异养硝化细菌硝化途径及氮转化功能研究进展

异养硝化细菌(heterotrophic nitrifying bacteria)是重要的硝化微生物类群之一,在生长过程中可以通过硝化作用快速去除污水中多余的氮,因而成为生物脱氮领域的研究热点.近10年来异养硝化细菌的研究获得了较大进展,本文系统总结异养硝化细菌类群的硝化酶系及其编码基因特点,梳理异养硝化代谢途径;同时总结其他氮转化功能酶及其编码基因在整个类群中的分布,探讨异养硝化细菌的脱氮机理.迄今为止,已发现的异养硝化功能酶比自养硝化酶的多样性更高,具有更多硝化途径;且异养硝化细菌普遍具有氮转化功能多样性,硝化、反硝化、氨同化作用对脱氮作用贡献很大.目前还有部分异养硝化细菌的氮转化功能相关的基因信息仍然缺乏,生物脱氮过程的分子机制尚不明确.从分子水平对异养硝化细菌的氮转化功能活性进行验证,进一步阐明异养硝化细菌进行脱氮作用的生理机制是今后的重要研究方向.(图2表1参96)

代谢工程强化脱氮副球菌DYTN-1去除氮素污染物

【目的】脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)是一种环境友好的α-变形菌纲菌株,在有氧条件下也可进行反硝化过程,具有较好的脱氮能力。本研究以脱氮副球菌DYTN-1为底盘细胞,筛选氮素诱导型启动子用于强化硝化和反硝化途径,进而达到代谢工程强化脱氮副球菌DYTN-1去除氮素污染物的目的。【方法】通过接合转移的方法分别将过表达amoA、amoB、hao和nirS基因的重组质粒导入脱氮副球菌DYTN-1细胞中。经过荧光定量检测和氮素定量检测对脱氮副球菌DYTN-1的基因元件和氮去除能力进行表征。【结果】从基因组中挖掘了6个受NO_(2)^(‒)、NO_(3)^(‒)和NH_(4)^(+)诱导的启动子,诱导差异为2‒26倍;且过表达nirS的菌株用2 g/L KNO_(3)处理24 h后培养基中NO_(3)^(‒)的残余量为野生型菌株的67%。同时过表达hao和nirS基因的菌株在用1 g/L NH_(4)Cl和2 g/L KNO_(3)处理12 h后,其NO_(3)^(-)的剩余量仅为野生型菌株的50%,且最终总氮的降解效率达79.5%,剩余总氮仅为野生型菌株的一半。【结论】上述研究表明,利用筛选获得的启动子工具在P.denitrificans DYTN-1中进行代谢工程改造强化氮素污染物的去除具有可行性。