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本研究揭示了线性（C2–C5）与芳香炔烃可特异性抑制厌氧氨氧化（anammox）途径中的关键酶——肼合酶（Hzs），而长链炔烃（如1-辛炔）无显著抑制作用。该发现为在好氧/缺氧界面环境中，利用1-辛炔作为选择性抑制剂区分氨氧化细菌（AOB）与氨氧化古菌（AOA）对N2O排放的贡献提供了关键依据，对优化污水处理、湿地修复及温室气体减排策略具有重要意义。
引言
厌氧氨氧化细菌是氮循环中的关键微生物，能将铵（NH4+）和亚硝酸盐（NO2-）直接转化为氮气（N2），在全球氮素去除和温室气体减排中扮演重要角色。其代谢途径主要包括三步：亚硝酸盐还原酶（Nir）将NO2-还原为一氧化氮（NO）；肼合酶（Hzs）催化NO与NH4+结合生成肼（N2H4）；最后由肼脱氢酶（Hdh）将N2H4氧化为N2。炔烃类化合物（如1-辛炔）是研究硝化微生物（如AOB和AOA）N2O排放的常用选择性抑制剂，但其对anammox的影响尚不明确。本研究旨在探究线性与芳香炔烃对anammox活性的抑制效应，确定其作用靶点，并评估其作为选择性抑制剂在复杂环境样品（如人工湿地）中的应用潜力。
材料与方法
本研究以高富集的“Candidatus Kuenenia stuttgartiensis”生物质以及接收垃圾渗滤液的人工湿地土壤为研究对象。将生物质与湿地土壤泥浆分别与10 μM的C2–C8线性炔烃或苯乙炔共培养10天。通过向体系中添加稳定同位素示踪剂15N-亚硝酸盐和14N-铵盐（或15N-肼），利用气相色谱-质谱联用仪监测29N2或30N2的产量，从而量化anammox活性。此外，还通过添加一氧化氮供体DEA-NONOate并结合15N-铵盐的实验，以确定炔烃抑制的具体步骤。通过16S rRNA基因扩增子测序分析了生物反应器和湿地土壤中的微生物群落结构，并使用qPCR定量了肼脱氢酶（hdh）基因的丰度。
结果
炔烃对厌氧氨氧化活性的影响
在“Ca. Kuenenia stuttgartiensis”生物质培养实验中，C2–C5线性炔烃（乙炔、丙炔、丁炔、戊炔）的添加显著抑制了29N2的生成，与未添加抑制剂的对照组相比，产量下降了89%至97%。相反，更长链的炔烃（C6–C8）及仅含溶剂DMSO的对照组未观察到显著抑制。芳香炔烃苯乙炔导致了约40%的活性降低。在湿地土壤泥浆实验中，同样观察到C2–C5炔烃对anammox活性的抑制，29N2产量减少了42%至77%，但抑制程度较纯培养体系缓和。
抑制靶点的鉴定
为确定抑制发生在anammox途径的哪个环节，研究使用了15N标记的肼作为底物。实验发现，即使在C2–C5炔烃存在下，15N-肼氧化生成30N2的过程并未受到影响，这表明肼脱氢酶并非炔烃的抑制靶点。然而，当使用一氧化氮供体和15N-铵盐进行实验时，炔烃的添加使得29N2的生成停止。这些结果综合表明，线性与芳香炔烃的特异性抑制靶点是anammox途径中催化肼合成的关键酶——肼合酶。
微生物群落分析
对生物反应器的微生物群落分析显示，“Ca. Kuenenia stuttgartiensis”占主导地位（约70%相对丰度）。湿地土壤的微生物多样性更高，其中检测到anammox细菌“Ca. Scalindua sp.”和“Ca. Kuenenia sp.”，以及氨氧化细菌如Nitrosomonas mobilis。值得注意的是，湿地土壤中未检测到全程氨氧化细菌Nitrospira。
讨论
本研究证实了短链线性炔烃和苯乙炔是anammox的有效抑制剂，其作用机制是通过抑制肼合酶来实现的。这一发现具有重要的生态学与应用意义。首先，由于anammox对长链炔烃（如1-辛炔）不敏感，而1-辛炔已知可选择性抑制AOB对AOA影响较小，因此，1-辛炔可作为理想的工具，用于在好氧/缺氧界面等复杂环境中，区分并量化AOB与AOA对N2O排放的相对贡献，同时不影响anammox的氮去除功能。这为精准评估和管控污水处理、湿地修复等过程中温室气体排放提供了新策略。其次，研究观察到垃圾渗滤液处理湿地土壤中存在的短链炔烃可能抑制anammox活性，这提示在利用人工湿地处理富含烃类的废水时，需考虑污染物对功能微生物的潜在抑制效应。此外，与常用的硝化抑制剂烯丙基硫脲（ATU）相比，1-辛炔具有不易降解、可挥发性补充等优势，可能是一种更可靠的选择性抑制工具。
结论
本研究系统阐明了线性与芳香炔烃对厌氧氨氧化过程的选择性抑制规律，并首次明确其分子靶点为肼合酶。最重要的发现是，长链炔烃1-辛炔在不抑制anammox活性的前提下，可用于特异性区分氨氧化细菌与古菌的代谢贡献。这一成果深化了对氮循环微生物相互作用的理解，并为开发针对性的环境管理技术与温室气体减排方案提供了关键科学依据。
