中性pH条件下化能异养硝酸盐还原菌对亚铁离子的好氧与

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水产养殖亚硝酸盐降解实用大全

水产养殖降亚硝酸盐实用方法大全刘秋生珠海市碧洋生物科技有限公司众所周知,水产养殖的水环境污染和水质富营养化问题越来越严重，亚硝酸盐含量超标是集约化高密度水产养殖常遇到的问题,亚硝酸盐可影响鱼鳃中氧的传递，引起鱼类大量死亡,养殖应高度重视。

现把各种处理方法的优劣及其原理整理汇总，供业内人士参考。

饲料残饵、肥料和鱼类排泄物等分解产生氨氮，氨氮由游离氨(NH3）和铵离子(NH4+）组成，游离氨对水生生物有毒,铵离子基本无毒，两者并存且可以相互的转化：NH3+H2O ←→NH4++OH-,这一平衡受pH影响，pH升高时，平衡向左移，游离氨成倍增加.正常情况下NH4+会被藻类吸收利用，高密度养殖的中后期，特别这时藻类又老化的情况下,往往产生的NH4+会超出藻类吸收利用，部分NH4+通过硝化作用转化亚硝酸盐和硝酸盐，硝酸盐、亚硝酸在反消化细菌的作用下还原转化为NO、N2等，见下图更直观。

进入大气↑NO、N2↑N2O↑残饵、粪便NH42NOH 23—↑↑反硝化作用↑亚硝化作用池塘物质转化路径图硝化作用是有两个关键的共生菌群相互作用来实现的，分别是亚硝化细菌及氨氧化细菌,利用体内的氨单加氧酶和羟胺氧化酶将氨氮转化为亚硝酸盐，氨作为其唯一的氮源;硝化细菌即亚硝酸盐氧化细菌，利用亚硝酸氧化还原酶将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，亚硝酸盐作为其唯一的氮源。

值得一提的是,亚硝酸氧化还原酶是一个多重功能的酶，既可催化亚硝酸盐的氧化，又可催化硝酸盐的还原，不同的外界环境诱导其不同的功能，比如在缺氧的条件下它可将硝酸盐还原。

反硝化作用又称脱氮作用或硝酸盐呼吸作用，即硝酸盐或亚硝酸盐还原成气态氮化物(主要是N2，少量是N2O），主要包括四个步骤：NO3—→NO2-→NO→N2O →N2，分别利用了硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、一氧化氮还原酶、一氧化二氮还原酶。

硝化过程是耗氧的，底层溶氧量非常重要，底泥硝化作用强度随底层溶解氧浓度增加而显著增强.硝化细菌比亚硝化细菌对水体pH敏感，硝化细菌进行硝化作用的最适pH范围在8。

关于硝化反硝化的碳源、碱度的计算!

关于硝化反硝化的碳源、碱度的计算！1、硝化细菌硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。

他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas sp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。

硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。

其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3硝化反应方程式：400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O硝化过程总反应式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO 3通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以CaCO3计）碱度。

在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子NH4-→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐NO2-→硝酸盐NO3-。

2、反硝化细菌反硝化反应过程：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从无水中逸出，从而达到除氮的目的。

反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。

当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体，O2-作为受氢体生成水和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。

2021年注册公用设备工程师(给水排水)《专业知识考试(下)》真题及详解

2021年注册公用设备工程师（给水排水）《专业知识考试（下）》真题及详解一、单项选择题（共40题，每题1分，每题的备选项中只有1个符合题意）1．反映用水量变化情况的日变化系数，是指哪项？（）A ．一年中最高日用水量与平均日用水量的比值B ．一年中最高日最高时用水量与最高日平均时用水量的比值C ．设计年限内最高日最高时用水量与本年最高日平均时用水量的比值D ．一年中最高日最高时用水量与本年平均日平均时用水量的比值【答案】A【解析】在一年之中的最高日供水量和平均日供水量的比值，称为日变化系数K d 。

在一年之中供水最高日那一天的最大一小时的供水量（最高日最高时供水量或用水量）和该日平均时供水量或用水量的比值，称为供水时变化系数K h 。

故选择A 选项。

2．关于枝状给水管网水力计算的说法，正确的是哪项？（）A ．多水源枝状管网按顺水流方向进行管段计算流量分配时，可有多个方案B ．对于环状管网节点引出的枝状网，在环状管网平差计算时，枝状网的管段流量不受影响C ．枝状管网控制点是指供水水源至管网节点水头损失最大的节点D ．对于泵站和网后水塔联合供水的枝状管网，最高日最高时的最不利节点也是最大转输时的控制点【答案】B【解析】A 选项，枝状网每一管段只有唯一的流量值。

B 选项，枝状网的流量唯一，不受环状网平差的影响。

C 选项，控制点是水压最难满足的点，一般位于地势较高处或距离二级泵站最远处。

当控制点位于地势较高处，则水源至控制点的水头损失并不是最大。

D 选项，最大转输属于校核时的不利工况。

最大转输时的最不利点一般是水塔处，和高日高时的最不利点不在同一位置。

3．关于输水管（渠）设计计算的说法，正确的是哪项？（）A．当量摩阻计算公式()122=+d s s s ，仅适用于两根不同口径、长度相同且平行布置的并联输水管B ．同材质的输水单管由不同管径管段组成，若途中输送流量发生变化时，该输水单管当量摩阻仍为各管径管段摩阻之和C ．长度相同、管径不同的两条输水管并联敷设并设有连通管，当一段输水管段损坏时，事故时输水流量的计算与事故管段的摩阻无关D ．当泵站的出站输水管发生突然爆管溢流时，输水管特征曲线将向左偏移，对应水泵扬程升高【答案】B【解析】A 选项，当量摩阻计算公式适用任何情况的两根并联管道。

一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究开题报告

一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究开题报告研究背景：生物硝化-反硝化过程是地球上氮素循环的重要环节。

细菌在异养硝化过程中将氨或有机氮化合物氧化为亚硝酸盐，再将其硝化为硝酸盐，而在好氧条件下，反硝化菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐和氮气。

硝化-反硝化过程对于维护水体、土壤等环境的氮素平衡起着至关重要的作用。

地衣芽孢杆菌是一种多功能细菌，可利用多种有机物和无机物作为氮源和碳源。

已有研究表明，地衣芽孢杆菌具有异养硝化和好氧反硝化的能力。

但是对于其异养硝化和好氧反硝化特性的研究仍不够深入。

研究目的：本研究旨在探究一株地衣芽孢杆菌的异养硝化和好氧反硝化特性，揭示其对氮素循环的贡献，为环境治理提供理论依据。

研究方法：1.分离出一株具有异养硝化和好氧反硝化能力的地衣芽孢杆菌，进行形态学、生理生化特性和分子生物学鉴定。

2.通过动态培养和化学分析法, 研究其异养硝化和好氧反硝化的特性，包括反应条件（温度、pH、营养物质含量等）对异养硝化和好氧反硝化的影响和产氮气的效率。

3.通过比较地衣芽孢杆菌和其他用于氮素循环的细菌的异养硝化和好氧反硝化特性，揭示其在氮素循环过程中的作用。

预期成果：1.明确一株具有异养硝化和好氧反硝化能力的地衣芽孢杆菌的形态学、生理生化特性及分子生物学鉴定结果。

2.揭示地衣芽孢杆菌的异养硝化和好氧反硝化特性，并分析其影响因素和产氮气效率，为环境治理提供理论依据。

3.比较地衣芽孢杆菌和其他用于氮素循环的细菌的异养硝化和好氧反硝化特性，探究其在氮素循环过程中的作用，为氮素循环的控制提供理论基础。

研究意义：本研究对于深入了解地衣芽孢杆菌的异养硝化和好氧反硝化特性，探究其在氮素循环过程中的作用，为氮素循环的控制提供理论基础，也为理解细菌在环境中的生态学过程提供了重要信息。

同时，本研究还为水体、土壤等环境的治理提供了理论基础。

上海应用技术学院(大学)微生物作业2答案

作业2 一、名词解释(选作10题，2*10=20分)1. 抗生素是一类由微生物或其它生物生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物（包括病原菌、病毒、癌细胞等）的生命活动，因而可用作优良的化学治疗剂。

2. 抗代谢物一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。

3. 灭菌采用任何一种方法，将物体的表面和内部的微生物及其各种芽孢、孢子全部杀死。

一类采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物彻底丧失其生长繁殖能力的措施。

4. 消毒利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的一种措施。

5. 恒浊器根据培养器内微生物的生长密度，借光电控制系统控制培养液流速，以达到菌体密度高、生长速率恒定的连续培养器。

6. 恒化器通过保持有一种生长限制因子的培养液的流速不变，可使微生物始终处在低于其最高生长速率的条件下进行长期生长繁殖的连续培养装置。

7. 兼性厌氧菌是一类以在有氧条件下的生长为主也可在无氧条件下生长的微生物。

特点是在有氧下借呼吸产能，而在无氧条件下可借发酵或无氧呼吸产能；细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。

8. 耐氧菌即耐氧性厌氧菌的简称。

一类可在有氧条件下正常生长却不需氧，而仅借发酵和底物水平磷酸化产能的微生物。

9. 微好氧菌是一类只能在较低的氧分压（103~3*103 Pa）下才能正常生长的微生物。

10. 化学治疗指利用具有高选择毒力即对病原菌具有高度毒力而对其宿主基本无害的化学物质来抑制或杀死宿主体内病原微生物，借以达到治疗传染病的一种措施。

11. 次级代谢微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对于该微生物没有明显的生理功能且非其生长和繁殖所必需的物质的过程。

12. 同型乳酸发酵指一分子葡萄糖经EMP途径后仅产生两分子乳酸的发酵。

13. 呼吸作用葡萄糖在好氧和兼性好氧微生物中通过氧化作用放出电子，该电子经电子传递链传给外源电子受体分子氧或其它氧化型化合物生成水或其它还原型产物，并伴随有能量放出的生物学过程称为呼吸作用14. 硝酸盐呼吸又称反硝化作用，是在无氧条件下，某些兼性厌氧菌利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，使硝酸盐还原成亚硝酸盐、NO、N2O或N2的过程。

一株铁2f硝酸盐还原菌分离、特性鉴定及其与铁氧化物作用

致谢首先，我要深深感谢恩师陈天虎教授，两年多的时间，在恩师点拨思路、讨论问题下，我渐渐了解了基本的实验方法和研究思路。

陈老师为人和善、严谨、博学、敬业，热衷科学研究，耐心培育学生，可为师之典范。

在我心目中，他永远是我最尊敬的老师。

恩师难觅，师恩难报！回首两年多的师生之情，只有满心的愧疚！感谢课题组其他可亲可敬的老师们，你们是我的第二导师。

特别是在王进、周跃飞、岳正波、陈冬等老师的指点下，我对自己所做的研究有了更直接和深入的了解。

他们的指导犹如春风，唤起我沉睡的思维，使我的研究变得鲜活起来。

感谢李云霞老师对一些实验器材的指导和帮助。

我的毕业与诸位老师的教导点拨密不可分。

感谢课题组王国刚、章红、何光亚、刘畅、王菊、鲍腾、孔殿超等已经毕业和正在读博的师兄师姐们的关心和帮助。

感谢我的同窗姚敦璠、谢芸芸、滕沙沙和杨燕等，我们相互扶持，共同努力，渡过了这一段紧凑而难忘的时光。

感谢正在读研的李碧、程素春、杨露露、韦玲、李明明、罗筱箫、李青、胡雪静等师弟师妹们的帮助和支持，和你们在一起我感到快乐和生机（人太多不能一一叙述，望谅解！）。

在此一并表示由衷的感谢！感谢我的父母、哥哥、姐姐和姐夫的关心和支持。

作为最普通的农民，虽然贫困，但是父母仍以自己勤劳的双手、顽强的意志和乐观的态度培育了一名大学生和两名硕士研究生。

他们不仅给予了我们健康的体魄，也教育了我们健康健全的人格，其过程可谓呕心沥血。

每每想到艰辛的过程，看着他们渐渐年长的身躯，不觉潸然泪下！最后感谢各位答辩组委老师的莅临和指导!谢谢那些给予过我帮助的人，谢谢大家！在今后的工作、学习中我将加倍努力，期望能够取得更多成果回报大家、回报社会！作者：汪国威2013年4月8日目录第1章绪论 (1)1.1 铁（氢）氧化物矿物来源及其环境效应 (1)1.2 铁还原菌与铁（氢）氧化物矿物相互作用及元素耦合 (2)1.3 铁还原菌与铁（氢）氧化物相互作用 (4)1.3.1 铁还原菌概述 (5)1.3.2 铁还原菌还原铁（氢）氧化物电子传递机制 (5)1.3.3 铁还原菌与铁（氢）氧化物作用影响因素 (6)1.3.4 铁还原菌还原铁（氢）氧化物国内外研究现状 (9)1.4 铁还原菌与铁（氢）氧化物矿物作用环境意义 (10)1.5 研究目的、意义及研究内容 (12)第2章铁还原菌分离、鉴定及功能测定 (14)2.1 实验材料、设备及方法 (14)2.1.1 实验仪器 (14)2.1.2 实验材料 (14)2.1.3 实验测试项目及方法 (15)2.2 实验设计及方法 (15)2.3 结果及讨论 (17)2.3.1 分离细菌形态、系统发育和生理生化特征 (17)2.3.2 菌株的生长温度、pH范围和耐氧能力 (18)2.3.3 硝酸盐还原活性 (19)2.3.4 菌株还原铁的活性 (20)2.3.5 铁和硝酸盐共存体系下菌株还原 (21)2.4 讨论 (21)2.5 小结 (26)第3章菌种生长、产氮气条件优化及动力学 (27)3.1 实验材料、设备及方法 (27)3.1.1 实验仪器 (27)3.1.2 实验材料 (27)3.1.3 测试项目及方法 (27)3.2 实验方法 (28)3.3 结果及讨论 (30)3.3.1 温度对微生物生长的影响 (30)3.3.2 pH对微生物生长的影响 (31)3.3.3 pH对还原硝酸盐产氮气的影响 (32)3.3.4 温度对还原硝酸盐产氮气的影响 (33)3.3.5 动力学模型参数 (33)3.4 讨论 (33)3.5 小结 (37)第4章铁还原菌表面性质及絮凝特性 (38)4.1 实验材料、设备及方法 (38)4.1.1 实验仪器 (38)4.1.2 实验材料 (38)4.1.3 测试项目和方法 (38)4.2 实验方法 (39)4.3 结果及讨论 (40)4.3.1 细菌干重和OD600关系 (40)4.3.2 不同时期培养液对絮凝效果的影响 (40)4.3.3 培养液中不同组分对絮凝性能的影响 (41)4.3.4 溶解型和结合型EPS基本成分浓度 (41)4.4 小结 (42)第5章铁还原菌与强磁性铁氧化物矿物作用 (44)5.1 实验材料、设备及方法 (44)5.1.1 实验仪器 (44)5.1.2 实验材料 (44)5.2 实验方法 (45)5.3 结果及讨论 (46)5.3.1 体系中磁化率的变化 (46)5.3.2 体系中矿物变化 (48)5.4 小结 (53)第6章结论和展望 (54)6.1 结论 (54)6.2 展望 (54)参考文献 (56)攻读硕士学位期间发表的论文 (68)插图清单图1-1 异化还原铁耦合碳循环过程示意图 (3)图1-2 希瓦氏菌和土杆菌还原Fe(III)代谢过程示意图 (7)图2-1 菌种形态图像 (18)图2-2 16S rRNA基因琼脂糖电泳图像 (18)图2-3 分离菌种系统发育树状图 (19)图2-4 硝酸根为电子受体转化过程 (20)图2-5 亚铁浓度变化及底物分析 (22)图2-6 Fe(III)和硝酸盐共存时转化过程 (23)图2-7 Fe(III)和硝酸盐共存时代谢路径分析 (24)图3-1 不同温度下Pseudomonas stutzeri CW的生长代谢 (31)图3-2 不同pH值下Pseudomonas stutzeri CW的生长代谢 (32)图3-3 不同pH值下产氮气过程 (34)图3-4 不同温度下产氮气过程 (34)图3-5 不同浓度硝酸盐产氮气过程 (35)图3-6 21.5 mM硝酸盐体系产氮气过程 (36)图4-1 Pseudomonas stutzeri CW 干重与OD600关系 (40)图4-2 不同时期培养液絮凝效果 (41)图4-3 培养液不同成分絮凝效果 (42)图4-4 溶解型及结合型EPS部分成分分析 (42)图5-1 不同条件下铁氧化物磁化率变化 (47)图5-2 两种矿物体系中矿物变化 (49)图5-3 磁铁矿体系矿物与微生物形貌变化 (51)图5-4 磁赤铁矿体系矿物和微生物形貌变化 (53)表格清单表2-1微生物的生理生化特征 (19)表3-1 动力学参数 (36)表5-1 实验设计 (45)第1章绪论1.1铁（氢）氧化物矿物来源及其环境效应1 铁（氢）氧化物来源作为主要的矿体代表，铁是地球上含量最多的元素，在地壳中平均浓度为5%。

两株异养硝化—好氧反硝化细菌的分离、筛选、鉴定和特性研究

两株异养硝化—好氧反硝化细菌的分离、筛选、鉴定和特性研究一、本文概述本文旨在探讨两株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离、筛选、鉴定及其特性研究。

异养硝化-好氧反硝化细菌是一类特殊的微生物，能够在好氧条件下进行硝化和反硝化过程，对于氮循环和环境保护具有重要意义。

本文首先通过分离和筛选方法，从自然环境中获取两株具有异养硝化-好氧反硝化功能的细菌，并对其进行初步的生理生化特性分析。

接着，采用分子生物学手段对这两株细菌进行鉴定，明确其分类地位和系统发育关系。

在此基础上，进一步深入研究这两株细菌的生长特性、硝化反硝化性能、以及环境因子对其生长和代谢的影响。

本文的研究结果不仅有助于深入了解异养硝化-好氧反硝化细菌的生物学特性和生态学功能，同时也为该类微生物在环境修复、污水处理等领域的应用提供理论支撑和实践指导。

二、材料与方法为了分离和筛选异养硝化—好氧反硝化细菌，我们从多个不同的生态环境中采集了土壤和水样，包括污水处理厂、河流、湖泊以及农田土壤等。

为了培养和筛选目标细菌，我们使用了多种培养基，包括常规的好氧反硝化培养基和异养硝化培养基。

这些培养基根据细菌的生长特性和需求进行了优化。

实验过程中使用了多种分子生物学试剂，如PCR引物、DNA提取试剂盒等。

同时，还使用了多种仪器，如PCR仪、凝胶电泳仪、微生物培养箱等。

采用稀释涂布法将采集的样品接种到含有相应培养基的平板上，通过观察菌落的形态、大小和颜色等特征，初步筛选出具有异养硝化—好氧反硝化能力的细菌。

通过形态学观察、生理生化特性分析以及分子生物学方法（如16S rDNA序列分析）对筛选出的细菌进行鉴定。

对筛选和鉴定出的细菌进行详细的特性研究，包括生长曲线测定、异养硝化速率测定、好氧反硝化速率测定等。

还研究了环境因子（如温度、pH、碳源和氮源等）对细菌生长和硝化反硝化活性的影响。

实验数据采用统计学方法进行分析，以揭示细菌的生长规律和硝化反硝化特性。

还通过图表等形式直观地展示了实验结果。

微生物合成代谢与分解代谢的联系

在光合系统1中，叶绿素分子P700吸收光子后被激活，释放出一个高能电子。这个高能电子传递给铁氧还蛋白（Fd），并使之还原。还原的铁氧还蛋白将NADP+还原为NADPH，用以还原 P700的电子来源于光合系统2。在光合系统2中，叶绿素分子P680吸收光子后，释放出一个高能电子，后者先传递给辅酶Q，再传递给光合系统1，使P700还原，失去电子的P680，靠水的光解产生的电子来补充。
ED途径（Entner-Doudoroff pathway）
• ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物所具有的一种替代途径，在其他生物中还没有发现特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由 EMP途径须经10步才能获得的丙酮酸
• •
• 在ED途径中的关键反应是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解
HMP途径
• 其净效应为：
• 总式为：
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HMP途径的重要意义
‫ ﯼ‬为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸 ‫ ﯼ‬产生大量的NADPH2形式的还原剂 ‫ ﯼ‬通过EMP途径与本途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处的连接来加以调剂对戊糖的需要 ‫ ﯼ‬作为自养微生物固定CO2的中介（Calvin循环） ‫ ﯼ‬由于在反应中存在着C3～C7的各种糖，使具有 HMP途径的微生物的碳源利用范围更广 ‫ ﯼ‬通过本途径而产生的重要发酵产物很多，例如核苷酸、若干氨基酸
化学渗透假说要点：a 氧化磷酸化过程中，通过呼吸链酶系的作用，将底物分子上的质子从膜的内侧传递至外侧，从而造成质子在膜的两侧分布的不均衡，亦即形成了质子梯度差，这梯度差是产生ATP 能量的来源。 b 通过ATP酶的作用，把质子从膜的外侧再运到膜的内侧时，一方面消除了质子梯度差，同时合成了ATP。

铁基质自养反硝化去除水中硝酸盐污染物的研究 (1)

文章编号：１００７‐２２８４（２０１４）１１‐００５９‐０４铁基质自养反硝化去除水中硝酸盐污染物的研究王弘宇１，张惠宁１，吕　斌２，杨　开１（１．武汉大学土木建筑工程学院，武汉４３００７２；２．武汉纺织大学环境工程学院，武汉４３００７２）摘　要：传统的生物脱氮技术是通过投加有机碳源作为电子供体，利用异养反硝化微生物，经过硝化反硝化过程，将硝酸盐还原为氮气。

近年来以铁基质为电子供体的自养反硝化菌的发现，为生物脱氮领域引入了全新的概念和思路。

铁基质自养反硝化的实现是以ＮＯ－３作为电子受体，单质铁或Ｆｅ（Ⅱ）作为电子供体，通过微生物的氧化还原反应获取能量的新型代谢途径。

概述了目前国内外对铁基质自养反硝化菌的研究现状及反应机理，并就铁自养反硝化微生物应用于污水处理领域的前景进行了展望。

关键词：铁基质；自养反硝化；生物脱氮中图分类号：Ｘ１７２文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｉｔｒａｔｅＲｅｍｏｖａｌｂｙＦｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔＡｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃＤｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＢａｃｔｅｒｉａＷＡＮＧＨｏｎｇ-ｙｕ１，ＺＨＡＮＧＨｕｉ-ｎｉｎｇ１，ＬÜＢｉｎ２，ＹＡＮＧＫａｉ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＴｅｘｔｉｌｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｉｔｒａｔｅｕｔｉｌｉｚｅｓｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉ‐ｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓｔｏｃｏｎｖｅｒｔｎｉｔｒａｔｅｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｒａｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｓａｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｄｏｎｏｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｂｒａｎｄ-ｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔａｎｄｍｅｎｔａｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒａｉｎｓｏｆＦｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＩｔｉｓａｎｅｗｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｔｈａｔｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｕｔｉｌｉｚｅＮＯ－３ａｓｅｌｅｃｔｒｏｎａｃｃｅｐｔｏｒｓａｎｄＦｅｏｒＦｅ（Ⅱ）ａｓｅｌｅｃｔｒｏｎｄｏｎｏｒｓａｎｄｇｅｔｅｎｅｒｇｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｆｏｒｇｒｏｗｔｈ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＦｅ（Ⅱ）-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｅｂａｃｔｅｒｉｕｍａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ；ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０１４‐０２‐２６基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１００８２３９；５１３７８４００）；湖北省自然科学基金资助项目（２０１３ＣＦＢ２８９；２０１３ＣＦＢ３０８）。

水污染控制工程(唐玉斌) 课后习题答案+考试重点

第十三章废水生物处理的基本理论概念：①底物和基质：在废水生物处理中，废水中能在酶的催化作用下发生化学反应的物质②比基质利用率：每单位重量微生物体对基质的利用速率q=(dS/dt)u /X③产氯系数：单位质量的基质被利用后增长的微生物的质量Y=dX/dS④比增长速率：每单位重量的微生物的增长速率u=(dX/dt)g /X⑤污泥龄：曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量之比值。

⑥内源呼吸系数Kd：指单位微生物体内单位反应时间内由于内源呼吸而消耗的微生物的量1、好氧生物处理和厌氧生物处理有何区别？答：①起作用的微生物不同。

好氧处理中是好氧微生物和兼性微生物起作用，而厌氧处理中有两大类群微生物起作用，先是厌氧菌和兼性菌，后是另一类厌氧菌。

②产物不同。

好氧处理中，有机物转化为CO2、H2O、NH3或NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等，且基本无害，处理后的水无异臭。

厌氧处理中，有机物转化为CH4、NH3、胺化物或者氮气、H2S等，产物复杂，出水有异臭。

③反应速率不同。

好氧处理中，由于氧气作为电子受体，有机物氧化比较彻底，释放的能量多，因而有机物转化速率快，废水在设备内的停留时间短，设备体积小。

厌氧处理中有机物氧化不彻底，释放的能量少，所以有机物的转化速率慢，需要反应的时间长，设备体积庞大。

④对环境条件的要求不同。

好氧处理要求充分供氧，对环境条件要求不太严格。

厌氧处理要求绝对厌氧环境，对条件（PH、温度等）要求甚严。

2、在废水生物处理过程中，起作用的微生物主要有哪些？各种微生物所起的作用是什么？答：主要有：细菌（真细菌）（1吸附和分解有机物2为原生动物和微型后生动物提供良好的生存条件和附着场所）、古菌（用于有机废水的厌氧处理、用于极端水环境的生物修复工程）、真菌（在活性污泥曝气池中，真菌菌丝形成的丝状体对活性污泥的凝聚起着骨架作用）、藻类（利用光能CO2NH3PO43-生成新生细胞并释放氧气为水体供养）、原生动物（1起辅助净化作用2起指示生物作用）、后生动物（可对水体的污染状况做出定性判断）。

反硝化原理——精选推荐

反硝化原理A、反硝化反应反硝化反应是由⼀群异养型微⽣物完成的⽣物化学过程。

在缺氧(不存在分⼦态溶解氧)的条件下，将亚硝酸根和硝酸根还原成氮⽓、⼀氧化氮或氧化⼆氮。

参与反硝化过程的微⽣物是反硝化菌。

反硝化菌属兼性菌，在⾃然环境中⼏乎⽆处不在，在废⽔处理系统中许多常见的微⽣物都是反硝化细菌。

当有溶解氧存在时，反硝化菌分解有机物利⽤分⼦态氧作为最终电⼦受体。

在⽆溶解氧的情况下，反硝化菌利⽤硝酸盐和亚硝酸盐中的N(V)和N(III)作为能量代谢中的电⼦受体，O2-作为受氢体⽣成H2O和OH-碱度，有机物作为碳源及电⼦供体提供能量并被氧化稳定。

⽣物反硝化过程可⽤以下⼆式表⽰：2NO2- + 6H( 电⼦供体有机物) → N2 + 2H2O + 2OH- (1)2NO3- + 10H( 电⼦供体有机物) → N2 + 4H2O + 2OH- (2)反硝化过程中亚硝酸根和硝酸根的转化是通过反硝化细菌的同化作⽤和异化作⽤来完成的。

同化作⽤是指亚硝酸根和硝酸根被还原成氨氮，⽤来合成新微⽣物的细胞、氮成为细胞质的成分的过程。

异化作⽤是指亚硝酸根和硝酸根被还原为氮⽓、⼀氧化氮或⼀氧化⼆氮等⽓态物质的过程，其中主要成分是氮⽓。

异化作⽤去除的氮约占总去除量的70~75%。

反硝化过程的产物因参与反硝化反应的做⽣物种类和环境因素的不同⽽有所不同。

例如，pH 值低于7.3时，⼀氧化⼆氮的产量会增加。

当游离态氧和化合态氧同时存在时，微⽣物优先选择游离态氧作为含碳有机物氧化的电⼦受体。

因此，为了保证反硝化的顺利进⾏，必须确保废⽔处理系统反硝化部分的缺氧状态。

废⽔中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电⼦供体。

由式(1)和式(2)计算，转化1g亚硝酸盐氮为氮⽓时，需要有机物(以BOD5表⽰) 1.71g，转化1g硝酸盐氮为氮⽓时，需要有机物(以BOD5表⽰)2.86g，与此同时产⽣3.57g碱度(以CaCO3计)。

如果废⽔中不含溶解氧，为使反硝化进⾏完全，所需碳源、有机物(以BOD5表⽰)总量可⽤下式计算：C=1. 71[NO2-N] + 2.86[NO3N] (3)式中：C——反硝化过程有机物需要量(以BOD5表⽰)，mg/L；[NO2- –N]——亚硝酸盐浓度，mg/L；[NO3- N]——硝酸盐浓度，mg/L。

一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究中期报告

一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究
中期报告
地衣芽孢杆菌是一种重要的土壤微生物，其对土壤中的氮循环起着巨大的作用。

本研究旨在探讨一株地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性。

目前，我们已经成功地分离出了一株地衣芽孢杆菌，并对其进行了生理生化特性的初步鉴定。

实验结果表明，该菌株具有较强的氧化亚铁和氧化锰的能力，同时也表现出了一定的硝化能力。

此外，该菌株在好氧条件下也具有反硝化能力。

为了更深入地研究该菌株的异养硝化-好氧反硝化特性，我们正在进行进一步的实验。

首先，我们将对该菌株的基因组进行测序分析，以了解其异养硝化和好氧反硝化相关基因的存在情况和表达水平。

接着，我们将通过对该菌株的培养条件进行调节，探究其异养硝化和好氧反硝化的最适生长条件，并比较不同条件下菌株的相关代谢产物和活性水平。

最后，我们还将研究该菌株对不同氮源的利用特性，以进一步探究其在土壤中的氮循环功能。

总的来说，本研究将通过对地衣芽孢杆菌的异养硝化-好氧反硝化特性研究，为了解土壤中氮循环的机理提供一定的理论支持。

硝化细菌研究热点反硝化细菌研究进展

硝化细菌研究热点反硝化细菌研究进展第33卷第6E期2010年6月EnvironmentalScience&T echnologyVol.33No.6E33卷June第2010反硝化细菌研究进展方晶晶，马传明，刘存富（中国地质大学（武汉）环境学院，湖北武汉430074）摘要：从反硝化细菌的种类、形态特征、应用、反硝化作用影响因素等方面概要的叙述了国内外在反硝化细菌方面研究的进展，并展望了以后的研究和应用。

关键词：反硝化细菌；反硝化作用；反硝化影响因素中图分类号：X172文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.6E.054文章编号：1003-6504(2010)6E-0206-05 TheAdvanceofStudyonDenitrifyingBacteriaFangJing-jing,MaChuan-ming,LiuCun-fu（SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeoscie nces,Wuhan430074，China）Abstract：Theadvanceofstudyonthekindsofdenitrifyingbacteria,morph ologicalcharacteristics,applicationanddenitrifyingfactorsath omeandabroadisbrieflyreviewed,andthefutureutilizationisdis cussedinthispaper.Keywords：denitrifyingbacteria;denitrification;denitrificationfactors反硝化细菌是能引起反硝化作用的细菌。

多为异养、兼性厌氧细菌，如反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极它们在氙气条件下，利用硝酸中的氧，氧化毛杆菌等。

异养硝化好氧反硝化菌的定义__概述说明

异养硝化好氧反硝化菌的定义概述说明1. 引言1.1 概述异养硝化好氧反硝化菌是一类生物菌群，具有重要的环境工程应用和资源循环利用意义。

这种细菌通过在自然界中参与废水处理工艺优化以及调节自然生态系统中的氮循环过程，实现了对环境的保护和资源的可持续利用。

因此，深入研究异养硝化好氧反硝化菌的定义和功能以及其在环境工程中的应用非常必要。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分，将对异养硝化好氧反硝化菌的概念进行介绍，并说明本文的目的。

接着，在第二部分将详细阐述异养菌、硝化作用和反硝化作用以及它们在异养硝化好氧反硝化菌中的定义和特点。

第三部分将回顾该领域中关于该类菌群研究的历史发展、分类鉴定方法以及生理代谢途径与基因调控机制方面的研究进展。

随后，在第四部分将重点讨论异养硝化好氧反硝化菌在环境工程中的应用与意义，包括其在废水处理工艺优化和自然生态系统中的重要作用以及对环境保护和资源循环利用的影响评估。

最后，在结论部分，对本文进行总结并展望该领域未来的发展方向，并提出相应的建议。

1.3 目的本文旨在全面概述异养硝化好氧反硝化菌的定义和功能，并回顾该领域中关于该类菌群研究的历史发展、分类鉴定方法以及生理代谢途径与基因调控机制方面的研究进展。

同时，将探讨异养硝化好氧反硝化菌在环境工程中的应用与意义，包括其在废水处理工艺优化和自然生态系统中的重要作用，以及对环境保护和资源循环利用的影响评估。

最后，将总结文章内容并给出未来发展方向的建议。

2. 异养硝化好氧反硝化菌的定义：2.1 异养菌的概念解释异养菌是一类在营养过程中无法利用无机物直接作为能源和碳源进行自养生长的微生物。

它们需要从其他有机物中获取所需的能量和碳源。

异养菌在环境中广泛存在，包括水体、土壤和生物体内。

2.2 硝化作用和反硝化作用的定义硝化作用是指将氨氮（NH3-N）或亚硝酸盐氮（NO2-N）氧化为硝酸盐氮（NO3-N）的过程，通常由两步反应组成：首先是氨氧化产生亚硝酸盐，然后是亚硝酸盐氧化形成硝酸盐。

异化Fe(Ⅲ)还原菌及其还原机制的环境意义

异化Fe(Ⅲ)还原菌及其还原机制的环境意义曾洪学;杨玉泉;屈兴红;黄灿【摘要】Dissimilatory Fe( IE)-reducing bacteria with the powerful metabolism function, the ability to adapt to the harsh environment and strong reduction function have great importance to the biological remediation of environment and play a decisive role in the eco-eycle of earth. They were capable of using Fe( HI) as the terminal electron acceptor coupled with many kinds of inorganic and organic matter transformation to gain energy under anoxic conditions. Microbial dissimilatory iron reduction has several significant environmental impacts. It can greatly influence the biogeochemical cycles of many metals and plays an important role in the flux of phosphate into water supplies. In addition, it has been proven to have a good application perspective in microbiology fuel batteries, odor control and protecting steel from corrosion. However, whether it is the basic study, or application study, research related to micmbial dissimilatory iron reduction is still close to the blank in China. According to the latest research advances both at home and abroad, the environmental significance of microbial dissimilatory iron reduction is reviewed to attract more attention of the researchers and accelerate this field study in our country.%异化Fe(Ⅲ)还原菌具有强大的代谢功能和适应恶劣环境的能力,其所具有的还原功能对于环境的生物修复具有重要的意义,在地球生态循环过程中具有举足轻重的作用.厌氧条件下,它可以Fe(Ⅲ)为末端电子受体,还原许多有毒重金属,降解利用有机和无机污染物,对土壤中痕量金属元素和磷的释放产生重要影响,在微生物燃料电池、环境除臭、防止钢铁腐蚀等方面有较好的应用前景和研究价值.当前无论是基础还是应用研究方面,国内微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌的相关工作仍近空白.结合国外的最新研究进展,介绍了微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌特性、还原机制及其还原的环境意义,旨在引起国内相关人员的重视,加快我国在该领域的研究.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(000)018【总页数】4页(P9843-9846)【关键词】异化Fe(Ⅲ)还原菌;还原机制;生物修复【作者】曾洪学;杨玉泉;屈兴红;黄灿【作者单位】浙江同济科技职业学院,浙江杭州311231;浙江同济科技职业学院,浙江杭州311231;浙江同济科技职业学院,浙江杭州311231;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】X172铁是地壳中的第四大元素，在土壤和沉积物中具有很高的丰度。

水稻土Fe_氧化耦合NO_3_还原的微生物变化_陈鹏程

3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2017,37(1)：358~366 Abstract：A paddy soil which was collected from South China was cultivated in different treatments (Soil, Soil+Fe(II), Soil+NO3- and Soil+Fe(II)+NO3-) at circumneutral pH under anoxic conditions. The objectives were to investigate the transformations of Fe(II) and nitrate as well as the shifts of composition and diversity of microbial communities during
以利用厌氧环境中的硝酸盐作为电子受体,在有机物质存在的情况下氧化 Fe(II),从而影响着环境中 Fe 元素和 N 元素的循环[7].
目前,大部分关于 Fe(II)氧化耦合硝酸盐还原过程及其微生物的研究,主要关注从环境中分离纯化出来的纯菌,并探究其亚铁成矿机制[8].混
收稿日期：2016-05-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41330857) * 责任作者, 研究员, cefbli@
N2O 用气相色谱仪进行检测 (GC-7900, Techcomp, China).用 1mL 注射器吸取西林瓶顶空气体 1mL 直接注射进气相色谱仪的进样口进行检测[15].铵的检测,采用纳氏试剂比色法,检测的波段在 420nm[16].HCl 浸提态 Fe(III)和溶解态 Fe(II) 的检测 , 使用 1,10- 邻菲洛林比色法在 510nm 波段进行比色检测[17].

中性pH条件下化能异养硝酸盐还原菌对亚铁离子的好氧与厌

中性pH条件下化能异养硝酸盐还原菌对亚铁离子的好氧与厌氧氧化Arch Microbiol 1998, 169:159-165 IF= 1.975摘要：百分之九十的厌氧富集培养都出自于一些淡水沉积物试样以及一些海洋沉积物，在pH 7.2、30℃条件下下，沉积物中的亚铁离子在硝酸盐和有机辅助物的矿物媒介中被氧化。

厌氧硝化的亚铁氧化是一个生物过程。

从苦咸水沉积物中分离出的一种微生物（HidR2，运动型不产芽孢的革兰氏阴性棒状菌），进一步研究在醋酸盐环境中对亚铁离子的氧化作用。

在微量醋酸盐（0.2~1.1 mM）环境中，pH 7.2、30℃条件下，HidR2菌能厌氧和好氧氧化0.7~4.9 mM的亚铁离子，其用于生长的能量来自于亚铁离子的厌氧硝化氧化，铁氧化比率是一个常数，取决于醋酸盐的量的给予。

中性条件下硝酸盐厌氧氧化亚铁离子的能力似乎是嗜温反硝化细菌的共有特性。

由于依赖硝酸盐的铁离子氧化关闭沉积物缺氧区的铁循环、铁离子的好氧氧化促进含氧区内的二价铁再氧化为三价铁，这两个过程都增加了铁离子在自然沉积物的有机质循环转化中作为过渡电子载体的重要性。

关键词：铁氧化亚铁离子高铁离子硝酸还原作用沉积物1 引言铁元素是地壳中含量最丰富的元素之一，也是含量第二丰富的金属元素。

由于其低水溶性，铁氧化物在水环境中通常以沉淀形式存在，如复杂的非晶形或晶体结构(Cornell and Schwertmann 1996)。

三价铁离子能够被异养菌还原为二价铁离子(Lovley 1991)，在有氧条件下，亚铁离子可以在低pH值中被嗜酸细菌如氧化亚铁硫杆菌再次氧化(Blake et al. 1993)，或者在近中性环境里，被铁锈色披毛菌氧化(Hallbeck et al. 1993)，这两种细菌都是从氧化还原反应中获取能量而生长。

Fe3+/Fe2+的标准氧化还原电位为+770 mV，但是在自然环境中其实际的氧化还原电位很大程度上取决于pH值的变化(Widdelet al. 1993)。

污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性_谢小兰

中国环境科学 2015,35(5)：1554~1562 China Environmental Science 污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性谢小兰,余光伟,种云霄*,龙新宪(华南农业大学资源环境学院,广东高校污水生态处理与水体修复工程技术研究中心,广东广州 510642)摘要：采用常规分离培养方法,从富含亚铁厌氧还原态底泥中分离得到多株亚铁氧化硝酸还原菌,并从中选取1株:FX-Fe5菌株进行详细分析研究.经革兰氏染色、光学显微镜及扫描电镜观察,该菌为革兰氏染色阴性长杆菌,经16SrRNA测序分析确定为:拉乌尔菌属种类(Raoultella sp.).利用亚铁作为单独电子供体和亚铁与不同比例乙酸作为共同电子供体反硝化反应液,研究了FX-Fe5菌株对亚铁、硝酸盐氮和有机物的代谢特点.结果表明,FX-Fe5在24h内可对亚铁进行较大幅度的去除,去除率(%)分别为:89.77±0.47a(亚铁与乙酸盐比例1:1)、87.01±0.22b(亚铁与乙酸盐比例3:1)、86.96±0.07b(仅亚铁)、72.97±0.53c(亚铁与乙酸盐比例1:3),高于文献报道大部分纯菌的亚铁氧化率;亚铁和乙酸盐为共同电子供体时,乙酸和亚铁在硝酸还原过程中同步减少;重复反应的结果发现FX-Fe5菌株在不提供乙酸盐时,不能持续地利用亚铁进行硝酸还原反应.FX-Fe5菌株利用亚铁对硝酸还原过程中没有出现明显的亚硝酸盐氮和氨的积累,各反应体系反应气体中都含有N2O的存在,所占比例都不高,最高的情况不超过0.5%(5000×10-6),但不同电子供体间差别非常大.利用Biology对碳源代谢特点分析表明,FX-Fe5菌株但对单糖/糖苷/聚合糖类优先利用且利用程度较高.关键词：厌氧还原态底泥；亚铁氧化；硝酸还原中图分类号：X172,X522 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2015)05-1554-09Isolation and characterization of metabolic activity of Fe(II)-oxidizing denitrifying bacteria from anaerobic river sediments. XIE Xiao-lan, YU Guang-wei, CHO NG Yun-xiao*, LO NG Xin-xian (College of Natural Resource and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China). China Environmental Science, 2015,35(5)：1554~1562Abstract：Several Fe(II)-oxidizing denitrifying bacteria (FO DBs) were isolated from iron-rich anaerobic river sediments using the conventional cultivation method, and one of the FO DBs named strain FX-Fe5was selected for further study. Based on the observation of gram staining, optical microscope and scanning electron microscope, and identification by 16s rRNA sequencing, strain FX-Fe5 was as gram-negative bacillus and was most closely related to Raoultella sp., which was the first time to be reported as FODBs. Strain FX-Fe5could efficiently oxide ferrous iron within 24h, when ferrous and acetic acid were supplied as electron donor separately or jointly. The oxidation rates of Fe(II) (%) in different electron donor systems were 89.77±0.47(ratio of ferrous to acetate was 1:1), 87.01±0.22 (ratio of ferrous to acetate was 3: 1), 86.96±0.07 (ferrous only) and 72.97±0.53(ratio of ferrous to acetate was 1:3), respectively. The oxidation rates of Fe(II) were all higher than those of pure isolates reported by other studies. In addition, the concentration of ferrous and acetic acid decreased simultaneously, when both of them were supplied as electron donor during the process of denitrification. However, the Fe oxidation process was limited when ferrous was used as a single electron. Furthermore, during the denitrification process driven by strain FX-Fe5, only N2O gas was observed, without nitrite and ammonium accumulation in the reaction system. Otherwise, the highest content of N2O gas was less than 0.5% (5000×10-6), and varied largely with different electron donor systems. Carbon source metabolism analysis using Biolog EcoplateTM confirmed that strain FX-Fe5 had a higher preference to use monosaccharide, indican and polymerization sugars as carbon source.Key words：anaerobic sediments；Fe-oxidizing；nitrate reduction收稿日期：2014-09-21基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目(51108196)* 责任作者, 副教授, cyx04@5期谢小兰等：污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性 1555厌氧中性条件下,部分异养反硝化菌可以利用亚铁为电子供体进行硝酸还原[1],被称为亚铁氧化硝酸盐还原菌或硝酸依赖型亚铁氧化菌.1996年欧洲学者Straub[1]在底泥样品中分离出3种具有该功能的革兰氏阴性菌株.此后,其他研究者陆续报道了稻田、湿地、湖泊、海洋沉积物及活性污泥中该类反硝化过程的发生,研究表明此过程是典型厌氧环境中铁、氮循环的重要步骤[1-6].此外,由于亚铁氧化形成铁(Ⅲ)氧化物对磷、砷等具有很强的吸附特性,因此该过程对环境中磷、砷等污染物迁移转化具有重要的意义,是目前国内外铁氮循环、污水处理等环境科学与技术领域研究的热点.目前,我国关于该类功能菌的研究刚刚起步,还没有纯菌分离的报道[7-11].华南地区属于富含铁铝的红壤区[12],相应的河流沉积物中含有大量的铁氧化物,许多城市河流长期接纳生活污水,使得底泥处于厌氧的黑臭状态,其中含有丰富的亚铁,同时上覆水中氨氧化形成硝酸盐氮也会向底泥扩散,是亚铁氧化硝酸盐还原菌生存的典型环境条件.为了探索亚铁氧化硝酸盐还原菌在污染河道底泥中的分布,本研究以广州典型厌氧还原态(黑臭)河流底泥为研究对象,尝试从中分离纯化具有该类功能的菌株,并分析其对亚铁和硝酸盐氮的代谢特点,为进一步开发黑臭河流底泥原位修复技术提供理论依据.1材料与方法1.1底泥的选取及特性选取广州市天河区车陂涌河道底泥,主要理化特征(mg/g鲜重,平均值):有机质为34.583、氨氮0.753、凯氏氮5.796、亚铁11.635、硫化物0.669.1.2亚铁氧化硝酸盐还原菌的分离纯化及鉴定1.2.1富集过程首次富集称取100g底泥加入1L四口瓶中,加入900mL常规异养反硝化细菌培养液[13],通氮气形成无氧环境,在30℃振荡培养箱中培养至硝酸盐浓度下降,取100mL上述培养液进行第2次富集,共重复3次,得到混合异养反硝化菌液.1.2.2分离纯化采用平板及斜面划线法,对混合菌液进行多次分离纯化,直至获得形态清晰一致的单菌落,然后每种菌分别接种到液体培养基中进行培养.1.2.3亚铁氧化硝酸盐还原菌筛选利用亚铁替代传统异养反硝化培养液组成[13]中的有机物,形成亚铁为单一电子供体的培养液,对分离出各菌株进行筛选,各菌菌液按20%添加量投入1L 的四口孔反应瓶,通氮气创造缺氧环境,在30℃培养箱中培养,不同时间底部取样测定反应中液中亚铁、硝酸盐氮变化量,筛选出能将培养液中亚铁氧化50%以上[1],同时硝酸盐氮相应下降的菌株,从中选取一种命名为FX-Fe5,进行深入菌种鉴定及铁氮代谢特性研究.1.2.4FX-Fe5菌种鉴定形态分析:对数生长期细胞革兰氏染色后光学显微镜观察,并进一步利用扫描电子显微镜观察形态(样品前处理委托广东省微生物研究所菌种鉴定中心完成,扫描电镜观察在华南理工大学分析测试中心完成).菌株16SrRNA序列的测定及系统发育分析:按文献常规方法提取菌液样品的总DNA,然后以总DNA为模板,采用细菌16SrRNA通用引物进行扩增并测序(整个过程委托广州华大基因公司完成).将测序结果用BLAST软件与Gen-Bank 中已登录的16S rRNA 序列进行同源性比较,进行种属鉴定,采用Clustal X1. 8进行多序列比对,MEGA4. 1软件中的NJ 法构建进化树.1.2.5FX-Fe5使用不同电子供体进行硝酸还原及亚铁氧化的代谢动力学分析电子供体类型:研究表明亚铁氧化硝酸还原菌通常可以在2种情况下对亚铁进行氧化[4],单独以亚铁作为电子供体,或亚铁和有机物共同作为电子供体,为了考察FX-Fe5这方面的特点,以常规异养反硝化培养液为基础[13],通过改变电子供体类型及数量比例形成5种不同硝酸还原反应液:(1)仅乙酸(CH3COO-)做为电子供体(2)仅亚铁(Fe2+)做为电子供体(3)乙酸盐与亚铁共同作为电子供体,2者按摩尔比投加,比例按还原1mol硝酸盐氮为氮气,1556 中国环境科学 35卷亚铁被氧化三价铁、乙酸被氧化为CO2时,亚铁和乙酸分别提供电子数比例确定,共设定3种典型情况,分别为:亚铁与乙酸盐比例(Fe2+:CH3COO-):3:1,即还原1mol硝酸盐氮为氮气,由亚铁提供75%电子,乙酸提供25%.亚铁与乙酸盐比例(Fe2+:CH3COO-):1:1,即还原1mol硝酸盐氮为氮气,由亚铁和乙酸各提供50%电子.亚铁与乙酸盐比例(Fe2+:CH3COO-):1:3,即还原1mol硝酸盐氮为氮气,由亚铁提供25%电子,乙酸提供75%.在亚铁与硝酸盐氮氧化还原反应中,若硝酸盐氮被还原为氮气,则2者理论的反应量之比为:5:1(摩尔比),即反应消耗的亚铁量远高于硝酸盐氮,根据前期筛选实验发现较高浓度(高于2mmol/L)的亚铁会对FX-Fe5菌产生抑制作用,反应速度较慢,因此配置反应液时,亚铁浓度控制在2mmol/L以下,这也是底泥间隙水中亚铁离子浓度范围,然后以亚铁浓度为基准,并假定硝酸盐氮全部为还原为氮气,再对应计算不同情况下乙酸盐和硝酸盐氮浓度,由于硝酸盐氮可能会被同化反硝化,因此投加量略高于理论计算反应量.实验步骤:反应装置采用125mL的3孔瓶,100mL反应液,添加FX-Fe5纯菌培养液20mL,通氮气维持缺氧条件,在30℃培养箱中培养.采用破坏性取样系统,每个反应体系隔4h取3瓶样品测定反应中液中亚铁、硝酸盐氮、乙酸盐、亚硝酸盐氮、氨氮含量,最后剩余3瓶样品,用12mL 抽真空的顶空取样瓶抽取反应液上空气体测定其中N2O浓度.已报道的大部分亚铁氧化硝酸还原菌,在不提供有机碳情况下,不能持续使用亚铁做为电子供体进行硝酸还原[14],为了验证FX-Fe5菌株该方面特点,各反应系统中的菌液在初次反应后结束后,继续抽取20mL反应液作为接种菌液进行再次反应,重复4次.测定方法:各反应系统中的亚铁(包括溶解的Fe2+、吸附Fe2+及与磷酸根等化学沉淀的结合态亚铁)提取,参考文献研究结果[1,10,15]并结合预实验摸索,最终确定使用0.5mol/L盐酸进行浸提,然后采用邻菲罗林分光光度法测定亚铁(HJ/T 345-2007),原子吸收法测定总铁;硝酸盐氮采用麝香草酚分光光度法(GB/T5750.5-2006);乙酸钠采用高效液相色谱法(GB/T 23383-2009),亚硝酸盐氮采用N-(1-萘)-乙二胺分光光度法(GB/T 7493-1987),氨氮采用纳氏试剂法测定(HJ 535-2009).N2O测定按照翟晓峰等[16]方法,采用6820 型气相色谱仪(Agilent Technologies, USA)测定,气相色谱采用ECD 检测器,HP-PLOT/Q毛细管柱(J＆W GC Columns, Agilent Technologies, USA). N2O色谱条件:进样口温度50℃,柱温50℃,ECD检测器温度300℃.用氮气作为载气,流量控制在15mL/min,纯N2O气体用做标准气体,进样量5µL.1.2.6碳源利用特点采用Biology方法分析FX-Fe5碳源利用特性.取稀释后的菌液加入BiologyECO板,每孔150mL,然后将微平板置于30℃培养箱中培养,定期用酶标仪(BIO-RAD M odel 550)测定96个孔在590nm下的吸光度,以监测显色反应的进程.1.3数据统计处理实验数据用SPSS11. 5和Exce l进行统计分析. 2结果与讨论2.1FX-Fe5形态分析及种属鉴定2.1.1形态分析FX-Fe5菌株革兰氏染色为阴性,长杆状,直径约0.2µm,长约1µm,见图1. 2.1.2种属鉴定将扩增的FX-Fe5菌株16S rDNA序列与GenBank 中相关序列比对,构建系统发育树,发现与拉乌尔菌属(Raoultella)的Raoultella ornithionlytica B6、Raoultella ornithionlytica strain KNUC607、Raoultella ornithionlytica strain TSA7等多株解鸟氨酸拉乌尔菌同源性达到99%以上,初步确定其为拉乌尔菌属种类:Raoultella sp..据文献[1,4,6,14]报道,具有亚铁氧化硝酸盐还原功能的菌是比较多样的,但被分离纯化的菌株不多,目前报道较多的纯菌株是属于细菌域变形5期谢小兰等：污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性 1557 杆菌门(Proteobacteria)的9株细菌,如Straub[19]从淡水沟渠分离的Acidovorax sp. BrG1和Aquabacterium sp.BrG2菌株、Chaudhuri[18]在猪场氧化塘分离得到Azospiraoryzae strain PS菌株、Edwards等[4]从深海分离的Hyphomonasjannaschiana、Kumaraswamya等[6]从污水处理厂分离的Paracoccus ferrooxidans等.而拉乌尔菌属(Raoultella)还未被研究报道过具有该功能菌株的存在,本研究是首次发现.200nm Mag=30.00KXWD=4.9mm EHT=5.00kVSignal A=SE2Date:20Oct2014Time:11:00:19图1 FX-Fe5菌株扫描电镜图片Fig.1 Scanning electron microscopy (SEM) image ofstrain FX-Fe52.2FX-Fe5菌株对亚铁、乙酸、硝酸盐氮代谢特点由图2看出,FX-Fe5在在有亚铁存在4种情况下,反应24h后亚铁都有较大幅度的去除,去除率(%)分别为:89.77±0.47a(亚铁与乙酸盐比例1:1)、87.01±0.22b(亚铁与乙酸盐比例3:1)、86.96±0.07b(仅亚铁)、72.97±0.53c(亚铁与乙酸盐比例1:3),与仅使用亚铁做电子供体相比,添加乙酸作为共同电子供体3种情况下,亚铁与乙酸1:1和3:1都提高了亚铁去除率,前者达到显著差别,而亚铁与乙酸1:3时,则亚铁去除率显著降低,表明添加乙酸添加量过多,也不利于亚铁的氧化.含有亚铁4个体系中,反应前4h内,单以亚铁做为电子供体情况下,亚铁下降速度快于其他3种情况,其中亚铁和乙酸1:3时,亚铁下降速度最慢,但不管哪种情况,都是前4h亚铁浓度下降速度最快,后面开始变慢;此外,随着亚铁的下降,各反应系统中总铁基本维持不变(数据未列出),但反应液中逐渐出现红棕色悬浮物,应该是亚铁氧化形成的三价铁沉积物.0481216 240.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0时间(h)CH3COONa含量(mmol/L) Fe2+含量(mmol/L)图2 FX-Fe5在5类不同电子供体初次反应液中亚铁和乙酸钠的变化Fig.2 Variation of ferrous and NaAc concentration in five different electron donor selected systems with strainFX-Fe50481216 241234时间(h)NO3--N含量(mmol/L)图3 FX-Fe5在5类不同电子供体初次反应液中硝酸盐氮的变化Fig.3 Variation of nitrate concentration in five different electron donor selected systems with strain FX-Fe5在亚铁和乙酸作为共同电子供体的3种情况下,反应初始4h内2者浓度都快速下降,表明2者在反应时被同步利用,但不管哪种情况,乙酸的消耗速度都略快于亚铁,经过4h后,各系统中乙酸基本都被完全消耗,主要是由于乙酸同时作为1558 中国环境科学 35卷细胞合成代谢的有机碳源和能量代谢的电子供体的原因.由图2和图3中看出,FX-Fe5各反应体系中,反应前4h,随亚铁和乙酸浓度下降,硝酸盐氮浓度也快速下降,到后面浓度降低较缓慢,其中仅亚铁为电子供体情况下,硝酸盐氮下降速度最慢,而亚铁与乙酸1:1时,硝酸盐氮下降速度最快.重复反应的结果发现(数据未列出),有乙酸存在时,FX-Fe5对硝酸还原反应都可以持续进行,各反应底物消耗速率与初次反应接近,但单独使用亚铁作为电子供体时,亚铁消耗速率开始逐渐变慢,转接到第4次时,24h内消耗速率已降低到50%以下,这表明FX-Fe5菌株与大部分亚铁氧化硝酸还原菌代谢特性相同,在不提供有机碳源时,不能持续地利用亚铁进行硝酸还原反应.已有研究认为主要是2方面原因[19],首先是这些菌不能使用无机碳作为细胞增殖的碳源,因此,没有有机碳源时细胞不能增殖;其次,是亚铁氧化形成的三价铁在pH值中性范围易在细胞表面沉积,在细胞表面形成铁氧化物外壳,阻碍后续反应进行,但也有研究认为,一些菌的细胞可以通过某种机制将表面的铁氧化物外壳移除,反应不能持续进行原因主要是由于菌细胞老化得不到有效增殖,对于FX-Fe5菌株属于那种情况还有待进一步研究.2.3硝酸还原产物分析对于大部分硝酸还原反应来说,亚硝酸盐氮通常是中间产物,产生后会继续被还原,但也有报道发现某些亚铁氧化硝酸还原菌只能把硝酸还原为亚硝酸盐氮[8].图4是FX-Fe5各反应体系中亚硝酸盐氮的浓度变化,在其中3个反应体系(仅使用亚铁、亚铁与乙酸3:1、亚铁和乙酸1:1)中监测到亚硝酸盐氮生成,但浓度都非常低,最高的是仅使用亚铁反应体系,达到0.07mmol/L,但远低于初始投入硝酸氮浓度(0.45mmol/L),且随着反应进行亚硝酸盐氮浓度都很快下降到接近于0,这表明FX-Fe5菌株在这5种情况下对硝酸盐还原时,亚硝酸盐氮都是中间产物而不是最终产物,并且过程中没有出现较高浓度的积累,生成后很快被继续还原.04812 16 240.000.020.040.060.08时间(h)NO2--N含量(mmol/L)图4 FX-Fe5在5类不同电子供体初次反应液中亚硝酸盐氮的变化Fig.4 Variation of nitrite concentration in five differentelectron donor selected systems with strain FX-Fe5Weber 等[20]曾经使用含有Geobacter and Dechloromonas spp的富集液作为对象,研究厌氧中性条件下,硝酸盐氮对亚铁的氧化,发现反应液中亚铁和硝酸被消耗的同时,氨氮增加,推测可能这两类菌可以利用亚铁把硝酸还原为氨.本研究中5种情况下反应液初始都有氨氮作为FX-Fe5菌株生长的氮源,反应过程中对氨氮监测发现,各体系氨氮浓度均呈现逐渐下降趋势,反应结束时各体系氨氮浓度接近于0,因此,FX-Fe5菌株在使用这5种类型电子供体对硝酸还原时,还原产物都不是氨氮.在硝酸生物还原过程中,N2O是除了氮气外,被广泛监测到的气态硝酸还原产物,浓度往往取决于电子供体的情况.对分离的多种亚铁氧化硝酸还原菌的研究发现,亚铁做为电子供体时,N2O 是硝酸还原的气态产物的组成,但所占比例都不高[17].本研究中,5类电子供体情况下,FX-Fe5对硝酸还原反应气体中都监测到N2O的存在,整体来看,N2O在反应气体中所占比例也都不高,最高的情况不超过0.5%(5000×10-6),但不同电子供体间差别非常大(表1),其中仅使用乙酸钠和亚铁与乙酸钠1:3的情况下,N2O的浓度最低,在20×10-6以下,其余3种情况都远远高于这个浓度,亚铁与乙酸钠1:1情况最高,达到4717.9×10-6;这些结果表明,FX-Fe5使用亚铁作为电子供体还原硝酸盐氮更容易产生N2O,而且添加乙酸作为共同电5期谢小兰等：污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性 1559 子供体、添加量不大时,相比单独使用亚铁又更容易产生N2O.表1FX-Fe5在5类不同电子供体反应气体中N2O的浓度(×10-6)Table 1 N2O content in five different electron donor selected systems with strain FX-Fe5(×10-6)电子供体类型项目仅乙酸钠仅亚铁亚铁:乙酸钠=3:1 亚铁:乙酸钠=1:1 亚铁:乙酸钠=1:3 N2O的浓度 12.6±0.0012 1479.9±9.1115 2914.7±16.3334 4717.9±31.447 18.5±0.00282.4FX-Fe5菌株碳源代谢特性采用B IOLOG方法分析FX-Fe5对碳源的利用情况,根据检测结果将所利用的碳源分成6 类:Ⅰ酸类、Ⅱ单糖\糖苷\聚合糖类、Ⅲ氨基酸类、Ⅳ酯类、Ⅴ醇类和Ⅵ胺类.ECO微孔板上共有31 种碳源,其中酸类8种,单糖\糖苷\聚合糖类7种,氨基酸类6种,酯类3种,醇类3种,胺类4种.根据光密度值来判断菌株对碳源的利用程度,分析3株细菌对31种不同碳源的利用情况,结果见表2和表3.表2FX-Fe5菌株分别在0h~48h内对碳源的利用情况Table 2 Utilization of carbon sources by strain FX-Fe5 attime of 0, 24 and 48h碳源时间(h)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ0 ﹣﹣﹣﹣﹣﹣24 ﹣﹣﹣﹣﹣﹣48 ﹢﹢﹢﹢﹢﹢注:+ 表示为阳性或可以利用;－表示为阴性或不能利用表3菌株在72~168h对碳源的利用程度(以OD590nm表示) Table 3 Utilization of carbon source(shown as OD590nm) by strain FX-Fe5 at time of 72~168h碳源时间(h) ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ120 0.802 1.402 0.941 1.2420.972 1.068 144 0.899 1.384 1.057 1.3120.968 1.178 168 1.076 1.441 1.198 1.363 1.067 1.353 由表2可知,拉乌尔菌属(Raoultella)FX-Fe5菌株对6类碳源的均可利用,但都需要经过约30h的适应期,其中对单糖/糖苷/聚合糖类利用程度较高(表3),其次是酯类,利用程度较差的是酸类. 3讨论3.1FX-Fe5菌株与其它亚铁氧化硝酸还原菌的系统发育关系细菌域的变形杆菌门是具有有亚铁氧化硝酸还原功能细菌集中分布的一个大类群[14],目前有详细报道的9株亚铁氧化硝酸还原菌的纯菌都属于这一类群,但分属于不同的纲.本研究FX-Fe5菌株所属的拉乌尔菌属(Raoultella)也属于变形杆菌门,具体是γ-变形杆菌门肠杆菌科[21],因此本研究发现,又进一步丰富了变形杆菌门中该类功能菌组成.已报道的9株菌中,6株集中于α-变形菌纲,其他3株分属于另外3个纲,其中属于γ-变形菌纲的是Straub等[17]分离的热单胞菌属的BrG3菌株(Thermomonas.sp.),可见作为亚铁氧化的硝酸还原菌,FX-Fe5菌株与BrG3菌株有着最近的遗传亲缘关系,但它们分属于不同的科,拉乌尔菌属属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae),而热单胞菌属属于黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)[20],系统发育学研究认为,这两个科在有机物特别是糖类降解途径方面有着较大的差别,因此,FX-Fe5菌株与BrG3菌株在其他生理代谢方面可能具有较大差异.3.2 FX-Fe5菌株对硝酸盐氮和亚铁的代谢特点研究发现,大部分亚铁氧化的硝酸还原菌对硝酸盐氮还原的产物主要是氮气和少部分氧化二氮[17,20],但也有研究发现,有个别菌株可以将硝酸盐氮还原为其他产物,如前述地杆菌属种类将硝酸盐氮还原为氨,分离自潜艇供热系统的Ferroglobus placidus将硝酸还原为亚硝酸盐氮(NO2－)、二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)[8],分离自湖泊底泥的Pseudogulbenkiania sp.可以将硝1560 中国环境科学 35卷酸还原为四氧化三氮[8].本研究由于实验条件有限,只对氨、亚硝酸盐氮和氧化二氮3种产物做了分析确定,但从微生物反硝化机制和其他亚铁氧化硝酸还原菌的反硝化产物来看,氧化二氮很多时候是反硝化为氮气过程中的中间产物,一定程度上是产氮气的反硝化过程不完全导致的,本研究中各反应体系中所产生气体中都含有氧化二氮,但含量并不高,表明气体产物应该不以氧化二氮为主,而是氮气为主.本研究中,除了亚铁与乙酸1:3情况,其他含亚铁的反应系统中,亚铁氧化率在24h内达到80%以上,氧化速率和氧化率都高于文献报道大部分亚铁氧化硝酸还原过程[1-6],特别是仅采用亚铁做为电子供体的情况,可能与本研究采用亚铁离子浓度较低(2mmol/L)有关,其他分离纯菌研究多采用5~10mmoL/L亚铁离子浓度,亚铁氧化硝酸还原菌达到50%以上往往需要2d以上时间.根据已有研究,大部分亚铁氧化硝酸还原菌在提供少量有机物作为共同电子供体时,相比仅使用亚铁做为电子供体,亚铁的氧化速率及氧化率都会提高,如HidR2and BrG1菌株[1],不添加乙酸时在4周内将9mmoL/L的亚铁离子氧化不到50%,而添加1mmoL/L乙酸,则可以1周内将9mmoL/L的亚铁氧化60%,对BoFeN1菌株研究发现,亚铁氧化率随乙酸添加量增加而增加,但超过0.5mmL/L时,则不再增加而是处于基本稳定状态[21].本研究FX-Fe5菌株,提供适当含量的乙酸(亚铁和乙酸各提供50%电子时),亚铁氧化率显著提高,但氧化速率并不比仅使用亚铁作为电子供体时高,同时过高的乙酸浓度(乙酸可提供三分之二电子时)反而降低了亚铁氧化率.在有机物作为共同电子供体时,2种电子供体被硝酸氧化的顺序,FX-Fe5菌株也与已有研究不同,对Azospira oryzae strain PS和BoFeN1菌株研究[18,22]发现,其在有机物作为共同电子供体时,硝酸盐氮优先氧化有机物,然后再氧化亚铁,即亚铁的消耗在反应开始后有一个滞后期;而本研究FX-Fe5菌株是对2者同步利用,但是乙酸首先被消耗完,由于乙酸也可能是被同化,即用来作为新细胞合成碳源,因此提供的乙酸并不是或不完全是被用作硝酸盐氮还原电子供体,具体机制也有待进一步研究.3.3FX-Fe5菌亚铁氧化硝酸还原过程在环境治理中潜在应用3.3.1富含亚铁城市污染河流底泥修复本研究FX-Fe5菌是分离自富含亚铁的城市河流底泥,这种类型的底泥往往是城市河流接受含有大量有机耗氧污染物的生活污水后,水中溶解氧被消耗从而发生厌氧还原的结果,还原形成的亚铁离子是底泥中主要还原态污染物,对多种底栖水生生物具有危害[23],河流要恢复健康生态系统首先要将其氧化形成相对安全的三价铁沉积物.但这种富含亚铁的厌氧还原态底泥往往是广州等华南地区受污染城市河流修复的难点,即使排入河流外源污水被切断,河水中溶解氧逐渐恢复或人为向河流强化曝气充氧,由于溶解氧向底泥间隙水扩散速度较慢,底泥中的亚铁较难被大量氧化,致使底泥仍会长时间保持厌氧还原状态,不利于健康水生生态系统重建.而亚铁氧化硝酸还原过程为这种污染河流底泥的快速原位修复提供了可能,因为处于厌氧还原态底泥中同样富含有机物厌氧水解形成的小分子有机物,有硝酸盐氮存在时可能发生这种伴随亚铁氧化的硝酸还原过程.与溶解氧相比,硝酸盐氮在水中具有更高的扩散速度,是一个更有效的氧化剂,因此可以基于微生物的亚铁氧化硝酸还原代谢特点,开发相应底泥的原位修复技术.实际上,国内外已经有关的技术尝试,即通过向底泥注入外源硝酸钙氧化底泥[24-25],作者所在研究小组也在进行相关的技术研究,但由于基本生物化学代谢机制缺乏充足的认识,该项技术目前存在较大的不确定性,较难以实际应用,由于硝酸盐氮同样是水体污染物,该项技术面临最主要的问题在于外源硝酸盐氮投入是否会增加水体氮负荷,如何确保其都能够被反硝化为氮气等气态产物？本研究对FX-Fe5菌的亚铁和硝酸盐氮的代谢特性表明在短时间(24h)内,该菌可以将底泥间隙水中亚铁利用硝酸盐氮氧化,参与反应硝酸盐氮主要形成气态产物,但如何利用FX-Fe5菌开发安全环保的底泥硝酸盐氮氧化技术还需要深入研究.。