厌氧氨氧化菌.pptx

文档介绍：厌氧氨氧化菌
厌氧氨氧化细菌( anammox) 可以将亚硝酸盐和氨氮转化为氮气从而缩短氨氮转化的过程,它已经成为新型生物污水脱氮技术研究的热点之一。当前,有关厌氧氨氧化菌特有的生理结构特点、种群分类及其功能酶等方面的研究取得了一定突破,为实现其工业应用奠定了良好的理论基础; 同时分子生物学技术在厌氧氨氧化细菌种群分布、群落多样性及其共生关系等方面的应用也大大促进了污水生物脱氮技术的革新和进步。
总结厌氧氨氧化菌主要的生理生化特点、细胞结构特点、脱氮机理、污水处理体系中的应用以及分子生物学方法对污水处理体系中厌氧氨氧化菌种群分析的研究现状,并指出未来anammox 细菌在生物特性及在污水脱氮处理实际应用的研究中的热点问题。
概述
在厌氧条件下,ANAMMOX 细菌以羟胺和肼为中间产物,将亚硝酸盐和氨氮转化为氮气。随着多种生物化学方法研究的深入,研究者发现ANAMMOX细菌广泛生存于包括海洋水体、海洋沉积物、厌氧水体、淡水湖泊以及温泉等在内的自然环境中。在海洋环境中,约50%的氮转化是由于ANAMMOX细菌的厌氧氨氧化作用产生的,这一重要发现改变了人们对于海洋环境中氮循环的传统观点: 海洋环境中氮气的产生只依赖于反硝化作用。在多种人工构建的污水生物处理体系中, ANAMMOX 细菌也在发挥着重要作用。基于ANAMMOX细菌的氨氮转化特点研制开发的ANAMMOX、SHARON-ANAMMOX、CANON 等新兴的生物脱氮技术为生物脱氮领域带来了技术革新,使人们能够逐步地摆脱传统脱氮工艺高成本、高消耗的束缚,实现真正意义上的节能减排。
厌氧氨氧化菌的生理生化特点
生理结构特点:
Anammox 细菌是一类生长缓慢的微生物,世代周期约为10—12d; 菌体呈球菌状,直径不足1μm; 对光和氧气等较敏感。当前,还未获得anammox 细菌的纯培养菌株,在对anammox 细菌进行富集培养时,会发现anammox 污泥颜色由棕色变为深红色
Anammox 细菌的细胞结构以及氧化还原过程都呈现出与其它细菌不同的特点:
Anammox 细胞中的脂质由酯-脂肪酸和醚-脂肪酸两类组成,这些膜脂质呈环形阶梯状,并成为独特的梯形膜脂质,目前只在anammox 细菌中发现有梯形膜脂质的存在。
Anammox 细菌具有独特的细胞结构—厌氧氨氧化体,作为厌氧氨氧化作用以及能量代谢的场所,膜上附着有反应所需的酶。厌氧氨氧化体的膜是多种梯形膜脂质结构,其结构硬度和形状决定了细胞生物膜特殊的密度和非渗透性,可以有效地减少中间产物肼和质子的流失以避免能量损失,同时阻止毒性的中间产物肼扩散到细胞质中。
分子生物学鉴定
16S rRNA 基因分析认为anammox 细菌是浮酶状菌门( Phylum Planctomycetales) 分支进化而来的一类自养群体。至今,已报道的anammox 细菌分属于5 个可能的属,分别是: Candidutus “Brocadia”、Candidatus“Kuenenia”、Candidatus“Scalindua”、Candidatus“Anammoxoglobus”和Candidatus“Jettenia”。
利用分子生物学方法对不同生态环境中厌氧氨氧化细菌进行观察和鉴定,发现其多样性有3个特点:
(1) 所有已发现的anammox 细菌的16S rRNA 基因序列与浮酶状菌( Planctomycetes) 的分支的16S rRNA基因序列有很高的相似性;
(2) anammox 细菌广泛存在于自然和人工环境中。
在深海厌氧污泥、海洋紊流处污泥、富含有机质的淡水污泥、水生附着生物为主的好氧污泥、古冻土冻结污泥、陆面多种水体、多种污水处理系统以及热带、温带、寒带的厌氧海洋环境中均发现有anammox 细菌的存在。
利用分子生物学方法对不同生态环境中厌氧氨氧化细菌进行观察和鉴定,发现其多样性有3个特点:
(3) 不同的生态环境中,anammox 细菌会呈现不同的分布和多样性。

存在这样的可能: 一种菌种倾向于一种单一的生存环境。当前基于anammox 细菌16S rRNA 基因的种群多样性分析发现: 在厌氧海洋环境中只发现了类Candidutus “Scalindua”细菌的存在;而Candidutus “Brocadia”、Candidatus “Kuenenia”、Candidatus“Anammoxoglobus”倾向于在厌氧淡水等水体中生存。
厌氧氨氧化作用及其分子作用机理
厌氧氨氧化反应发生在厌氧氨氧化体和细胞质内。在细胞质中,4 个电子与5 个质子在亚硝酸盐还原酶作用下将亚硝酸盐还原生成羟胺,也有研究发现anammox 基因中存在有编码亚硝酸盐—NO 的氧化还原酶,说明亚硝酸