厌氧氨氧化细菌体内铁纳米颗粒的形成及作用机理

Anaerobic ammonia oxidizing (anammox) bacteria widely exist in natural ecosystems and play an important role in the global nitrogen cycle. The bacteria was one of the most hot research topic since it was been discovered. The new biological nitrogen removal process based on the anaerobic ammonia oxidation reaction has been applied to engineering. The deep understanding of the anaerobic ammonia oxidizing bacteria will be helpful to the large-scale engineering application of the anaerobic ammonia oxidation process with high efficiency and low consumption. At present, more iron elements are found in anammox bacteria than other bacteria, and a large number of iron elements exist in the form of nanoparticles. The mechanism of formation, distribution, transformation and action of iron nanoparticles in anammox bacteria is not clear. The iron nanoparticles in anammox bacteria will be studied in this proposal, as follows: (1) Speciation and distribution of iron nanoparticles in anammox bacteria; (2) Formation and evolution mechanism of iron nanoparticles in anammox bacteria; (3) Roses of iron nanoparticles in anammox bacteria.

厌氧氨氧化细菌广泛存在于自然生态系统中并在全球氮循环中发挥重要作用，自该细菌被发现以来，一直是研究热点。基于厌氧氨氧化反应的生物脱氮工艺也已被工程应用。对厌氧氨氧化细菌及其脱氮反应的深入认识，将有助于高效低耗的厌氧氨氧化工艺的大规模工程应用。目前，在厌氧氨氧化细菌内发现了比其他细菌更多的铁元素，并且其中大量铁元素是以纳米颗粒的形式存在，厌氧氨氧化细菌体内铁纳米颗粒的形成、分布、转化和作用机理并不清楚。本申请将针对厌氧氨氧化细菌体内铁纳米颗粒展开研究，设置如下研究内容：(1)厌氧氨氧化菌体内铁纳米颗粒的赋存形态与分布规律；(2)厌氧氨氧化菌内铁纳米颗粒的形成及演化机制；(3)厌氧氨氧化菌内铁纳米颗粒的作用原理。

在厌氧氨氧化细菌内发现了比其他细菌更多的铁元素，并且其中大量铁元素是以纳米颗粒的形式存在，厌氧氨氧化细菌体内铁纳米颗粒的形成、分布、转化和作用机理并不清楚。本项目针对厌氧氨氧化细菌体内铁纳米颗粒展开研究，主要开展了以下三方面的研究：(1)厌氧氨氧化菌体内铁纳米颗粒的赋存形态与分布规律；(2)厌氧氨氧化菌内铁纳米颗粒的形成及演化机制；(3)厌氧氨氧化菌内铁纳米颗粒的作用原理。.通过本项目的实施，发展了一种对原位状态下完整的厌氧氨氧化厌氧氨氧化细菌结构进行三维成像和定量的新方法，得到了厌氧氨氧化细菌的无损三维结构。发现了菌内存在高吸收的纳米颗粒，经过研究确定了该纳米颗粒为铁存储蛋白，铁元素在蛋白内以α-Fe2O3形式存储。铁元素在厌氧氨氧化反应中发挥了重要的作用，铁存储蛋白起到了调节菌内铁元素平衡的作用。研究结果主要以论文的形式展示，共发表了中英文论文27篇。