陈艺贞博士在Environmental Science & Ecotechnology期刊发表科研论文
时间：2022-07-05
刚刚公布的《2021年期刊引证报告（JCR）》显示，ESE 首个影响因子为9.371，位于Q1区。
微生物是去除污水中硝态氮污染物的关键媒介。传统生物反硝化以异养型细菌为主导，往往会伴有二氧化碳和一氧化二氮等温室气体排放。自养反硝化菌利用无机碳源，能够有效减缓污水处理过程中温室气体排放问题。氢氧化细菌（Hydrogen-oxidizing bacteria, HOB）是一类典型的自养细菌，能够利用氢氧化过程释放的大量能量，通过Calvin循环固定二氧化碳。本课题组的前期研究发现，HOB能够实现高效生物脱氮和生物质资源同步回收。在有氧条件下，HOB能够快速地将氨氮和二氧化碳同化为蛋白质和生物聚合物，提高污水处理过程的可持续性。目前，HOB自养氮同化以混合菌株为主，难以剖析其具体的氮转化途径和代谢机理。因此，探寻新型HOB菌株，采用分子生物学手段探究其特有的氮利用途径，有望为污水的可持续处理提供技术支撑。
本研究分离得到一株新型HOB菌株Rhodoblastus sp. TH20，分别以氢气和二氧化碳作为能源和无机碳源，高效去除污水中的硝态氮污染物。研究结果表明，在好氧条件下，TH20能够以硝态氮为主要电子受体，进行好氧脱氮反应。高达99%硝态氮被去除，总去除速率达到1.1 mg L−1 h−1。全基因组扫描结果显示，TH20中存在12种脱氮功能基因，包括7种反硝化相关基因（narI, narH, narG, nirS, nirK, norB和norC）和5种氮同化相关基因（nasA, nirB, glnA, gltB和gltD）。结合15N同位素标记实验结果，可知TH20中同时存在氮同化、反硝化和硝酸盐异化还原成铵途径，氮同化效率和反硝化效率分别为58%和42%。同时，每去除1 mol硝态氮，TH20能够固定3.25 mol二氧化碳。在72 h内，TH20生物量约为0.71 g L−1，其细胞分子式可估算为C5.60H12.69O3.52N，包含17种氨基酸，细胞有机氮和有机碳含量分别为9.32%和44.74%。因此，TH20可用于污水处理厂的水质净化，通过合成高附加值的生物质资源来减少生物圈的氮流失，同时有效减缓温室气体排放。
1. 分离出一株新型氢氧化菌株，命名为Rhodoblastus sp. TH20；
2. 自养TH20可实现污水中硝态氮的完全去除及二氧化碳固定；
3. TH20中同时存在氮同化及好氧反硝化途径，其氧气耐受性强；
4. 42%硝态氮被转化为氮气，无亚硝态氮积累和一氧化二氮排放；58%硝态氮被同化为氨基酸，可用于微生物蛋白质资源回收。
