异养硝化细菌的研究与应用

异 养 硝 化 细 菌 （Ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｃｔｅｒｉａ） 是指能够在好氧条件下将还原态氮 （氨／ 氨氮，包括有机态氮在内）氧化到羟胺、亚硝酸盐 氮和硝酸盐氮的异养微生物 。 ［１］ 相对于传统的 自 养 硝化细 菌， 异 养 硝 化 细 菌 生 长 速 率 快、 细 胞 产 量 高、需溶解氧浓度低，且可以同步进行硝化反硝化 作用，因而其脱氮工艺更简洁、经济有效，引起越 来越多研究者的注意 。 ［２－４］ 目 前 研 究 的 重 点 多 集 中 于异养硝化细菌的分离筛选及利用生物脱氮技术去 除污水中的氮素等，本文将从异养硝化细菌的筛选 方法、种类、功能及应用等几方面进行简要介绍。
性污 泥 中 筛 选 到 １ 株 Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｆａｅｃａｌｉｓ Ｃ １６， 经优化后 其 氨 氮 去 除 率 高 达 ９４．７％， 亚 硝 酸 盐 氮 积累量增至３０．１ ｍｇ·Ｌ－１［２２］。 苏 俊 峰 研 究 了 分 离 自 ＳＢＲ 反 应 器 底 泥 的 菌 株 Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ． ＳＨＷ１，在贫营养 条 件 下 其 ＮＨ４－Ｎ 和 ＴＮ 的 去 除 率 可 达 到 １００％ 和 ９８．４９％［２０］。ＳＫｏｕｋｉ等 从 人 工 湿地 分 离 到 ３５ 株 异 养 硝 化 细 菌， 分 属 于 ３ 个 门 （Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ、Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ 和 Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ） 的１０个种，氨氧化效率在７８％～８７％ 。 ［２４］ ３．２ 异 养 硝 化 细 菌 的 反 硝 化 功 能
Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ 等首 次 分 离 了 １ 株 好 氧 反 硝 化 菌 Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａ ｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ， 该 菌 株 具 有 同 步 异 养 硝化与 好 氧 反 硝 化 功 能 。 ［１８］ 随 后， 异 养 硝 化 细 菌 逐渐成为一个研究热点。
葛美丽等从天津渤海湾３个入海河口的水体中 分离筛 选 出 ９２ 株 异 养 细 菌， 其 中 革 兰 氏 阳 性 菌 （Ｇ＋ ）５２株，革 兰 阴 性 菌 （Ｇ－ ）４０ 株， 初 步 研 究 主要为葡萄球菌属、微球菌属、不动杆菌属、莫拉 氏菌属、芽孢杆菌属，弧菌属、产碱杆菌属、肠杆 菌属和假单 胞 菌 属。 挑 选 具 有 脱 氮 能 力 的 ４ 株 菌 株，对水体 中 无 机 氮 的 去 除 都 有 较 好 效 果，Ａ１、 Ａ３、Ａ４ 菌 的 最 佳 脱 氮 时 间 为 ９ｈ， 无 机 氮 去 除 率 分别 为 ４４．６９％、３２．４８％、４６．９５％；Ａ２ 菌 的 最 佳脱氮时间为 １５ｈ， 无 机 氮 去 除 率 为 ５６．２７％［１９］。 曹 喜 涛 等 从 高 温 堆 肥 中 分 离 出１ 株 高 温 异 养 硝 化 细 菌，鉴定为芽孢杆 菌 属 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｐ， 氨 化 作 用 与 菌株的生长曲线基本一致；在６ｈ 时亚硝态氮就迅 速增 加， 在 整 个 时 期 变 化 不 大， 硝 化 活 性 达 ２．５ ｍｇ·Ｌ－１［１３］。Ｊｏｏ 等 分 离 的 Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｆａｅｃａｌｉｓ Ｎｏ ４平均氨氮 和 总 氮 去 除 率 可 达 ６１ ｍｇ－Ｎ／ｌ／ｈ 和 ３１％［２０］。Ｂｅｈｒｅｎｄｔ等从 沼 泽 地 分 离 到 具 有 异 养 硝 化功能的 类 芽 孢 杆 菌 。 ［２１］ 吕 永 康 等 从 焦 化 废 水 活
提供了一个新的思路。本文简述了异养硝化细菌的研究现状，包括异养硝化细菌的种类、富集培养方法、硝化
反硝化功能以及影响硝化功能的因素等。
关 键 词 ： 异 养 硝 化 细 菌 ； 富 集 培 养 ； 硝 化 －反 硝 化
中 图 分 类 号 ：Ｘ １７２
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｃｔｅｒｉａ
１ 异养硝化细菌的种类
异养硝化微生物在土壤、污泥、水体和反应器 等环境 中 大 量 存 在， 种 类 分 布 十 分 广 泛， 包 括 细
菌、真菌、放线菌和藻类等 。 ［５］ 其中真菌被认 为 是 硝化效率最高的异养硝化微生物，而细菌在实验室 培养中也展现出了良好的硝化功能 。 ［１］ 已见文 献 报 道的 如 不 动 杆 菌 属 Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．［６］、 产 碱 杆 菌 属 Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．、节杆菌属 Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．［７］、 芽孢杆菌 属 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．［８］、 副 球 菌 属 Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｓｐ．［９－１０］、假 单 胞 菌 属 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．［１１］、 红 球 菌属 Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐ．［１２］等。 在 某 些 极 端 条 件 下 如 高温堆肥、火山口和高盐环境中也发现存在一些具 有特殊性能的异养硝化细菌 。 ［３，１３－１４］
３ 异养硝化细菌的功能
３．１ 异 养 硝 化 细 菌 的 硝 化 功 能 异养硝化细菌通过消耗有机氮、铵态氮等生成
亚硝酸盐、硝酸盐，降低水体氨氮值，减少氮素污 染。而且在自然界中受外界条件影响小，生长速率 快，细胞产量高，需要的溶解氧浓度低，能够耐受 酸性环境且活性高。特别是当自养硝化细菌活性受 到抑制或停止时，异养硝化菌在氮素循环中起主要 作用，在硝化作用的过程中占据主要地位 。 ［１４］
２ 异养硝化细菌的富集与培养
目前并没有统一的异养硝化细菌筛选方法，一 般根据异养硝化细菌能够利用还原态氮为氮源的特 点，以有 机 氮 或 氨 氮 为 唯 一 氮 源 对 其 进 行 筛 选。
收 稿 日 期 ：２０１３－１２－０９ 初 稿 ；２０１４－０４－０２ 修 改 稿 作者简介：蓝江林 （１９７２－），女，博士，副研究员，主要从事应用微生物研究 （Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｎｆｚ２００８＠１６３．ｃｏｍ）
ＬＡＮ Ｊｉａｎｇ－ｌｉｎ１ ， ＷＡＮＧ Ｊｉｅ１，２ ，ＬＩＵ Ｂｏ１＊ （１．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｊｉａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ
３５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｔｏ ｎｉｔｒｉｔｅ ａｎｄ ｎｉｔｒａｔｅ，ｔｈｕｓ
研究表明，一些异养硝化细菌具有好氧反硝化 功能，能利用 硝 酸 盐、 亚 硝 酸 盐， 将 其 还 原 成 Ｎ２ Ｏ 或 Ｎ２。突破 传 统 厌 氧 反 硝 化 的 认 识， 为 脱 氮 技 术提供新思路。目前已报道的具有反硝化功能的异 养硝化细菌 包 括 Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ 属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ 属、 Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ 属、Ｄｅｌｆｔｉａ 属 等。Ｊｕｎｇ－Ｊｅｎｇ Ｓｕ 从 台湾 养 猪 污 水 中 分 离 到 １ 株 可 以 以 （２．５±０．２） ｍｍｏｌ·Ｌ－１速 率 去 除 氨 氮， 以 １．５±０．５ ｍｍｏｌ· Ｌ－１速率生成 Ｎ２的 菌 株 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．ＡＳ－１［４］。 苏俊峰等从生物陶粒反应器中筛选到２株异养硝化 细菌 ｗｇｙ５ 和 ｗｇｙ３３。 其 氨 氮 去 除 率 都 在 ８０％ 左 右，对亚硝态和硝态氮的 去 除 率 都 达 到 ８０％ 以 上， 经鉴 定 这 两 株 菌 分 别 属 于 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ 和 Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ［２５］。Ｔａｙｌｏｒ等 分 离 到 １ 株 需 氧 硝 化细 菌 Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｉａ ｒｅｔｔｇｅｒｉ ＹＬ， 其 产 物 为 羟 胺、 ＮＯ２－ 、ＮＯ３－ 和 Ｎ２［２６］。 杨 俊 忠 等 从 鱼 塘 采 样 分 离 到２１株好氧反 硝 化 细 菌， 其 中 反 硝 化 效 果 最 好 的 是１株 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ Ｈ－Ｎ６２， 在 硝 酸 盐 氮 初 始 浓 度为１４０ｍｇ·Ｌ－１，１２ｈ 内 对 硝 酸 盐 氮 的 去 除 率 可达 ９６％，而且没 有 亚 硝 酸 盐 氮 的 积 累 。 ［２７］ 辛 玉 峰从 池 塘 底 泥 中 分 离 到 １ 株 （Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ． ＹＦ１４），在好氧条件下该菌能进行反硝化， 在硝酸 盐和亚硝酸盐培养基中能将氮几乎完全去除 。 ［２８］
福建农业学报 ２９（８）：８１５～８１９，２０１４
Ｆｕｊｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
文章编号：１００８－０３８４ （２０１４）０８－８１５－０５
蓝江林，王洁，刘波．异养硝化细菌的研究与应用 ［Ｊ］．福建农业学报，２０１４，２９ （８）：８１５－８１９． ＬＡＮ Ｊ－Ｌ， ＷＡＮＧ Ｊ，ＬＩＵ Ｂ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｃｔｅｒｉａ ［Ｊ］．Ｆｕｊｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１４，２９ （８）：８１５－８１９．
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａ ｎｅｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｖｉｅｗｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｖａｒｉｏｕｓ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂａｃｔｅｒｉａ；ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｃｕｌｔｒｕｒｅ；ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
＊通讯作者：刘波 （１９５７－），男，博士、研究员，主要从事微生物生物技术与生物防治研究 （Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｂｏｆａａｓ＠１６３．ｃｏｍ） 基金项目：公益性行业 （农业） 科研专项 （２０１３０３０９４）；国家科技支撑计划项目 （２０１２ＢＡＤ１４Ｂ１５）
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福建农业学报
第 ２９ 卷
Ｖｅｒｓｔｒａｔｅ等利用以 ＮＨ４Ｃｌ唯一 氮 源 的 异 养 氨 化 培 养基 从 污 水 中 分 离 到 了 １ 株 Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．［７］。 Ｍａｔｓｕｚａｋａ等以 乙 酰 胺 为 唯 一 Ｃ 源 和 Ｎ 源 的 简 单 有 效 的 筛 选 方 法， 成 功 分 离 到 ２１ 株 异 养 硝 化 细 菌 。 ［１５］ 目 前 普 遍 应 用 的 有 机 氮 源 为 ＮＨ４ Ｃｌ、 （ＮＨ４）２ＳＯ４ 和 乙 酰 胺。 在 筛 选 过 程 中， 对 于 硝 化 活性的确认最初都通过检测培养基中的亚硝酸盐氮 来确认，但 Ｌｅｓｌｅｙ 在 研 究 过 程 中 发 现 其 分 离 到 的 菌株 Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａ ｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ 不 能 累 积 亚 硝 酸 盐 氮，于是产生了采用平板上直接半定量判断硝化活 性的方法 。 ［９，１６］ 马放等发明以 牛 肉 膏 蛋 白 胨 固 体 培 养基进行富集，以氨化培养基纯化，以亚硝化培养 基复培养、纯化，从而获得异养硝化细菌 。 ［１７］
异养硝化细菌的研究与应用
蓝 江 林１， 王 洁１，２， 刘 波１＊
（１．福 建 省 农 业 科 学 院 农 业 生 物 资 源 研 究 所 ， 福 建 福 州 ３５０００３；２．福 建源自文库农 林 大 学 ， 福 建 福 州 ３５０００２）
摘 要：异养硝化细菌能够将环境中的还原态氮氧化成硝态氮，有效去除环境中氮素的污染，为生物脱氮技术