微生物的氨氧化作用机理研究进展_唐咸来

收稿日期:2008-06-27微生物的氨氧化作用机理研究进展唐咸来(广西壮族自治区科学技术厅,广西南宁　530012)　　摘　要:对氨氧化微生物的生化作用机理,以及相关的氨单加氧酶(AMO)和羟胺氧化还原酶(HAO)及其基因表达的分子生物学研究进展进行了概述,提出了氨氧化生物脱氮的主要发展方向。　　关键词:氨氧化;氨单加氧酶;羟胺氧化还原酶　　中图分类号:Q936　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1671-9905(2008)11-0036-04　　目前,含氮化合物引起的水体污染和富营养化日益加剧,已经造成了生态破坏、资源匮乏、水环境污染等严重后果。生物脱氮技术能够有效地去除污染水体和富营养化水体及底泥环境中的氮素,具有十分重要的意义和极大的实用价值。生物脱氮的理论基础是微生物作用下的硝化作用和反硝化作用。硝化作用(ni-trification)作为自然界氮循环的重要环节之一,是指NH4+或NH3被氧化为NO2-至NO3-的一系列生化反应。亚硝化作用则是硝化作用从NH4+或NH3到NO2-的反应过程,是氮素循环的重要环节,由氨氧化细菌(NH3-oxidizers,又被称为初级硝化细菌primarynitrifiers)、亚硝化细菌(ammonia-oxidizingbacteria)来完成。从氮转化的角度来看,亚硝化细菌在生态圈中居于重要地位[1～2],它们转化无机氨态氮为亚硝酸盐氮,与氨化细菌、硝化细菌等其它微生物共同作用,推动氮素循环的不断进行。作为生物脱氮硝化阶段的重要限速步骤,亚硝化的作用机理和基于亚硝化作用的生物脱氮技术的深入系统研究、开发,能为高效节能的氨氮废水生物处理工艺提供新的理论和思路。1　氨氧化微生物参与亚硝化作用的微生物主要是亚硝酸细菌,或称氨氧化细菌,有自养型和异养型之分。1.1　自养氨氧化细菌一般将氨氧化细菌归为硝化杆菌科。近年在硝化细菌系统发育研究中,基于16SrRNA寡聚核苷酸的序列比较分析最先为硝化细菌的系统发育多样性提供了框架[3]。自养亚硝化细菌为硝化杆菌科的两个生理亚群之一,在自然界氮循环链中起重要作用,能将氨态氮转化为亚硝酸盐氮,并从该氧化过程中获得能量,同化无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2,合成细胞物质。在细菌系统发育图谱中根据16SrRNA序列同源性分析,把亚硝化细菌生理亚群中的亚硝化单胞菌属归为紫