有机酸作用的厌氧氨氧化菌代谢和生长特性研究

厌氧氨氧化是一种重要的氮素转化途径，除对全球氮素生物地球化学循环贡献巨大外，在高浓度含氮废水处理中也备受关注。有机酸是海洋、河流、湖泊、土壤等自然环境和多种废水中常见的有机物。本研究利用基质转化和同位素示踪实验确定乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和腐殖酸五种有机酸对厌氧氨氧化菌的作用，并将其划分为直接毒性抑制、引发菌种竞争抑制和代谢基质三种作用类型。在代谢特性方面，利用代谢动力学、计量学和氮代谢途径分析，搞清有机酸对厌氧氨氧化菌代谢的影响；在生长方面，通过生长动力学、计量学和细胞合成关键酶活性研究，探明有机酸对厌氧氨氧化菌生长的影响。本研究旨在搞清有机酸对厌氧氨氧化菌代谢和生长的影响，不但完善了厌氧氨氧化菌的生理特性，丰富了微生物学内容，更为构建合理全球碳、氮生物地球化学循环，扩大厌氧氨氧化工艺在污水处理中的应用提供理论依据。

本课题研究了乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和腐殖酸五种有机酸对Anammox菌生长代谢的影响。为保证研究的进行，首先在厌氧生物反应器中采用海水培养基富集获取了大量、纯化的海水Anammox菌，经鉴定该菌为海洋Anammox菌Candidatus Scalindua wagneri。然后通过发酵罐中的批次实验探明五种有机酸对Anammox菌的作用方式分别为：乙酸、丙酸可作为Anammox菌的代谢基质，丁酸可引发NO2--N的基质竞争抑制，乳酸和腐殖酸会引发毒性抑制作用。在厌氧连续流反应器中进行了有机酸对Anammox菌氮代谢速率和生长速率影响的研究。乙酸和丙酸可被Anammox菌利用，且在低浓度（乙酸1-3 mmol/L、丙酸小于2 mmol/L）时不会对氮素代谢产生显著影响，而在高浓度时（乙酸大于4 mmol/L、丙酸大于2 mmol/L）对Anammox菌的总氮代谢速率的抑制率分别为46.93%和43.68%。丁酸浓度低于2 mmol/L亦不对Anammox的代谢产生显著影响，而当浓度为2 mmol/L时，对Anammox菌的总氮代谢速率的抑制率为49.83%，且反硝化细菌数量为起始点的2.89倍。氮同位素示踪实验表明，有机酸对Anammox菌氮代谢的抑制作用主要是抑制了NH4+-N的转化。Anammox的生长也受到有机酸的影响。当1-2 mmol/L的乙酸或1 mmol/L的丙酸对Anammox菌的生长速率无显著影响，而当乙酸、丙酸浓度分别提高至3-5 mmol/L和2-4 mmol/L时，Anammox菌的生长速度明显变缓。丁酸对Anammox菌的生长具有抑制作用。. 本研究探明了五种有机酸对Anammox菌的作用类型，搞清了乙酸、丙酸、丁酸对Anammox菌的氮代谢和生长速率的定量影响。然而由于实验条件限制，对于Anammox菌的碳代谢研究目前正在进行中。本研究完善了厌氧氨氧化菌的生理特性，丰富了微生物学内容，更为构建合理全球碳、氮生物地球化学循环，扩大厌氧氨氧化工艺在污水处理中的应用提供了理论依据。