近日，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院周禮杰副教授團(tuán)隊(duì)在期刊《Journal of Cleaner Production》（影響因子11.1，中科院JCR 1區(qū)，TOP期刊）上發(fā)表了題為《Functional bacteria and their genes encoding for key enzymes in hydrogen-driven autotrophic denitrification with sulfate loading》的研究論文。該團(tuán)隊(duì)周禮杰副教授為論文第一通訊作者，碩士研究生吳菲為論文第一作者，深圳大學(xué)為第一作者單位及通訊單位。

氫基質(zhì)膜生物膜反應(yīng)器（H2-MBfR）是一種氣體轉(zhuǎn)移型膜生物反應(yīng)器，用于自養(yǎng)脫氮。氫氣被認(rèn)為是自養(yǎng)脫氮的優(yōu)質(zhì)電子供體，因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)和溫室氣體，同時(shí)比有機(jī)電子供體便宜。盡管H2的水溶性較低，但它可以通過膜孔以無泡方式擴(kuò)散到生物膜中，以實(shí)現(xiàn)H2-MBfR中硝酸鹽的還原。硫酸鹽不僅對(duì)膜生物膜反應(yīng)器中的微生物群落有很大影響，而且對(duì)硝酸鹽還原的功能基因也有直接影響，但很少有研究將它們聯(lián)系起來。

針對(duì)上述問題，本研究利用宏基因組技術(shù)研究了氫自養(yǎng)反硝化過程中的功能細(xì)菌及其編碼關(guān)鍵酶的基因在不同的硫酸鹽含量下的變化，分析了硝酸鹽和亞硝酸鹽的降解情況和硝酸鹽的去除率。最后，利用宏基因組技術(shù)分析了微生物群落的結(jié)構(gòu)和變化，并分析了編碼氫驅(qū)動(dòng)自養(yǎng)反硝化關(guān)鍵酶的基因，以更好地了解硫酸鹽影響硝酸鹽去除的機(jī)制。

圖1 氫基質(zhì)膜生物膜反應(yīng)器性能a) 脫氮效率 b) 微生物群落結(jié)構(gòu)

圖2 氫基質(zhì)膜生物膜反應(yīng)器中不同階段功能基因的變化

這些結(jié)果表明：硝酸鹽作為唯一的電子受體，基本上被100%去除。但SO42-導(dǎo)致硝酸鹽去除率降低到90% 以下。硫酸鹽負(fù)載取代了Dechloromonas（第一階段）和Thauera（第二和第三階段）作為優(yōu)勢(shì)屬，而它們都包含編碼反硝化酶的所有功能基因。此外，Acidovorax 也是優(yōu)勢(shì)屬（第2階段和第3階段），但它的豐度遠(yuǎn)不如Thauera。編碼硝酸鹽還原酶的基因在所有階段都是最豐富的，但隨著SO42-的增加而減少。其中，napB在SO42-環(huán)境下占硝酸還原酶功能基因的最大比例。相比 napA 基因，功能細(xì)菌Dechloromonas 和 Thauera具有更多的 napB 基因。因此，硫酸鹽抑制了自養(yǎng)反硝化作用，特別是抑制了Dechloromonas及其功能基因napB。本研究為更好地了解硫酸鹽對(duì)反硝化過程的影響，特別是關(guān)鍵微生物功能基因?qū)ο跛猁}去除具有重要意義。

這項(xiàng)工作得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、深圳市自然科學(xué)基金的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624003482

（來源 深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）