（生态学专业论文）硝化细菌应用技术研究.pdf

摘要 硝化细菌是一大类在自然界氮循环中起关键作用微生物菌群。出于它们严格 自养、生长缓曼的生态生理属性，使硝化细菌的检测和应用等受到限制。而目前 我国氮污染的问题又日趋严重许多应用领域都迫切需要进行氮污染的治理。本 文主要对硝化细菌的检测、富集培养和保存技术等进行基础应用研究，并对硝化 细菌在河蟹人工育苗水处理生物组合技术中的应用、微污染原水生物预处理中的 应用和高效低能耗生活污水生物脱氮系统中应用等进行了较全面的研究，主要研 究结果如下： 1 硝酸细菌m p n - - g r i e s s 计数法所用培养基的亚硝酸盐浓度对计数的周期和 结果均有影响，采用0 1 m m o l l 亚硝酸盐的培养基，进行4 周的计数培养， 是最优的硝酸细菌m p n - - o r i e s s 计数法。 2 荧光原位杂交( f i s h ) 可快速检测硝化细菌的数量和分布情况。 3 采用硝化细菌的偶氮盐( i n t ) 还原计数检测法对活性污泥的硝化细菌进行 检测，所得的结果与传统的m p n - - g r i e s s 法检测值有着很好的相关性，斛t 法检测周期为2 天，具有快速、简便、操作容易等优点，是一种有推广价值 的硝化细菌快速计数检测方法。 4 选取富含硝化细菌的活性污泥作为富集培养的对象，采用纯无机培养基对硝 化细菌进行定向富集培养，能在较短的时涮内得到大量硝化细菌富集培养 物，硝化细菌数约占总菌数的9 9 以上。硝化细菌富集培养后直接避光保存 是一种较佳的保存方式，经3 个月的保存其硝化细菌存活率为2 6 7 ，其比 衰减率为0 0 1 3 8 d 。硝化细菌。 5 在水产养殖水处理中采用投加硝化细菌等有益组合微生物进行强化挂膜的 生物膜法工艺可保证养殖水体中氨氮有效去除，且该硝化生物膜能迅速适应 进水盐度升高的变化：在h r t l 2 小时条件下，可将氨氮浓度5 m g l 模拟养 殖废水处理至出水氨氮0 7 m g l 以下。在河蟹人工育苗生产性应用试验中 采用水循环净化处理技术与投加硝化细菌等有益微生物、饵料生物应用相结 合的生物组合技术，在不换水的条件下可使试验苗池水体氨氮保持在 博士论文中英文摘要 0 5 r n g l 以下，水质明显优于频繁换水的对照苗池，试验苗池蟹苗成活率、 产量和质量均明显优于对照苗池。该生物组合技术可使河蟹人工育苗系统封 闭运行，池水循环利用，降低育苗生产成本，减少对周边水环境的污染，取 得良好的经济效益和环境效益： 6 在硝化细菌应用于微污染原水生物预处理的应用研究表明，采用投加硝化细 菌的人工强化挂膜方法，可使聚苯乙烯泡沫颗粒填料的硝化生物膜成熟时间 较自然挂膜法缩短2 1 3 ：该反应器在气水比为o 2 时，就可保证氨氮的有效去 除。在进水原水溶解氧在5 m g l 以上，而氨氮浓度在1 m g l 以下时，可以采 用不曝气充氧方式运行，出水氨氮等指标可以达到0 5 m g l 以下，但出水溶 解氧偏低。该填料生物膜上的硝化细菌数量与异养细菌大致相当，硝化细菌 略占优势。反应器不同高度的生物膜分布有较显著的差异，其硝化细菌数量 随着水流的方向逐渐减少，但异养细菌数量却无显著差异：生物膜厚度也随 着水流方向逐渐减小；但随着反冲洗的进行，硝化细菌分向的分层特性将逐 渐减弱。 7 采用硝化细菌强化挂膜的好氧一厌氧生物滤池在仅需水力提升动力消耗的 条件下，运行效果良好。在进水c o d 为1 0 5 4 8 0 m g l ，b o d 为4 3 2 8 5 m g l 时，容积负荷在o 0 5 0 4 6 k g b o d m s d 时，改反应器对废水中c o d 的去除 率可达8 0 9 0 ，出水c o d c ，低于7 0 m g l ；b o d s 的去除率可达9 0 9 5 ，出水低于2 0 m g l ，可达标排放。对c o d 在2 0 0 m g l 的低浓度城市生 活污水而言，在容积负荷0 , 2 0 0 2 5 k g b o d m 3 d 时，出水n h 3 一n 在9 m g l 左 右。对c o d 在4 0 0 m g l 左右的常舰浓度城市生活污水而言，在增加回流后， 负荷小于0 1 5 k g b o d m 3 d 时，出水n h 3 一n 低于1 5 m g l 。 关键词：硝化细菌应用技术富集培养计数水产养殖水处理微污染原水 低能耗 博士论文中英文摘要 r e s e a r c ho nt h e a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yo fn i t r i f y i n gb a c t e r i a a b s t r a c t t h ea u t o t r o p h i cn i t r i f y i n gb a c t e r i ap l a yac r i t i c a lr o l ei nn i t r o g e nc y c l ei nn a t u r e t h ed e t e c t i o na n da p p l i c a t i o no fn i t r i f y i n gb a c t e r i ai sl i m i t e d b yt h e i rp e c u l i a r e c o p h y s i o l o g ys u c ha ss t r i c ta u t o t r o p h i cb a c t e r i aa n ds l o wg r o w t h b u tt h e ya r e u r g e n t l yn e e d e di nt h en i t r o g e np o l l u t i o nr e m o v a li ns e v e r a lf i e l d s i nt h es e r i o u s c o n d i t i o n so fn i t r o g e np o l l u t i o ni no u rc o u n t r y t h i sp a p e rf o c u s e do nt h ek e y p r o b l e m s a b o u ta p p l i c a t i o n t e c h n o l o g yo fn i t r i f y i n gb a c t e r i aa n df i n i s h e ds o m e r e s e a r c ha b o u tt h e t e c h n i q u e s o fe n r i c h m e n t ，d e t e c t i o nm e t h o da n d a p p l i c a t i o n m e t h o d si nn i t r o g e np o l l u t i o nr e m o v a l t h e f o l l o w i n ga r c t h er e s u l t s ， 1 i nt h em p n g r i e s sm e t h o do f e n u m e r a t i o n o f n i t r i t e o x i d i z i n gb a c t e r i a ，t h en i t r i t e c o n c e n t r a t i o nd e e p l ye f f e c tt h ee n u m e r a t i o nr e s u l t sa n dd e t e c t i o nt i m e t h e o i m m o l 几n i t r i t ec o n c e n t r a t i o ni nt h ec u l t u r ei st h eb e s tc h o i c ef o rm p n g r i e s s m e t h o da n dt h es h o r t e s td e t e c t i o nt i m ei s4w e e k 2 ar a p i de n u m e r a t i o nm e t h o df o r n i t r i f y i n g b a c t e r i aw a sd e v e l o p e du s i n gt h e 2 一( p i n d o p h e n y l ) 一3 一( p n i t r o p h e n y i ) - 5 p h e n y l t e t r a z o l i u m c h l o r i d e ( i n t ) d e h y d r o g e n a s ea s s a y t h ee n u m e r a t i o nr e s u l t sw e r ec o r r e l a t e dw e l lw i t ht h o s e r e s u l t so fm p n g r i e s sm e t h o d t h et w om e t h o d sc o r r e l a t i o no f a m m o n i a o x i d i z e r sa n dn i t r i t e o x i d i z e r sa r e0 9 5 9 3a n d 0 9 8 2 3 r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lm p nm e t h o d ，1 n td e h y d r o g e n a s em e t h o di s m o r er a p i d ，s i m p l e r , a n de a s i l yo p e r a t e d t h ed e t e c t i o np e r i o d sw e r es h o r t e n f r o m4w e e k so fm p nt o2d a y s t h ei n t d e h y d r o g e n a s ei sap r a g m a t i cm e t h o d f o rr a p i dd e t e c t i o no f n i t r i f y l n gb a c t e r i a 3 c h o o s i n gt h ea c t i v a t e ds l u d g eo fa e r o b i ct a n kf r o mo n em u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n ta st h er e s o u l r c e ，t h en i t r i l y i n gb a c t e r i aw e r ee n r i c h e db yi n o r g a n i c m e d i u m d u r i n gt h ef i r s tw e e k ，t h en i t r i f i e r si n c r e a s e d2o r d e r so fm a g n i t u d e t h ea m m o n i a - o x i d i z e r sw e r ei n c r e a s e df r o m2 1 3 1 0 6 gm l s st o6 2 8 1 0 8 g m l s s w h i l et h en i t r i t e o x i d i z e r sw e r ei n c r e a s e df r o m2 13 1 0 3 gm l s s t o6 2 8 1 0 6 gm l s s a f t e r am o n t h ，m o s to ft h eh e t e o t r o p h i cb a c t e r i aw e r ew a s h e d o u tf r o mt h es y s t e m t h e yn i t r i f y i n gb a c t e r i aw e r ep r e v a l e n ti nt h ee n r i c h m e n t s y s t e ma n dw e r ea r o u n d9 9 i nt o t a lb a c t e r i a n er e s u l t sp r o v e dt h ef e a s i b i l i t y o ft h i se n r i c h m e n tt e c h n i q u e t h ee n r i c h e dn i t r i l y i n gb a c t e r i ac a nd i r e c t l ys t o r e i 博士论文 中英文摘要 i na l u c i f u g a lc o n d i t i o nf o ral o n gt i m e ，t h en i t r i f i e r sd e c a ya ta r a t eo fo 0138 d b u tt h ed e c a yr a t eo f t h en i t f i f i e r ss t o r e di np h o s p h a t eb u f f e r ( p h 7 2 ) i so 0 2 3 d 4 i no r d e rt os e e kt h es o l u t i o nf o rw a t e rp u r i f i c a t i o na n dr e d u c et h ew a t e rq u a n t i t y u s e di nt h ea r t i f i c i a l p r o p a g a t i o no fm u dc r a b ，o n ek i n do fb i o l o g i cc o m b i n e d t e c h n o l o g yi sp r o v i d e di nt h i sp a p e r t h ee n r i c h e dn i t r i f y i n gb a c t e r i aa n do t h e r b e n e f i c i a lm i c r o o r g a n i s ma r eu s e da sp r e d o m i n a n ts t r a i n si nr e a r i n gp o n da n d i n o c u l a t e di nb i o - c o n t a c to x i d i z a t i o nr e a c t o r s o m eb a s i ce x p e r i m e n ta n dm u d c r a ba r t i f i c i a l p r o p a g a t i o np r o d u c t i o ne x p e r i m e n t s w e r ed o n e t h eb a s i c e x p e r i m e n ts h o w e dt h ee n r i c h e dn i t r i l y i n g b a c t e r i ac a nq u i c k e nt h en i t r i f y i n g b i o f i l mf o r m a t i o n ，s t r e n g t h e ni tt oa d a p tt h eh i 曲s a l t e dw a t e ra n dr e d u c en h 3 一n f r o m5m 叽t o 0 7 m g lu n d e ra s h o r th r t c o n d i t i o n ( i 2h o u r ) t h em u d c r a b a r t i f i c i a l p r o p a g a t i o np r o d u c t i o ne x p e r i m e n t s r e s u l t ss h o w e dt h e b i o l o g i c c o m b i n e dt e c h n o l o g yc o u l dr e c y c l ea n dr e u s et h ep o n dw a t e ra n di m p r o v et h e w a t e r q u a l i t y , r e d u c ep r o d u c t i o nc o s ta n dp o l l u t i o na g a i n s t t h ew a t e re n v i r o n m e n t t h ed i s s o l v e do x y g e nc o n c e n t r a t i o no ft h ee x p e r i m e n t a lp o n dw a t e rc a nk e e pi n m o r et h a n75m 盯。a n dt h en h 4 + - nc o n c e n t r a t i o nc a l lk e e pi nl e s st h a no 5 m d l w i t h o u te x c h a n g et h ep o n dw a t e r t h ew a t e rq u a l i t yo ft h ee x p e r i m e n t a lr e a r i n g p o n d w a so b v i o u s l yb e t t e rt h a nt h en o r m a lc h e c k r e a r i n gp o n d t h et o t a l s u r v i v a lr a t i oo fm u dc r a b m e g a l o p s l a r v aw a s19 4 a n dt h e y i e l d w a s 17 5 8 9 m 3i nt h ee x p e r i m e n t a lp o n d t h es u r v i v a lr a t i o ，y i e l da n dq u a l i t yo f m u dc r a bm e g a l o p sl a r v ai nt h ee x p e r i m e n t a lp o n dw a sm u c hb e t t e rt h a nt h e mi n t h en o r m a lc h e c kp o n d g o o de c o n o m i cr e t u r n sa n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s w e r e g a i n e d 5 i no r d e rt os e e kt h en i t r o g e nr e m o v a lm e t h o df r o ms l i g h t l yp o l l u t e dr a ww a t e r , a t y p eo fp o l y s t y r e n ef o a mc a r r i e r s f i x e db e db i o r e a c t o r ( p i l o ts c a l e ) w a sb u i l t t h ee n r i c h e d n i t r i f y i n g b a c t e r i aw e r ei n o c u l a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h e e n r i c h e dn i t r i f y i n gb a c t e r i ac a nr e d u c et h en i t r i f y i n gb i e f i l me n r i c h i n gp e r i o di n o n et h i r do ft h en a t u r a ln i t r i f y i n gb i o f i l me n r i c h i n gp e r i o d b u tt h en a t u r a l i n o c u l a t e dn i t r i f y i n gb i o f i l ma n dn i t r i f y i n gb a c t e r i ai n o c u l a t e dn i t r i f y i n gb i o f i l m d i dn o ta p p e a ro b v i o u s l yd i f f e r e n ta f t e rb o t ho ft h e mm a t u r a t e d u n d e rt h e e x p e r i m e n tc o n d i t i o n s ，t h ea i r - w a t e rr a t i ov a l u e0 2 w a se n o u g hf o rr e m o v a lo f t h en h 3 - na n dk e p tt h eo u t l e td om o r et h a n7 o m g l w h e ni n f l u e n tn h 3 n w a sl e s st h a nl m g l ，d oi so v e r4 m g l ，t h ef i x e db e db i o r e a c t o rc a nk e e ph i g h n h 3 一nr e m o v a lp e r c e n t ( t h eh i g h e s t8 32 ，a v e r a g e7 5 1 ) w i t h o u ta e r a t i o n b u tt h ee f f l u e n td oc o n c e n t r a t i o nw a sl o w ( 1 e s st h a n2m g 几) u s u a l l y t h e v 博士论文中英文摘要 m i c r o b i o l o g i c a lr e s u l t sf o rt h eb i o f i l ms h o w e dt h a tt h eq u a n t i t yo f t h en i t r i f y i n g b a c t e r i aw a ss l i 曲t l ym o i lt h a nh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i ai nt h eb i o f i l m t h e q u a n t i t yo fn i t r i l y i n gb a c t e r i ai nt h el o wl a y e ro fb i o r e a e t o rw a sm o i lt h a nt h e q u a n t i t yi nt h eu p p e rl a y e rb e c a u s et h e r ew a sa no b v i o u sn h 3 - nc o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t i nt h e u p p e ri n f l u e n tw a t e rf l o w b u tt h eq u a n t i t yo fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i ah a dn o tt h eo b v i o u sl a y e r e dp h e n o m e n o nb e c a u s es l i 曲tc o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t t h eb i o f i l mt h i c k n e s sa l s ob e c a m et h i ni nc o n s e q u e n c eo ft h en h 3 j n c o n c e n t r a t i o ng r a d i e n t 6 a n a n a e r o b i c a e r o b i c ( a o ) b i o f i l t e rr e a c t o ri n o c u l a t e db y t h ee n r i c h e dn i t r i f y i n g b a c t e r i ac a l lo p e r a t e dw e l lw i t hl o w e n e r g y c o s to f w a s t e w a t e rl i f t i n g w h e n t h e i n l e tw a s t e w a t e r sc o dw a s 1 0 5 - - - 4 8 0 m g l ，b o d w a s 4 3 - 2 8 5 m g l ，t h e v o l u m e t r i cl o a dw a so 0 5 0 4 6 k g b o d m 3 d ，t h ee f f l u e n tc o da n db o do ft h e r e a c t o rc a nr e a c hl e s st h a n7 0m g la n dl e s st h a n2 0 m g lr e s p e c t i v e l y , w i t h 8 0 9 0 c o dr e m o v a lr a t ea n d9 0 9 5 b o dr e m o v a lr a t e w h e nt h e i n f l u e n tw a s t e w a t e rc o dw a s 2 0 0 m l a n dt h ev o l u m e t r i cl o a dw a s o 2 0 - 0 2 5 k g b o d m d ，t h en h 3 一nc o n c e n t r a t i o no f t h ee f f l u e n t sw a s9 m la n d c o u l dm e e tt h en a t i o n a ls t a n d a r d t h er e a c t o rc a l lr e d u c en h 3 - nc o n c e n t r a t i o n t ol e s st h a n15m g ，lw i t hab a c k - f l o wi nt r e a t i n gn o r m a lc o n c e n t r a t i o nu r b a n d o m e s t i cw a s t e w a t e r ( c o d4 0 0 m g l ) a n dr e a c ht h en a t i o n a ld i s c h a r g es t a n d a r d k e yw o r d s ：n i t r i l y i n gb a c t e r i a ，a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y , e n r i c hc u l t u r e ，e n t m m r a t i o n ， a q u a c u l t u r e w a t e r t r e a t m e n t ，s 1 【曲t l yp o l l u t e dl a ww a t e r , l o we n e r g y c o s t v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名 学位论文使用授权声明 日期 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 日期： 导师签名 日期 第一章绪论 第一节硝化细菌概述 硝化细菌( n i t r i f y i n gb a c t e r i a ，o rn i t r i f i e r ) 是一大类在自然界氮素循环中十 分重要的菌群，它们能够通过硝化作用把氨氮转化为亚硝酸盐，再进一步把亚硝 酸盐转化为硝酸盐。硝化细菌是历史上最早发现的表现为化能无机自养型的微生 物，w i n o g r a d s k y 通过实验证明了这种细菌能以c 0 2 为唯一碳源而产生有机物质 及细胞 m t 马迪根等，2 0 0 1 1 。从此，关于硝化细菌的研究便不断地发展起来。 1 硝化细菌的分类( c l a s s i f i c a t i o no f n i t r i f y i n gb a c t e r i a ) 目前，已知的化能无机自养型硝化细菌均不能将氨直接氧化成硝酸盐。将氨 氮氧化为硝态氮的过程是2 类不同的细菌连续作用的结果。一类是氨氧化菌即 亚硝酸细菌，它们把氨氮转化为亚硝酸盐：另一类是亚硝酸氧化菌，即硝酸细菌， 它们将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。因此，长期以来人们一直把硝化细菌分为两个亚 群：亚硝酸细菌与硝酸细菌，这两类细菌都属于硝化杆菌科( n i t r o b a c t e r a c e a e ) 。 两类细菌部分属的分类特征如表1 1 所示 r e 却坎南，1 9 8 4 。 然而，随着分子生物学技术的发展，通过对已分离培养得到的硝化细菌的 1 6 sr r n a 基因的序列的分析研究发现，亚硝酸细菌和硝酸细菌从系统发育角度 来讲不属于同一类，而是分属于p r o t e o b a c t e r i a 的口、r 、卢和占4 个亚类。 p r o t e o b a c t e r i a 称为紫细菌，是细菌进化树上最后的一个谱系。p r o t e o b a c t e r i a 是 细菌中最大的类群，也是生理多样性最丰富的类群。因此，按照系统发育的角度， 硝化细菌的分类如- f h a n s - p e t e rk o o p s e t a l ，2 0 0 1 ： 亚硝酸细菌( 如表1 2 所示) 从系统发育的角度，亚硝酸细菌分为三种类群分属于p r o t e o b a c t e r i a 的y 和b 亚类。其中只有亚硝化球菌属( n i t r o s o e o c c u s ) 属于p r o t e o b a c t e r i a 的y 亚 博士诧叉第一最绪论 类，代表种：海洋亚硝化球菌( n i t r o s o c o c c u so c e a n i ) 和嗜盐亚硝化球菌 ( n i t r o s o c o c c u sh a o l p h i l u s ) 。亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属属 于p r o t e o b a c t e r i a 的8 亚属 h e a d ，1 9 9 3 ；p o m m e r e r t i n g - r o s e r , 1 9 9 6 ；s t e h r , 1 9 9 5 ；t e s k e ， 1 9 9 4 ；u t a k e r 1 9 9 5 ；w o e s e ，1 9 8 4 。p r o t e o b a c t e r i a 的卢亚类中共有1 4 种：n i t r o s o s p i r a b r i e n s i s ，n i t r o s o v i b r i ot e n u i s ，n i t r o s o i o b u sm u l t i f o r m i s , n i t r o s o m o n a ss p e c i e s ( i , i i , 1 1 1 ) , n i l r o s o m o n a se u r o p a e a , n i t r o s o m o n a se u t r o p h a ，n i t r o s o m o n a sh a l o p h i l a ， n i t r o s o m o n a su r e a e ，n i f r o s o m o n a so l i g o t r o p h a ，n i t r o s o m o n a sm a r i n a , n i t r o s o m o n a s a e s t u a r i i , n i t r o s o m o n a se o m m u n i s ，n i t r o s o m o n a sn i t r o s a jn i t r o s o m o n a sc r y t o l e r a n s 初n i w o s o c o c c u sm o b i l 括等。 硝酸细菌( 如表1 3 所示) 硝酸细菌分为四种不同的类群，n i t r o b a c t e r 属于p r o t e o b a c t e r i a 的d 亚类、 n i t r o c o c e u s 和n i t r o s p i n a 归属于p r o t e o b a c t e r i a 的r f n 巧亚类。基于超显微结构 的描述，分类学家将硝酸细菌分为硝化杆菌属、硝化刺菌属和硝化球菌属进一 步比较它们的1 6 sr r n a 基因序列，硝化杆菌属属于p r o t e o b a c t e r i a 的d 亚类，包 含4 个种：n i t r o b a c t e rw i n o g r a d s k y i ，n i t r o b a c t e rh a m b u r g e n s i s n i t r o b a c t e rv u l g a r i s 莉n i t r o b a c t e ra f k a l i c u s ；硝化刺菌属( n i t r o s p i n a ) 和硝化球菌属( n i t r o c o c c u s ) 属于p r o t e o b a c t e r i a 的r 和j 亚类 t e s k e ，19 9 4 ；o r s o ，l9 9 4 1 。 鼗 辫* *垮鲜*辫鲜* 苌* 螺增 刊叫嫩叫叫嫩爨避嫩 刊 州蛙鄹 赠o o o o o oo o ? l n 唰趟 2 2 n n n 如 l n ? 2 一 n n oo 卜 u 皇 一 。 + 求 2 寸 ? ? 。妞 、r u 、 。 卜、 hono 呐 xo 差茎 o xoxi n 0 0 n锶“寸b 22 宁占宁三 7 no 峥 1 一 一 捡 车窖 。 翘斗 詈一 一 飞 。童 三电 饕董、 孥喜 翟 姐毛 辜娄 蓦邑 、oq 星亳 喜 萋霎 隶望彗 骚兰 菁耋 蚺8 繁皇 懈 蒌i 日 u霍l 雏9 蚕姜 乏 芝乏 、 岬 鬟童 噗奄理曼 翼萋 噬b 墼 茎耋、 哩 垂l 娶 裂 4 -o 颦吾 ，、 基詈 薹姜 写 汇盎 喜差 程鼍 萄誊 萄考目v 搴留 嵇斑 i 卸= 噼 蛹墨 程 茸 鞯丑蝌磐g哩雌粗器晕鼍i-i僻 妇姆晤1 冁 戗曾h 壁 dij3甚。伽ulnipzo由一coee日寸兰三一：口。暑汕eo晷m dlco=2右芒一3i右cu曲。一h li盈u5舶c_；o舌u。cu：丁uhz凸-啦一co口o日d ee唁已叼cu口一1磐k 。磐划s埘嘲辱辙季斟婷均廿g呈u0颦日目丑茸薯。要窭擦嶙s垛州爿幂刊烈蝌峨g垦n潭晕#晡非骞旨兽专婪苌世苔-一鬻掣肖二琳 芒 - 苗 登! 薹 锚 ，、 乓苗 鲻 趟爆鲻酱 谢 露窨书薛 把 h 挥 称鬈灶 悟 忙旨 湖舰a避 。 j 吣世 ， 嫩 劁乓 摹蒌、 恤诽 州 + | 蚕莲 制鲻 芒星 螺称 山 轴 恤 空一 要暑窑 苫兰茎 至 苫= jj j j on n j 。、 n n2 蓁耋喜 岬叶叶 寸 o寸 宝 龟 n 一 一 n寸 g 磁” 面 旦 宴 殳 8蓑蓍兽 + 上 + + 士 0藿朝 赫 忘 差 嚣蛋0 藿量 雏斗莒 i鼋 赫 荸暑 *捌： 副 磐5 吾 嚣1 |嚣垂蠹重 爿 螽重 ；| 薹l 戛 醇吾鼎吾醇寻 雌2罐2牦 悻蒿 精 萑至逻 划 髦萤 皇毒 h 8 漆 。鑫 皤委 l _ 毫莹 | 詈 澍 碧 8是 翟 鬻 盅 | | | | 差 丘 l 乏 6 0 l 量 “ 绺鳃褂i 挑 戗螬卅妊 dl譬譬。锄eiziplxo_。=皇g q 与i i ；u u告曲co写*dl磊c011兰eu芒一皇苗=uoh ll厶p暑c一；o上0ucujf冀z(ik寸一co可冀日d芒劬o-勺eu(】c_一暑l 辣划鲁倒旱辱籁峭到划帕划譬暑柚、犟日早盈嚣鲁。丑茸螺嶙s垛州叫罩剖崭婚暑垦n援搴罩掣i茸拣笃言g饕幕世舌k口i|鬻掣-i样 螺 j k 划器 犀磐 g髻 骅睦乓 倒捌 书赶鲻 ， 嫩 咧 甚 鲻 豁创 辚描 诋 髻 懿相 捌 捌卧 粹h 魁瞥壑弩世 副赳 捌掣掣 掣利 刊捌 忙书 如扣缸 拍制 魁鲻 划筐 o 亳 、苗 ： 董 竺 饕蓬l ： 毛 ； 基 l 8 毒3 ；l 笔 童 鲁 鲽i 晕 差 耋 一 藿l 芝 糕 毒 毫圭 乏 乏 上_ j 芍型一 藿耄 竺壹 f 咎姆* 豫 例强制墼 2 硝化细菌的特征【郑士民等，1 9 8 3 硝化细菌是化能自养茁类群中的主要生理类群之一，其主要特征如下 硝化细菌的大多数种类都是专性化能的自养菌，除了维氏硝化杆菌中的某些 菌株能同化乙酸盐，进行兼性自养生长外，其它的种类几乎都不能在有机培 养基上生长，也不需要外源生长因素。并且亚硝酸细菌与硝酸细菌这两个生 理亚群对底物的要求非常专一，亚硝酸细菌以氨作为能源，硝酸细菌以亚硝 酸盐作为能源。 硝化细菌的所有种类均生长缓慢平均世代时间在1 0 小时以上。 硝化细菌均为专陆好气菌，以0 2 为最终电子受体。 无芽孢，都是g 一细菌。 对溶解氧、温度、p h 等外界因素的变化反应灵敏，易受外界环境的影响。 3 硝化细菌在自然界中的作用 硝化细菌在自然界的氮循环中起着非常重要的作用，它们可以通过硝化作用 把氨氧化成硝酸盐( 如图1 1 所示) ，是氮的生物地球化学循环中不可或缺的一 环 mt _ 马迪根2 0 0 t 。 图1 - 1自然界的氮素循环 博士论文 第一童绪论 硝化作用一般由两个阶段组成，第一阶段把氨氧化为亚硝酸盐，由亚硝酸细 菌完成： n 1 4 + + 1 了10 2 苎型n 0 2 + 2 h + 十h 2 0 + ( 2 4 2 7 3 5 1 4 3 x1 0 3 焦耳 第二阶段把亚硝酸盐氧化为硝酸盐，由硝酸细菌完成 n o l 2 。+ 0 2 堕熊重l ，n 0 3 - + ( “4 8 6 2 ) x1 0 3 焦耳 释放出的能量部分用于还原c 0 2 ，合成细胞物质。由此可以看出硝化作用在 自然界的氮循环中非常重要的环。 4 硝化细菌的生长 4 1 亚硝酸细菌生长的生化机制【m t 马迪根，2 0 0 1 1 亚硝酸细菌将氨氧化需要氧分子，第步由氨单加氧酶( a m m o n i a m o n o o x y g e n a s e ，a m o ) 参与并以n a d h 为电子供体。氨氧化的一个产物是羟胺 ( n h 2 0 h ) ，由于能量用于氧化n a d h ，此过程无能量。接着，羟胺被氧化为亚硝 酸盐，在这一步中通过一种细胞色素系统传递电子再经氧化磷酸化而形成a t p 。 ( 图1 2 ) 亚硝酸细菌： n h 3 + 0 2 + 2 h + + 2 e 呻n h 2 0 h + h 2 0 n h 2 0 h + h 2 0 + o 5 0 2 斗n 0 2 一十2 h 2 0 十一 总：n h 3 + 1 50 2 _ n 0 2 一+ h + + h 2 0 g “= - - 2 8 7 k j 反应 n h 3 被氨单加氧酶氧化产生羟胺( n h 2 0 h ) 和h 2 0 ，接着羟胺氧化还原酶将 n h 2 0 h 氧化成n 0 2 一，并转移4 个电子。氨单加氧酶是一种膜整合蛋白，而羟胺 氧化还原酶存在于周质中。氨单加氧酶催化的反应中：n h 3 + 0 2 + 2 h + + 2 e n h 2 0 h + h 2 0 需要两个外源电子将双氧中的一个氧原子还原为水。这些电子来自羟胺的 氧化并通过细胞色素c 和泛醌由羟胺氧化还原酶传递给氨单加氧酶。n