微生物的氨氧化作用机理研究进展.pdf

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1、第37卷第l1期化工技术与开发Vo1．37No．112008年l1月Technology&Development0fChemicalIndustryNov．2008微生物的氨氧化作用机理研究进展唐成来(广西壮族自治区科学技术厅，广西南宁530012)摘要：对氨氧化微生物的生化作用机理，以及相关的氨单加氧酶(AMo)和羟胺氧化还原酶(HA0)及其基因表达的分子生物学研究进展进行了概述，提出了氨氧化生物脱氮的主要发展方向。关键词：氨氧化；氨单加氧酶；羟胺氧化还原酶中图分类号：Q936文献标识码：A文

2、章编号：1671—9905(2008)11—003604目前，含氮化合物引起的水体污染和富营养化提供了框架[3]。自养亚硝化细菌为硝化杆菌科的日益加剧，已经造成了生态破坏、资源匮乏、水环境两个生理亚群之一，在自然界氮循环链中起重要作污染等严重后果。用，能将氨态氮转化为亚硝酸盐氮，并从该氧化过程生物脱氮技术能够有效地去除污染水体和富营中获得能量，同化无机碳化合物如o33、HCO3一养化水体及底泥环境中的氮素，具有十分重要的意和CCh，合成细胞物质。在细菌系统发育图谱中根义和极大的实用价值。生物脱氮

3、的理论基础是微生据16SrRNA序列同源性分析，把亚硝化细菌生理亚物作用下的硝化作用和反硝化作用。硝化作用(ni．群中的亚硝化单胞菌属归为紫色细菌群(Proteobac—trifieation)作为自然界氮循环的重要环节之一，是指teria)的8亚群。其它基于16SrRNA序列同源性分NH4或NH3被氧化为No2一至NO3一的一系列生析或氨单加氧酶(Ammoniamonooxygenase，AM0)化反应。亚硝化作用则是硝化作用从YI-h或NH3序列分析进行系统发育关系的研究表明，除海洋亚到No

4、2一的反应过程，是氮素循环的重要环节，由氨硝化球菌(Nitrosococcusoceanus)[4]和嗜盐亚硝化氧化细菌(NH3．oxidizers，又被称为初级硝化细菌球菌(Nitrosococcushalophilus)[5]为紫色细菌群的primarynitrifiers)、亚硝化细菌(ammonia-oxidizing丫亚群(Gammasubdivisionorgammasubclass)Pb，亚bacteria)来完成。从氮转化的角度来看，亚硝化细硝化细菌各属构成紫色细菌群亚群[2】。

5、一般亚硝菌在生态圈中居于重要地位[1-2J，它们转化无机氨化细菌的最适酸碱度是从中性趋于弱碱性的区段。态氮为亚硝酸盐氮，与氨化细菌、硝化细菌等其它微亚硝化细菌的培养温度因菌源而异，范围较宽。从生物共同作用，推动氮素循环的不断进行。中温环境下分离的菌株，最适生长温度为26～作为生物脱氮硝化阶段的重要限速步骤，亚硝28℃，从高温环境下分离的菌株，40℃下生长良化的作用机理和基于亚硝化作用的生物脱氮技术的好l6J。一般亚硝化细菌最佳生长温度为35℃【，深入系统研究、开发，能为高效节能的氨氮废水生物亚硝

6、化单胞菌在30～36℃生长最好。欧洲亚硝化处理工艺提供新的理论和思路。单胞菌(Nitrosomonasr0缎)是研究得最详细的典型自养型氨氧化细菌8。1氨氧化微生物除了亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)外，其它参与亚硝化作用的微生物主要是亚硝酸细菌，能把氨氧化成亚硝酸的细菌属包括亚硝化螺菌属或称氨氧化细菌，有自养型和异养型之分。(Nitrosospira)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus)、亚1．1自养氨氧化细菌硝化弧菌属(Nitrosovibrio)、亚硝化叶菌属一般将氨氧化

7、细菌归为硝化杆菌科。近年在硝(Nitrosolobus)、亚硝化胶团菌属(Nitrosogloea)、化细菌系统发育研究中，基于16SrRNA寡聚核苷酸亚硝化囊菌属(Nitrosocystis)。土壤生境中常见的的序列比较分析最先为硝化细菌的系统发育多样性是亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化螺菌属[9]。海洋生境中常见的是亚硝化单收稿日期：2008—06—27第11期唐咸来：微生物的氨氧化作用机理研究进展37胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属【10]。盐湖生此，异养硝化作用的底物

8、及其代谢途径至今仍不甚境中则有亚硝化单胞菌属[11]。‘清楚[38-40]。1．2异养硝化微生物异养硝化微生物的硝化速率较低[川。因此，只自养硝化作用在自然界生物硝化过程中占主导有环境条件不利于自养硝化时(如酸性环境)才发生地位，但在某些环境中，真菌、放线菌、异养细菌等异异养硝化作用【42]。尽管单位生物量的异养菌氧化养硝化微生物进行化能有机营养，能将氨[12]、羟N}{3的速率较自养菌要慢2～3个数量级，但异养菌胺[13]或有机氮化合物如肟等[¨}氧化成亚硝酸和硝的生长速率快，对环境的适应性也