闭合回路电子流强化硝酸盐异化还原为铵性能及功能菌群分析

摘要：

硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮循环中的一个重要过程,DNRA能够将硝酸盐还原为铵,是将活性氮保留在自然生态系统中的重要路径.然而,DNRA的效率仍然较低,其内在反应机理仍然不清楚.本研究采用自主搭建的电强化-DNRA(E-DNRA)连续流式反应器,利用闭合回路电子流构建单个细菌周围强还原环境,以提高细菌周围局部微环境的电子供体比例,进而提高DNRA效率.据此,进一步深入探究了电子流强化DNRA过程的内在反应机理及DNRA功能菌的群落特征.结果表明,电阻为50 Ω,水力停留时间为20 h,电极面积为847 cm2时可以有效提高硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的活性,反应器中c(NH4+)/c(NO3-)最高可达79.1％.胞外聚合物(EPS)、电子传递系统活性(ESTA)及NADH分析表明,电子流促进了电极生物膜上各菌属的生物的活性.宏基因分析结果表明,反应器内Thauera、Azonexus、Cupriavidus、Pseudomonas为主要功能菌属.以nrfA基因编码的细胞色素c型亚硝酸盐还原酶在电子流的作用下由0.18％升高至32.84％,促进了细胞周质内DNRA过程的发生;以nirB基因编码的NADH依赖型亚硝酸盐还原酶在电子流的作用下由6.05％升高至12.71％,强化了细胞质内DNRA过程的发生.研究结果将为开发强化的DNRA技术提供新策略.

关键词：硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、电活性菌、电子流、生物代谢通路、宏基因组

所属期刊栏目：43

分类号：X703(一般性问题)

资助基金：国家自然科学基金;陕西省重点研发计划项目

在线出版日期：2023-05-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：217-227