本研究从云南滇池沉积物中筛选出一株新型异养好氧反硝化细菌，鉴定为湖南假单胞菌(Pseudomonas hunanensis) DC-2，并系统研究了其脱氮特性、机理及在实际水产养殖废水处理中的应用。结果表明，菌株DC-2在好氧条件下30小时内对铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃⁻-N)的去除率分别高达98.8%和88.4%，且无亚硝酸盐积累。单因素实验确定其最适脱氮条件为：以柠檬酸钠为碳源、C/N=10、初始pH=7、温度30°C。氮平衡实验表明该菌主要通过同化作用(Assimilation) 去除氮素。通过全基因组测序和酶活分析，揭示了其复杂的氮代谢途径，包括异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)、同化性硝酸盐还原(ANRA) 和氨同化作用。最后，将菌株DC-2固定化成细菌颗粒，在处理真实养殖废水的连续实验中展现出稳定高效的脱氮性能（总氮去除率84.8%），证明了其巨大的实际应用潜力。

1题目

文章题目：Denitrification Mechanism of Heterotrophic Aerobic Denitrifying Pseudomonas hunanensis Strain DC-2 and Its Application in Aquaculture Wastewater

发文单位：大连海洋大学 水产与生命学院、中国科学院 水生生物研究所、云南省滇池湖泊生态系统观测研究站

2杂志

Water；IF=3.3分

3链接

Sui, X.; Wu, X.; Xiao, B.; Wang, C.; Tian, C. Denitrification Mechanism of Heterotrophic Aerobic Denitrifying Pseudomonas hunanensis Strain DC-2 and Its Application in Aquaculture Wastewater. Water 2024, 16, 1625. https://doi.org/10.3390/w16111625

4检测方法

Norminkoda提供了以下检测：AMO 氨单加氧酶 ，HAO 羟胺氧化酶， NR 硝酸还原酶 ，NIR 亚硝酸还原酶

5主要内容

本研究内容充实，从菌株筛选到实际应用层层递进：

1. 菌株分离与鉴定：从滇池沉积物中分离出一株高效好氧反硝化菌DC-2。通过扫描电镜观察其呈短杆状（长度<1μm），经16S rRNA基因序列分析（GenBank登录号: PP528522），鉴定为Pseudomonas hunanensis。

1. 脱氮特性研究：评估了DC-2在以铵盐(NH₄⁺)、硝酸盐(NO₃⁻)、亚硝酸盐(NO₂⁻)为单一氮源及混合氮源培养基中的脱氮性能。

• 对铵盐的去除效率最高（98.8%），且在其降解过程中无硝酸盐或亚硝酸盐积累，表明可能存在不完全反硝化途径（NH₄⁺→NH₂OH→NO→N₂O/N₂）。

• 能有效利用硝酸盐（去除率88.4%）和亚硝酸盐（去除率61.5%），并且在利用硝酸盐和亚硝酸盐过程中有氨氮积累，暗示了同化/异化硝酸盐还原成铵(DNRA)途径的存在。

• 在混合氮源中，菌株优先利用铵盐，其次是硝酸盐和亚硝酸盐，证明了其同步硝化反硝化(SND) 能力。

3.环境因子优化：通过单因素实验确定了菌株DC-2的最适脱氮条件

• 碳源：柠檬酸钠和琥珀酸钠效果最佳。

• C/N比：最适C/N比为10，在10-20范围内均有良好表现。

• pH：最适初始pH为7，在6-9范围内适应性良好。

• 温度：最适温度为30°C，在25-35°C范围内有较高活性。

4.脱氮机理探究：这是本研究的核心部分，通过三种手段揭示了其复杂代谢途径。

• 存在完整的氨同化途径基因（gdhA, gltBD, glnA等）。

• 存在同化性硝酸盐还原(ANRA)途径基因（nasA, nirBD）。

• 注释了与好氧反硝化相关的基因（如napH（硝酸盐还原）、norR（ nitric oxide reduction）），但缺乏典型的nirS/nirK（亚硝酸盐还原）和nosZ（氧化亚氮还原）基因，推测其可能通过非典型途径（如nirBD）进行反硝化。

• 氮平衡实验：发现无论以何种形态氮为初始源，大部分氮（41.5-63.2%）被同化转化为生物质氮，其余部分（9.2-30.4%）通过好氧反硝化以气态形式去除。

• 全基因组测序：对DC-2进行了全基因组测序（基因组大小6,328,663 bp，GenBank登录号: PRJNA1092366）。通过KEGG等数据库注释，鉴定出64个与氮代谢相关的基因。关键发现包括：

1. 5.综合氮代谢途径

：基于以上结果，研究提出了DC-2菌株的综合氮代谢网络模型，主要包括：I) 氨同化；II) 异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)；III) 同化性硝酸盐还原(ANRA)；IV) 反硝化作用。

6.实际应用验证：将DC-2菌株用PVA-海藻酸钠包埋固定化，制成固定化细菌颗粒，用于处理真实养殖废水（主要污染物为NH₄⁺-N和NO₃⁻-N）。在连续三个处理周期中，表现出了稳定高效的脱氮性能，总氮去除率平均达84.8%，且无亚硝酸盐积累，证明了其在实际应用中的巨大潜力。

6总结

成功从滇池沉积物中分离出一株高效异养好氧反硝化菌——湖南假单胞菌(Pseudomonas hunanensis) DC-2，其对铵态氮和硝态氮具有卓越的去除能力。

1. 菌株DC-2的氮去除机制以同化作用为主导，同时辅以好氧反硝化作用。

2. 全基因组和酶学分析揭示了其复杂的氮代谢网络，包括HN-AD、ANRA和氨同化多种途径共存，这为其在不同氮素组成的废水处理中提供了优势。

3. 固定化菌株颗粒在连续处理真实养殖废水时表现出稳定、高效且无二次污染（无亚硝酸盐积累） 的脱氮性能，总氮去除率高达84.8%，具备极大的实际应用价值和市场推广潜力。

本研究不仅深化了对异养好氧反硝化细菌代谢机制的理论认识，而且为解决水产养殖废水氮污染问题提供了一个极具潜力的生物处理剂和高效、环保的技术方案。

本研究不仅深化了对异养好氧反硝化细菌代谢机制的理论认识，而且为解决水产养殖废水氮污染问题提供了一个极具潜力的生物处理剂和高效、环保的技术方案。

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