同步异养硝化好氧反硝化细菌Acinetobacter sp.TAC-1的氮代谢途径研究

为阐明分离自重庆某生猪养殖企业畜禽粪污沼液的一株高效同步异养硝化好氧反硝化(simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,SND)脱氮菌株Acinetobacter sp.TAC-1的氮代谢途径,分别考察TAC-1菌株DNA水平上的氮代谢基因序列特征和mRNA水平上氮代谢基因差异表达。首先,通过T-A克隆和Sanger测序定性分析TAC-1菌株的SND氮代谢基因,确认DNA水平上TAC-1菌株存在SND过程硝酸盐还原酶调控基因narG,亚硝酸还原酶调控基因nirK及nirS,并发现羟胺氧化过程在TAC-1菌株中可能为新的脱氮途径。其次,结合不同氮源(NH_(4)^(+)-N,NO_(3)^(-)-N及NO_(2)^(-)-N)培养条件下TAC-1菌株不同生长阶段的氮代谢特性、产物分析和过程中的narG、nirK及nirS在mRNA水平上的差异表达分析证实了TAC-1菌株的SND氮代谢途径,反硝化过程中nirK和nirS负责NO_(2)^(-)-N的解毒,硝酸盐还原是由narG型硝酸盐还原酶介导的。因此,该研究从氮代谢基因及其差异表达视角深化了对SND细菌氮代谢机制的认识,为SND细菌的改造和同步硝化反硝化脱氮工艺的开发提供理论依据。

典型功能层带-填埋场覆盖层中四氯化碳代谢机制及功能微生态响应

垃圾填埋场是四氯化碳(carbon tetrachloride, CT)污染的重要来源,明晰覆盖层功能层带中CT的转化机制对其污染控制尤为重要。本研究通过构建模拟覆盖层系统,开展了CT沿程生物降解及微生态研究。覆盖层理化特性分析表明,长期生物氧化使覆盖层形成了稳定存在的厌氧层(>45 cm)、缺氧层(15–45 cm)和好氧层(0–15 cm)功能层带,各特征层带氧化还原电位、微生物群落结构差异显著,为CT降解提供了生物资源和有利条件。降解结果显示,CT在厌氧层和缺氧层脱氯产生氯仿(chloroform,CF)和二氯甲烷(dichloromethane,DCM)及氯离子(Cl–),副产物在30 cm处浓度最大,好氧层中CF和DCM迅速发生好氧降解;CT降解速率为13.2–103.6μg/(m2·d),随填埋气通量增大而增大。多样性测序结果表明,不同层带功能菌属差异显著,中慢生根瘤菌(Mesorhizobium)为好氧层CT潜在降解菌属,硫杆菌(Thiobacillus)和间孢囊菌(Intrasporangium)为厌氧层和缺氧层潜在功能菌属;覆盖土中6种脱氯菌属和18种甲烷氧化菌分别负责CT厌氧转化和CF与DCM的好氧降解,缺氧层可同时发生厌氧脱氯和好氧转化过程。降解机理分析可知,通过调控手段实现包气带的厌氧层-缺氧层-好氧层稳定存在对全氯代烃的无害化去除十分重要,增大缺氧层范围可强化全氯代烃去除。研究结果为填埋场中氯代污染物的去除提供了理论指导。