O的产生量。     

白洋淀水陆交错带N20还原酶基因（nosE）与反硝化活性的垂直分布研究

为深入剖析水陆交错带N2O释放热区的机理,选择白洋淀一处典型水陆交错带为研究对象。通过对其纵剖面（0～80cm）分层土壤样品的理化指标、反硝化速率（DNR）、N2O产生速率及N2O还原酶基因（NosZ）丰度和多样性的分析发现,在水陆交错带陆域纵剖面中,表层土壤（0～10cm）的反硝化速率（DNR）和N2O产生速率均最高,分别为65．8和9．41nmol·g^-1·h^-1（以N及dw计）;表层（0～10cm）和亚表层（10～20cm）土壤的nosZ基因丰度最高（分别为1．00×10^10genecopies·g^-1dw和9．23×10^9genecopies·g^-1dw）且没有显著性差异（p〈0．05）。生物多样性指数表明,表层土壤的nosZ基因生物多样性高于底层;在系统发育树中,表层和底层土壤的nosZ基因序列并没有明显的界限。Pearson相关性分析表明,在典型水陆交错带陆域纵剖面中,nosZ基因丰度与N2O／N2O＋N2）呈负相关关系（r=0．766,p〈0．05）,表明在水陆交错带区域nosZ基因丰度是N2O转化的指示指标。     

一株反硝化细菌的鉴定、功能基因检测及其反硝化特性

采用富集培养和BTB(溴百里酚蓝)平板法从活性污泥中分离出一株高效的反硝化菌ADH1。结合16S rDNA系统发育分析结果和生理生化反应,将该菌鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),经检测该菌株中存在反硝化功能基因nirS和nosZ,并由此推知其具备完整的反硝化酶系。通过这两种功能基因的系统发育分析,从另一角度证实了菌株ADH1属于Pseudomonas sp.。反硝化特性研究结果表明,在静置条件下,该菌在16 h内对NO3--N的转化率达到96.1%,其中84.7%的NO3--N完全经反硝化作用从培养液中去除,剩余的则被菌体同化吸收;而在150 r/min的振荡培养条件下,该菌在10 h对NO3--N的转化率高达97.8%,TN去除率也超过40%。研究结果表明菌株ADH1可能是一株有着良好应用前景的高效好氧反硝化细菌。     

A2O工艺中N2O的产生与逸散特征简

目前污水处理过程中产生温室气体的问题已经引起普遍关注。本文通过实验室小试，研究了不同污水水质条件下A²O工艺中N₂O的产生特征，以及氧化亚氮还原酶编码基因nosZ含量对N₂O产生量的影响。结果表明，在A²O工艺中的各单元均有N₂O产生，其中厌氧池产生量最大，约占总产生量的32%~85%；A²O工艺产生的N₂O主要通过逸散进入大气，少量随二沉池出水进入到环境中。N₂O的产生量与污泥中nosZ的含量成负相关，而碳源和DO对含有nosZ基因的反硝化细菌有明显的影响，低DO环境和充足的碳源能够极大的促进其含量的提高，从而显著减少N₂O的产生量。     

环境因素对不同工艺人工湿地反硝化功能基因丰度影响

反硝化细菌在人工湿地对N元素去除的过程中发挥着关键作用.为了解湿地类型、基质、植被和水力负荷及物理参数对人工湿地反硝化功能细菌丰度的影响,构建了9个不同工艺组合的人工湿地小试装置.利用实时荧光定量PCR技术检测湿地基质中反硝化功能基因nirS,nirK和nosZ的丰度.结果显示,湿地中nirS,nirK和nosZ丰度(以每ng总DNA中的拷贝数计)分别为4.88×103～2.13×105 copies/ng,1.2×101 ～ 2.14×103 copies/ng和1.98×103～ 2.09 × 105copies/ng,其中nirS显著高于nirK丰度,nirS丰度与湿地出水的pH显著正相关.分析湿地4种设计参数对反硝化功能基因丰度的影响程度,结果显示,对nirS丰度影响程度大小依次为湿地类型＞植被类型＞水力负荷＞基质类型,水平潜流和上行垂直流人工湿地中nirS丰度显著高于下行垂直流人工湿地,无植物人工湿地nirS丰度显著高于有植物人工湿地;对nirK丰度影响程度大小依次为湿地类型＞植被类型＞基质类型＞水力负荷,水平潜流人工湿地nirK丰度显著高于下行垂直流湿地;对nosZ丰度影响程度大小依次为湿地类型＞水力负荷＞植被类型＞基质类型,但影响都不显著.