蒽醌敏化型微生物光电反硝化系统固碳脱氮机制

微生物光电反硝化是通过构建光敏材料与微生物的耦合体系,在光照下利用光生电子实现硝态氮脱除的新兴技术.然而,尚不清楚微生物光电反硝化系统是否具有光电固碳和连续反硝化的能力.以蒽醌敏化型的微生物光电反硝化体系蒽醌-2-磺酸钠/脱氮硫杆菌(anthraquinone-2-sulfonate/Thiobacillus denitrificans,AQS/T.denitrificans)为模型,验证该体系在光照下持续脱氮(60 d)及固碳的能力.结果显示,AQS/T.denitrificans光电反硝化体系在60 d内都能持续反硝化脱氮,平均反硝化速率大于1.3 mg L^(-1)d^(-1).光照过程中,T.denitrificans内1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RubisCO)活性随时间呈增长趋势.同位素标记试验表明,光照组中生物的碳同位素比值δ^(13)C为159.79‰±16.84‰,显著高于黑暗组的δ^(13)C(72.05‰±7.15‰),证实了光照可以促进非光合反硝化菌固碳.转录组分析发现,光照促使T.denitrificans中生物合成相关基因显著上调.上述一系列结果证实了微生物光电反硝化系统具有固碳、脱氮能力,揭示了光电能驱动的反硝化菌碳-氮代谢机制,为发展新型、绿色、低能耗的污水脱氮技术提供理论依据.