Paracoccus sp. QD-21在复杂氮环境中的氮代谢特性及其适应机制

《Biodegradation》：Nitrogen metabolic characteristics and adaptive mechanisms of Paracoccus sp. QD-21 under complex nitrogenous environments

该菌株QD-21兼具异养硝化和好氧反硝化能力，可在高浓度无机氮条件下高效去除氨氮（5.55 mg/L·h）、亚硝酸盐（3.35 mg/L·h）和硝酸盐（2.78 mg/L·h），最佳条件为C/N 7:1、pH 8.41、38.41℃及4.56%接种量，基因分析证实其同时拥有硝化（amo/hao）和反硝化（nirK/norB/nosZ）全途径，并部分通过氨同化途径合成生物量，实际废水处理中氨氮去除率达75.5%，COD去除率55.8%|

　　

摘要

我们分离出一种新型的Paracoccus属菌株QD-21，该菌株能够同时进行异养硝化和好氧反硝化作用，并对其在废水处理中去除氮的潜力进行了研究。实验结果表明，该菌株对NH₄⁺-N（100 mg/L）、NO₂^?-N（100 mg/L）和NO₃^?-N（100 mg/L）的去除速率分别为5.55 mg/(L·h)、3.35 mg/(L·h)和2.78 mg/(L·h)。值得注意的是，即使在高浓度无机氮的环境下，QD-21仍能保持较高的氮去除效率，这体现了其对复杂氮环境的出色耐受性。最佳去除条件为：以琥珀酸钠作为碳源，C/N比为7:1，pH值为8.41，搅拌速度为140 rpm，温度为38.41°C，接种量为4.56%（体积比）。通过分子生物学技术分析发现，QD-21中含有与硝化过程相关的基因，如amo和hao，这证实了该菌株的硝化途径为NH₄⁺-N → NH₂OH → NO₂^?-N → NO₃^?-N。此外，nirK、norB和nosZ基因的存在表明QD-21也具备反硝化能力，其反硝化途径为NO₃^?-N → NO₂^?-N → NO → N₂O → N₂。同时，nirBD、nark、glnL、glnA、gltB和nasA基因的存在说明部分氮通过氨同化途径被吸收进入生物量中，从而支持细胞的生物合成和生长，但这一过程会消耗代谢能量。在实际废水处理测试中，QD-21对NH₄⁺-N的去除效率达到了75.5%，对COD的去除效率达到了55.8%。这些研究结果充分展示了QD-21菌株在处理多种来源的氮污染方面的巨大潜力。