氨氧化菌在污水生物处理中的作用

2004Vo1．20中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATERNo．5氨氧化茵在污水生物处理中的作用李小鹏，张代均，曹琳，祖波(重庆大学资源与环境科学学院，重庆400044)摘要：细菌分类学研究结果表明，除了Nitrosococcusoceanus以外，其他所有氨氧化细菌同属于proteobacteria科p一亚纲；对氨氧化茵中氨单加氧酶(AMO)、羟胺氧化酶(HAO)和某些还原酶性质的研究表明，氨氧化菌具有多种代谢途径的能力；在天然水体、土壤和污水处理过程中发现的好氧／厌氧氨氧化现象以及反硝化现象证明了氨氧化菌能在不同环境条件下利用多种基质．此外，氨氧化菌与其他菌种间存在协作和竞争的关系：氨氧化菌代谢途径的多样性为污水生物处理技术的发展提供了新的理论和思路关键词：氨氧化菌；硝化；反硝化中图分类号：X703．1文献标识码：B文章编号：1000—4602(2004)05—0024—04长期以来，氨氧化菌被认为是专性化能无饥自养菌，能从氨氮氧化为亚硝酸盐的反应中获取能量，以CO作为碳源生长。目前广泛采用的硝化一反硝化废水脱氮技术正是基于这一传统的生物学认识。近几年来，在氨氧化菌代谢方式和途径的理论研究领域和污水生物处理应用研究领域都有了许多新的发现，这对于全面认识氨氧化细菌的性质、开发新的污水脱氮技术都具有重要意义。1氨氧化茵的分类学目前一般将氨氧化细菌归为硝化杆菌科(．trobacteriaceae)。细胞从氨或亚硝酸盐的氧化中获得能量，靠固定CO满足碳源需要。近年在硝化细菌系统发育研究领域许多生化和分子生物学证据表明无机自养好氧氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌之间在系统发育上的关系并不紧密，生理学和酶学的研究也不支持两类菌群间存在着亲缘关系。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¨’。通过对以前研究成果的总结和序列数据的分析，除了Nitrosococcusoceanus以外，其他所有氨氧化细菌组成了一个关系较近的谱系，它们同属于pro．基金项目：国家自然科学基金资助项目(50378094)teobacteria科B一亚纲，包括nitrosolobu．s属、Ⅳ—trosospira属、Nitrosovibrio属和Nitrosomonas属；Ni—tFo50(一OCCLI~属的两个种分属于不同的亚纲，Nitroso．COCCl1．mobilis与B一亚纲的Nitrosomonas有关，而Nitrosococcusoceanus则是唯一一个属于^y一亚纲的氨氧化细菌。2氨氧化茵中的酶2．1氨单加氧酶(AMO)氨单加氧酶(AMO)是膜内酶。由于尚未得到被分离纯化的AMO，它的许多性质都是通过AMO完整的细胞试验获得的。间接的试验证明，AMO含铜：AM0具有两个亚单位AMO—A和AMO—B。Hv．man等用HC培养Nitrosomonaseuropaea，可使“C结合至一个分子质量为27ku的膜内多肽上。这个被标记的多肽可能是AMO的活性部位，因为它被乙炔共价修饰的程度越高则保留的氨氧化活性越低，反之当AMO的氨氧化活性完全丧失时，被C标记的多肽也不再增多。AMO能利用包括脂肪烃族、芳香族和卤代族化合物在内的多种基质。试验证明，europaea能将甲烷氧化成甲醇、乙烯转化成环氧丙烷、环己烷转化为环己醇、苯转化为苯酚、CO·24·维普资讯http://www.cqvip.com2004Vo1．20中国给水排水No．5转化为CO、酚转化为醌。而AMO除了能进行单加氧反应之外，还可以进行脱氢氧化和脱氯的反应。2．2羟胺氧化酶(HAO)Ⅳ．europaea的HAO已被分离纯化，在制备原生质体时，HAO即可从细胞中游离出来，表明这种酶位于外周质中。HAO仅含一种分子质量为63ku的亚单位，每个亚单位由8个共价结合的血红素组成，其中7个为C型血红素，第8个为P460血红素。8个亚单位的氧化还原电位范围为一412～+288mV，其中氧化还原电位较高的P460(它结合在以桥键相联的肽上)和一个C型血红素被认为是HAO的活性中心，而其他6个氧化还原电位较低的亚单位的作用尚未探明。在羟胺氧化的电子传递过程中，与HAO关系比较紧密的是细胞色素C554以及C552。2．3还原酶近期对Nitrosomonas的基因排序前期结果表明，该细菌中存在含铜离子的亚硝酸氧化还原酶和NO氧化还原酶，而硝酸盐和N0的氧化还原酶未发现。3氨氧化茵的生化反应3．1基于O：的好氧氨氧化氨氧化过程是将氨氮氧化为亚硝酸盐的过程。氨氧化菌中的氨单加氧酶(AMO)和羟胺氧化酶(HAO)被认为是该系列氧化反应的催化酶。由于氨氧化菌从氨氧化为亚硝酸盐这一过程中获取能量，并且可以利用CO作为碳源，长期以来氨氧化菌一直被认为是专性无机自养细菌。