厌氧氨氧化电子受体的研究_郑平

应用与环境生物学报1998,4(1):74～76Chin.J.Appl.Environ.Biol.1998-03-25收稿日期:1996-06-17接受日期:1996-12-30＊国家自然科学基金(No:59678024)和浙江省自然科学基金(No:596043)资助项目厌氧氨氧化电子受体的研究＊郑平胡宝兰徐向阳俞秀娥冯孝善(浙江农业大学环保系杭州310029)摘要研究发现,除已经证实的硝酸盐外,常规生物反硝化反应的两种中间产物亚硝酸和N2O也能用作氨厌氧氧化的电子受体;厌氧氨生物氧化的主要产物为N2.关键词厌氧氨生物氧化;电子受体;生物反应中图法分类号X172STUDYONELECTRONACCEPTOROFMIXEDMICROBIALCULTUREFORANAEROBICAMMONIAOXIDATIONZHENGPing,HUBaolang,XUXiangyan,YUXiue&FENGXiaoshan(DeptEnvironSci,ZhejiangAgriUniv,Hangzhou310029)AbstractTheelectronacceptorsofthemixedmicrobialculturethatcarriedoutthebioreactionwerestudied.Theresultsshowedthatinadditiontotheknownelectronacceptorsnitrate,nitriteandnitrousoxidewerealsoabletoserveaselectronacceptorsinthebioreactionwithdinitrogenasmainproduct.Keywordsanaerobicammoniaoxidation;electronacceptor;bioreaction在氮素污染物的控制中,目前国内外主要采用生物脱氮技术,研究的热点集中在如何改进行传统的硝化-反硝化工艺[1].从微生物学的角度看,硝化和反硝化是两个相互对立的生化反应.前者借助硝化细菌的作用,将氨氧化为硝酸,需要氧的有效供给[2];而后者则是一个厌氧反应,只有在无氧条件下,反硝化细菌才能把硝酸还原为氮气[3].此外,在环境中存在有机物时,自养型硝化细菌对氧和营养物质的竟争能力劣于异养型微生物[4],其生长速度很容易被异养型微生物超过,并因此而难以在硝化中发挥应有的作用;但要使反硝化反应顺利进行,则必须为反硝化细菌提供合适的电子供体(通常为有机物如甲醇等)[1].最近发现,氨可直接作为电子供体进行反硝化反应,即所谓的厌氧氨氧化[5,6].若能开发利用厌氧氨氧化进行生物脱氮,不仅可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗,免去反硝化反应的外源电子供体,而且还可改善硝化反应产酸,反硝化反应产碱而均需中和的状况.其中后两项对控制化学试剂消耗,防止可能出现的二次污染具有重要作用.因此,研究厌氧氨氧化的电子受体,不仅有助于探明这一反应的微生物机理,同时也可为其开发利用提供依据.1材料与方法1.1厌氧氨氧化菌混培物及其培养方法试验所用的厌氧氨氧化菌混培物取自一套总容积为23L的生物反应器.在将其用于分批培养试验前,先用除氧的KHCO3缓冲液(pH7.1)冲洗3次,以除去残留的基质.尔后,将2mL厌氧氨氧化菌混培物和46mLKHCO3缓冲液分装于117mL血清瓶内,用丁基橡胶塞盖紧,再加铝盖加固.用真空泵抽空血清瓶上部的气体,并以95%(φ)Ar和5%(φ)CO2混合气体置换操作5次后,静止培养于30℃的黑暗环境中.每天摇动血清瓶3次,并根据需要用1mL注射器取样.所有测试设3个重复(n1～n3).1.2分析测定方法氨:水杨酸-次氯酸光度法[7];亚硝酸盐:N-(1-萘基)-乙二胺光度法[7];硝酸盐:酚二磺酸光度法[7];羟氨:羟基喹啉光度法[8];联氨:二甲基氨酚醛光度法[9]:O2,N2和N2O:气相色谱法(ECD/TCD检测器,美国Fisons仪器公司制造).2结果与讨论2.1以亚硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化由表1可以看出,无论是单加电子受体物质亚硝酸,或是单加厌氧氨氧化菌混培物,培养液内的氨都未减少.方差分析也表明,两种对照反应引起的氨浓度变化均不显著.只有在厌氧氨氧化菌混培物和亚硝酸盐同时存在时,培养液内的氨才被厌氧氧化而逐渐降低(表1).方差分析也表明,其生物转化引起的氨浓度变化达到了显著水平.表1以亚硝酸盐为电子受体的厌氧氨生物氧化(c/mmol·L-1)Table1Anaerobicammoniaoxidationwithnitriteaselectronacceptor(c/mmol·L-1)培养时间Timeofcultuce(t/d)加亚硝酸盐(CK1)Nitrite加厌氧氨氧化菌混培物(CK2)