厌氧氨氧化菌Ca. Brocadia fulgida胞外聚合物自发荧光来源、特性及其对菌群行为的响应机制研究

Ca. Brocadia fulgida is the sole anammox bacteria which could produce the autofluoresce extracellular polymeric substances. The project will reveal the source of the autofluoresce in the extracellular polymeric substances. The structure, composition and antofluoresce characteristic of this compound will be expounded to investigate the special metabolize route of Ca. Brocadia fulgida. The significant effects of the growth, metabolize and assemble of Ca. Brocadia fulgida on antofluoresce characteristic will be investigated to domonstrate the response mechanism of autofluoresce to bacteria behavior and reactor operation. In this way, a quick monitor route for anammox process would be developed by using autofluoresce characteristics. This project will be meaningful for investigating the Ca. Brocadia fulgida nitrogen removal mechanism and characterics, and further accelerate the application of ANAMMOX technology for the wastewater treatment.

Ca. Brocadia fulgida是迄今为止报道的唯一一种胞外聚合物能产生自发荧光的厌氧氨氧化菌。本项目深入研究Ca. Brocadia fulgida胞外聚合物自发荧光现象，揭示自发荧光来源，分析荧光物质结构组成和荧光特性，探讨其在Ca. Brocadia fulgida异于其它厌氧氨氧化菌代谢过程中的作用。研究Ca. Brocadia fulgida菌生长代谢过程、菌活性及群落形态对荧光物质成分、结构、浓度的影响，阐明Ca. Brocadia fulgida胞外聚合物自发荧光对菌群行为和反应器运行状态的响应机制。指导设计一种以自发荧光为基础的厌氧氨氧化反应器内菌群组成及反应器性能的快速检测手段。本研究有望为探索Ca. Brocadia fulgida厌氧氨氧化反应机制、特性以及Ca. Brocadia fulgida厌氧氨氧化反应器运行监控提供科学理论依据。

厌氧氨氧化作为一种新型的废水生物脱氮技术，目前已成为国内外研究的热点。本项目提出深入研究厌氧氨氧化菌Ca. Brocadia fulgida自发荧光现象，明确Ca. Brocadia fulgida自发荧光的来源，研究荧光物质的组成结构及荧光特性；分析自发荧光与Ca. Brocadia fulgida菌生长代谢过程、菌活性及群落形态的相关关系，阐明自发荧光在以Ca. Brocadia fulgida为接种菌体的厌氧氨氧化反应器不同运行条件下对菌群行为的响应机制。在基金的支持下，项目组运用扩展DLVO理论、红外光谱、光电子能谱等方法，深入分析了胞外聚合物的表面和结构特性，从蛋白质结构、疏水性氨基酸含量等角度，阐明了厌氧氨氧化污泥团聚的内在机制。对Ca.Brocadia fulgida型厌氧氨氧化污泥胞内外物质的荧光特性及其对菌群行为的响应情况进行了探究，揭示了胞内类蛋白荧光强度与增长率、类腐殖酸荧光强度与氮去除率都呈现出明显的相关性。运用超滤离心、荧光原位杂交、标准加入法、高效液相等方法分析了Ca. Brocadia fulgida胞外聚合物产生的352/464nm和442/521nm 两种荧光的物质来源，找出这两种荧光主要来源于代谢物辅酶NADH和核黄素的胞外分泌，并发现了其在Ca. Brocadia fulgida型厌氧氨氧化污泥中的分泌水平高于其它厌氧氨氧化污泥与硝化污泥，且与代谢活性呈现出一定的相关关系。项目执行期间，研究组在Water research、Nature Group Scientific Reports 等本领域高水平国际杂志发表SCI收录论文8篇，影响因子大于5 (IF>5) 的SCI论文共计4篇，申请了发明专利3项，其中授权1项，培养硕士、博士研究生3名，完成了项目初期所设定的研究任务，实现了研究目标。