不同污水生物脱氮工艺中AOA和AOB的种群数量和组成特征

氨氧化是生物硝化的限速步骤。一百多年来,氨氧化过程被认为是氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)完成的,近年来发现氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)在自然界中广泛存在且丰度超过AOB,预示着其在氨氧化过程中的潜在贡献。本课题针对目前国内外尚未对污水生物脱氮工艺中AOA和AOB展开深层次的基础理论研究,缺乏对污水生物脱氮工艺中AOA和AOB的种类和丰度、时空演替规律、影响因子等的深入了解的现状,拟运用分子生物学技术,深入研究不同污水生物脱氮工艺中AOA和AOB的种群数量、组成特征、影响因子、两者的贡献及相互作用规律等,探求AOA和AOB在不同类型生物脱氮工艺中的作用,阐明氨氧化过程AOA和AOB的微生态结构和调节机制,为充分利用AOA和AOB,提高生物脱氮效率,开发新型污水生物脱氮系统提供微生物学基础和技术指导。

目的和意义：本课题针对不同污水生物脱氮工艺中AOA和AOB的种群数量和组成特征展开深层次的基础理论研究,并初步探究了两者的相对贡献。.主要技术手段：采用基于amoA基因的分子生物学技术来开展研究，包括：PCR、克隆、测序、实时荧光定量PCR（qPCR）和稳定同位素核酸探针技术（DNA-SIP）等。.主要研究内容：共完成了11个研究内容。.研究内容1、2、3、4：研究了北京8个实际WWTPs中共12个样品中AOA和AOB的种群数量和种属组成特征；研究了北京等五地共10个实际WWTPs中AOA和AOB的种群数量和种属组成特征；研究了我国11个省份,共32个实际WWTPs（35个样品）中AOA和AOB的种群数量和种属组成特征；研究了我国4个省份10个土壤样品中AOA和AOB的种群数量和种属组成特征。.研究内容5、6、7：以实验室现有污泥为种泥,研究了碱度、溶解氧、氨氮浓度对AOA和AOB种群数量和组成特征的长期（238天、176天、217天）影响。.研究内容8、9：以含有AOA和AOB的污泥为种泥,（重新）研究了不同氨氮浓度对AOA和AOB种群数量和组成特征的影响（140天）;研究了不同抑制剂对AOA和AOB的影响。.研究内容10、11：；针对同时含有AOA和AOB的污泥,应用DNA-SIP技术初步研究了AOA和AOB在氨氧化过程中的作用以及不同浓度的纳米材料TiO2和Al2O3对AOA和AOB的影响。.重要成果：.1：在共50个实际WWTP中（研究内容1、2、3）,AOA均普遍存在,其中近1半的WWTP中,AOA的数量高于AOB。污水处理系统中的AOA主要是Nitrososphaera cluster、AOB主要是Nitrosomonas cluster。在8个典型土壤样品中AOA普遍存在,且数量高于AOB（研究内容4）,在污水土地处理系统中可能AOA的贡献大于AOB。.2：对AOA而言,实验室小试的研究结果（研究内容5、6、7）与实际WWTP发生的情况相去甚远。AOA难于培养（研究内容8、9）。因此,需要进行WWTP的原位研究。.3：DNA-SIP微宇宙实验结果（研究内容10、11）初步表明AOB数量大于AOA的某WWTP中,AOB和AOA共同参与氨氧化过程；而在AOA数量大于AOB的某WWTP中,AOA是氨氧化的主要执行者。