好氧反硝化细菌脱氮研究进展

第４期收稿日期：２０１８－０１－１５基金项目：阳江职业技术学院科技项目（２０１７ｋｊ０３）；阳江市科技计划项目（２０１６）；广东省科技计划项目（２０１３Ｂ０９０４０００１７）；广东省扬帆计划重点人才工程（Ｃ００３５０００）作者简介：司圆圆（１９８３—），女，硕士，讲师，主要从事环境微生物研究。好氧反硝化细菌脱氮研究进展司圆圆，陈兴汉，许瑞雯，李艳丰（阳江职业技术学院，广东阳江５２９５００）摘要：综述了国内外好氧反硝化细菌的研究进展，主要集中在好氧反硝化菌的筛选、脱氮性能、反应酶系及分子机制等方面。研究前景一是好氧反硝化菌株的筛选，主要以Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｓｐ．和Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｓｐ．为主；二是好氧反硝化菌株表现出耐冷、耐盐及可降解毒性有机物及Ｎ２Ｏ减排的潜力；三是研究好氧反硝化过程的降解机理。关键词：好氧反硝化；生物脱氮；研究进展中图分类号：Ｘ９１３文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）０４－０１５７－０２ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅＳｔｕｄｉｅｓｏｆＡｅｒｏｂｉｃＤｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒＳｉＹｕａｎｙｕａｎ，ＣｈｅｎＸｉｎｇｈａｎ，ＸｕＲｕｉｗｅｎ，ＬｉＹａｎｆｅｎｇ（ＹａｎｇｊｉａｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｇｊｉａｎｇ５２９５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｂａｃｔｅｒｉａｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ＦｏｃｕｓｏｎＩｓｏｌａｔｉｏｎ、ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ、ｅｎｚｙｍｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＡｅｒｏｂｉｃＤｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒ．ＴｈｅＰｒｏｓｐｅｃｔｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄＩｓｏｌａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒ，ｍａｉｎｌｙｉｎｖｏｌｖｉｎｇＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｓｐ．ａｎｄＰａｒａｃｏｃｃｕｓｓｐ．；ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒｏｎｃｏｌｄ，ｓａｌｔａｎｄｄｅｇｒａｄａｂｌｅｔｏｘｉｃｏｒｇａｎｉｃｓａｎｄＮ２Ｏｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；Ａｎｄｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｅｒｏｂｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ；ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ在水产养殖中，水环境中的氮素含量过高会造成水体的富营养化。其中氨氮及亚硝酸盐等毒性较高会对水生生态系统造成严重影响［１－２］，特别是亚硝酸盐转化速率低、毒性大，由此造成的水产动物损伤甚至死亡［３］。生物脱氮通过氨化、硝化、反硝化作用实现，将氮素通过一系列反应转化为氮气的过程。主要包括硝化作用和反硝化作用。目前生物脱氮研究有了较大的进展，研究的热点主要集中在厌氧氨氧化、短程式硝化反硝化、一步式硝化及好氧反硝化。目前，单纯的硝化作用不能从根本上解决养殖水体中氨氮及亚硝酸盐超标的问题，而反硝化是去除水体中硝酸盐及亚硝酸盐的重要途径。传统上认为反硝化作用只有在厌氧或缺氧条件下发生，这与水产养殖中富氧的环境相悖。随着对生物脱氮研究的深入，在水处理过程中也发现有好氧反硝化现象［４］。好氧反硝化菌是一类可利用好氧反硝化酶，在有氧条件下进行反硝化作用的细菌。本文就好氧反硝化细菌的特点、应用及国内外研究研究进展综述如下。１好氧反硝化概述１．１好氧反硝化细菌好氧反硝化菌是一类可利用好氧反硝化酶，在有氧条件下进行反硝化作用的细菌。因这类细菌具有同时硝化和反硝化的能力而被学者广泛关注。这类细菌主要包括Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ．、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｓｐ．和Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｓｐ．等，这类细菌一般为革兰氏阴性，在５～３７℃均可生长，最适温度为２５～３５℃。好氧或者厌氧，常见于土壤、湖泊或者海洋中，菌落直径２～３ｍｍ，圆形、边缘完整、平滑、白色不透明。目前好氧反硝化细菌菌种多从天然土壤中、海洋环境或不同工艺的水处理系统筛选，部分菌株经过驯化，对温度、盐度、重金属等具有一定的适应能力。随着研究的发展，好氧反硝化细菌以其新的脱氮特点在废水处理中的应用价值引起了人们的广泛关注。目前研究多集中在对好氧反硝化过程酶系以及脱氮的分子机理方面，用于调控水产养殖水质的研究还不深入。１．２好氧反硝化酶系统目前普遍认为好氧反硝化酶系统主要包括硝酸盐还原酶（Ｎａｒ）、亚硝酸盐还原酶（Ｎｉｒ）、一氧化氮还原酶（ｎｏｒ）和一氧化二氮还原酶（ｎｏｓ）。四种酶在氮素转化过程中起主要作用，