气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚.本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO3-异化还原过程的相互作用,土壤N2O产生路径及其贡献.当前研究的不足体现在:1)只关注土壤N2O排放,忽视了 N2的释放,导致高寒地区泥炭地氮的损失量被严重低估;2)Anammox过程对泥炭地N2排放的贡献未被量化;3)Anammox、细菌反硝化和真菌协同反硝化过程对N2损失的相对贡献缺乏定量评估;4)气候暖干化情景下Anammox和NO3-还原过程的解耦机制尚不清楚.未来研究重点应着力于:构建野外增温、水位控制暖干化模拟试验平台,结合稳定性同位素、分子生物学和宏基因组学技术,围绕格局-过程-机理这条主线,系统评估高寒地区泥炭湿地氮排放(N2O、NO、N2)的量级、组成比例与主控因素,探讨土壤主要脱氮过程的相互作用规律,量化硝化、厌氧氨氧化和反硝化对N2O、N2产生的相对贡献,甄别对暖干化响应敏感的微生物类群,明晰土壤脱氮转变与微生物群落演替之间的耦联关系,揭示土壤脱氮过程对气候暖干化响应的微生物学机理.

[目的]异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)微生物在生物脱氮中具有重要作用,而能同时去除废水中多种无机氮尤其是羟胺的HN-AD微生物报道较少.本研究从菜地中分离筛选出一株能同时去除羟胺和亚硝酸盐的HN-AD菌株EN-F4,探究其脱氮特征以及羟胺对其脱氮过程的影响,为提高废水处理效率奠定基础.[方法]通过形态学和16S rRNA基因测序对该菌株进行鉴定,并利用批量试验研究该菌株的脱氮特征,结合氮平衡、酶活性和特异性酶抑制剂探索菌株的HN-AD机理,最后通过添加羟胺研究其对不同氮源转化的影响.[结果]菌株EN-F4经鉴定为栖稻假单胞菌(Pseudomonas oryzihabitans),该菌株在25℃条件下对铵盐、羟胺、亚硝酸盐和硝酸盐的去除效率分别为99.27％、99.13％、87.01％和85.20％,对应的最大去除速率分别为8.27、1.85、5.10和5.31 mg/(L·h).更突出的是,外加羟胺后不会抑制该菌的反硝化能力,反而促进了亚硝酸盐和总氮的去除,其最大去除速率分别提升至7.80 mg/(L·h)和7.51 mg/(L·h).结合酶活性的成功检测、氮平衡和HN-AD特异性酶抑制剂分析证实了菌株具有优异的HN-AD能力.[结论]菌株Pseudomonas oryzihabitans EN-F4可以在25 ℃条件下高效地进行HN-AD去除废水中的多种无机氮,且羟胺能显著促进亚硝酸盐和总氮的去除.

从活性污泥中筛选到一株高效的耐低温脱氮菌株W4,评估了该菌株在5、15和25℃下的脱氮性能.结果表明,W4属于假单胞菌属(Pseudomonas),能够在4～42℃、盐度(NaCl)为0～30 g·L-1与pH 6～9条件下生长.在5 ℃条件下,菌株W4能够在72 h内将初始浓度为76.0 mg·L-1的NH4+-N去除74.3％,相应的脱氮平均速率达0.78 mg·L-1·h-1.好氧条件下菌株在5 ℃时可去除42.4％的NO3--N(86.3 mg·L-1)或38.2％的NO2--N(82.2 mg·L-1);在15、25℃条件下菌株脱氮能力进一步提高,对NH4+-N的去除率超过95％,对NO3--N和NO2--N的去除率分别超过66％和69％.菌株W4具有异养硝化-好氧反硝化(HA-ND)代谢活性,在硝化过程中不出现N02--N的积累,在中低温条件下去除无机氮污染具有较好潜力.本研究结果有助于丰富低温脱氮微生物资源并可为HA-ND脱氮工艺提供支撑.

水产养殖过程中氮元素超标易造成水质恶化,威胁水产动物的生长繁殖,亟需安全、高效的脱氮方法.从福建某水产养殖池底的污泥中筛选出一株氨氮降解菌,菌种鉴定后进行适应性驯化,并研究不同条件对菌株生长和氨氮降解的影响,随后又以亚硝态氮为唯一氮源检测菌株的好氧反硝化特性.菌株经 16S rRNA鉴定为阿氏芽孢杆菌Bacillus aryabhattai,命名为JN01;驯化后,菌株的生长、氨氮去除率均有不同程度提高,初始NH4+-N浓度为 200 mg/L的氮去除率最高达 87.29%;影响菌株脱氮的单因素实验结果表明,当NH4+-N浓度为 200 mg/L、丁二酸钠为碳源、碳氮比为 15∶1、pH 7.5、培养温度为 30℃时,菌株的氨氮降解率可以达到 92.78%.在亚硝态氮为唯一氮源的条件下,菌株JN01 也能进行好氧反硝化转化,NO2--N降解率为 82.30%.B.aryabhattai JN01 具有良好的异养硝化和好氧反硝化特性,具备同时解决养殖废水中氨氮和亚硝酸盐超标的应用潜力.

为了提高低温废水的生物脱氮效率,从寒冷地区冬季土壤和底泥中分离筛选耐低温异养硝化-好氧反硝化细菌,研究其脱氮特性及途径.通过菌落和细胞形态特征观察、16S rRNA基因序列分析鉴定菌种.分别以NH4+-N、NO3--N、NO2--N为唯一氮源,以NH4+-N和NO3--N为混合氮源,考察菌株在低温条件(10℃)的硝化、反硝化以及同步硝化反硝化性能.采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)对菌株的脱氮功能酶基因扩增,推测低温脱氮途径.结果表明,从河水底泥中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌,经鉴定为Pseudomonas veronii,命名为P.veronii DH-3.该菌分别以相同初始含氮量(105 mg/L)的NH4+-N、NO3--N和NO2--N为唯一氮源,在 10℃好氧培养 48 h时,氮的去除率分别为 99.07%、96.89%和 90.29%,且在脱氮过程中几乎无亚硝酸盐的累积.以NH4+-N和NO3--N为混合氮源时,NH4+-N在 48 h内被完全去除,NO3--N的去除率为 87.09%;氮平衡分析结果表明,以NO3--N和NO2--N为唯一氮源时含氮气体和细胞内生物氮的转化率均低于NH4+-N,表明该菌株的异养硝化能力强于好氧反硝化能力.脱氮功能基因hao、napA、nirS、nirK、cnorB和nosZ的成功表达,进一步证实该菌株具有硝化反硝化能力.根据上述研究结果,推测该菌株低温脱氮的主要途径为异养硝化-好氧反硝化作用和同化作用.菌株P.veronii DH-3 具有良好的异养硝化-好氧反硝化性能,为低温含氮废水的生物净化提供了理论支持.

[背景]石化工业废水具有高盐含氮的特点,高盐度会对微生物代谢造成抑制,导致普通反硝化微生物难以在高盐环境下有效脱氮.[目的]筛选在高盐条件下仍能保持反硝化能力的菌株并研究其特性.[方法]富集筛选出一株耐盐反硝化细菌,对其进行生理生化特性和 16S rRNA基因序列鉴定,对其生长条件进行优化并测定该菌株反硝化能力,对菌株在高盐环境下的产物进行定性定量分析.[结果]经鉴定菌株YA16-1 为表皮短杆菌(Brevibacterium epidermidis),可对硝态氮进行反硝化作用,在盐度为3%、初始氮浓度为55 mg/L的条件下,18 h的硝态氮转化率达到97%;初始硝态氮浓度为 250 mg/L时,24 h内硝态氮转化率达到 100%.该菌株的最适生长条件为:2%NaCl,碳源为玉米芯粉,氮源为酵母粉,pH值为 6.0,培养温度为 30℃.菌株在盐度为 2%-15%的培养基内生长良好.在 15%盐度下,菌株通过产四氢嘧啶维持渗透压,产量为 0.89 mg/mL.[结论]菌株YA16-1 具有良好的耐盐能力和反硝化能力,在高盐废水处理、保护生态环境和四氢嘧啶的制备具有潜在的应用价值.

文章基于高通量测序技术对污水处理厂微生物群落多样性进行分析研究,并针对污水处理脱氨氮效率低,产生二级污染物等问题,筛选分离出同步硝化好氧反硝化菌实现高效脱氮,探索其脱氮特性,为强化微生物法处理高氨氮废水提供新的菌源.微生物多样性分析结果显示,脱氮系统具有丰富的群落多样性,其主要菌门为变形杆菌门(Proteobacteria),主要优势菌属为陶厄氏菌属(Thauera sp.).从污水处理系统的活性污泥中分离鉴定高效脱氮菌株.通过形态观察和 16S rDNA基因序列比对,鉴定分离菌株为康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae);测定不同氮源降解过程中菌体生长量变化和脱氮效率,分析其同步硝化好氧反硝化性能,结果显示,其 24h内的氨氮去除率为 99.91%,将菌株应用于实际污水处理中,其总氮、氨氮、硝氮脱除率分别为 60.70%,88.77%和86.35%.

筛选高效反硝化聚磷菌,探究其脱氮除磷条件及对模拟废水的处理性能.纯培养技术分离反硝化聚磷菌;基于 16S rRNA基因序列分析和生理生化特征,完成菌株D4 的初步鉴定;通过单因素和响应面法优化脱氮除磷条件,并应用于食品模拟废水的生物脱氮除磷.反硝化聚磷细菌D4 为戈登氏菌(Gordonia sp.),脱氮除磷的最佳条件为乙酸钠(3.32 g/L)作碳源、接种量 5%、初始磷含量 18.61 mg/L、31.3℃、pH 7.9,该条件下菌株D4 对总磷、硝氮和氨氮的去除量分别为 14.18、39.67 和 69.71 mg/L,相应去除率为 84.50%、97.67%和 96.22%;应用于不同模拟废水的结果显示,菌株D4 对多种废水均具有良好的脱氮除磷效果,其中对豆制品废水中的氮磷去除效果最好,脱氮量和除磷量分别达 101.58 mg/L和 10.40 mg/L.戈登氏菌D4 具有较好的反硝化聚磷能力,是豆制品废水等高氮高磷类食品加工废水生物脱氮除磷的良好菌种资源.

为揭示赣南稀土矿山废弃地氨氮降解菌Gan-35的遗传背景,采用Illumina测序技术和生物信息学方法对Gan-35的基因组进行分析.获得了Gan-35的基因组草图序列.序列组装后得到49个scaffold,包含两条质粒序列,基因组大小为8.35 Mbp,GC含量为62.0％.Gan-35含有7 519个基因,这些基因在GO注释中主要富集于"binding""catalytic"等.KEGG注释显示,"ABC transporters"富集的基因最多.在Gan-35基因组中预测出457条串联重复序列、8个rRNA基因和54个tRNA基因,包括与硒代半胱氨酸对应的tRNA基因.Gan-35与Paraburkholderia fungorum BAA-463具有良好的基因组共线性关系.Gan-35基因组与其他基因组比较,有少量COG分类富集的基因数目出现显著差异.基于分析结果,将Gan-35的物种名称重新确定为Para-burkholderia fungorum Gan-35.从Gan-35基因组中鉴定出反硝化脱氮途径的硝酸盐还原酶基因和亚硝酸盐还原酶基因,并进行了验证.此外,还鉴定出氨同化作用的关键酶基因,但未找到硝化途径的主要酶基因.对Gan-35基因组的全面分析有助于后续深入研究氨氮降解机制和解决水产养殖中的氨氮污染问题.

针对传统人工湿地治理污染河湖水工艺中存在的脱氮效率低、环境安全性差等问题,从污水处理厂生化池污泥中分离纯化获得菌株TY(CGMCC1.18865,该菌种已于2020年在中国普通微生物菌种保藏中心入库),通过配水试验,验证菌株脱氮特性,并进一步以火山岩为填料,采用湿地模拟系统装置对比附配TY菌的湿地系统与传统湿地系统对污染水体的脱氮效果的差异;通过16S rRNA基因序列分析,鉴定获得的菌株TY,同时对其表现出的反硝化作用进行分析研究.结果表明:分离获得的TY菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),配水试验中对氨氮和总氮的去除率分别为84.2％和93.6％.通过对模拟湿地系统出水氨氮、总氮和化学需氧量(COD)监测,发现30 d平均去除率分别可提升至94.3％、88.0％和82.3％,较传统湿地分别提高27.9％、28.8％和7.3％.研究表明,TY菌脱氮过程中有少量的硝态氮和亚硝态氮的积累,可降低对环境的不利影响、有利于脱氮反应连续进行,从而提高人工湿地脱氮效率,具有进一步探究的前景.