一种异养硝化-好氧反硝化细菌 鲍曼不动杆菌（Acinetobacter sp. WZ-1）：具备卓越的耐受性及独特的氮代谢途径

《Water Research》：A heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacterium Acinetobacter sp. WZ-1: the superior stress resistance and the unconventional nitrogen metabolic pathways

高效去除氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌株Acinetobacter sp. WZ-1的适应性及代谢途径研究。

　　异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）细菌在废水处理中展现出了卓越的氮去除能力，尤其在处理高氨氮废水方面具有独特的适应性和效率。本研究中，从市政污水处理厂的活性污泥中分离出两种HN-AD菌株，并分别鉴定为*Acinetobacter* sp. WZ-1和*Rhodococcus* sp. JY-5。通过同位素实验和基因组分析，揭示了WZ-1在氮去除方面的特殊能力，特别是在极端环境下的表现。研究发现，WZ-1在初始pH值为5和9时，对NH??-N的去除效率分别达到了85.15%和97.06%。在40°C的高温条件下，其去除效率仍保持在80.66%，这表明WZ-1对高温具有较强的适应能力。此外，研究还发现，高碳氮比（C/N）对两种菌株的生长和氮去除能力产生了显著的抑制作用，但WZ-1在低C/N比（4-8）条件下，依然能够实现47.15%-87.68%的NH??-N去除效率，这表明其在高pH和低C/N比的高氨氮废水中具有应用潜力。

HN-AD细菌能够同时进行硝化和反硝化反应，这一特性使其在废水处理中具有显著优势。传统的硝化-反硝化过程通常需要在不同的环境条件下分别进行，而HN-AD细菌可以在单一的好氧环境中完成这一过程，这不仅简化了工艺流程，还降低了运行成本和能耗。然而，传统的生物处理方法在面对环境变化时，如pH波动、温度变化和C/N比的不稳定性，往往表现出较差的适应能力。因此，筛选和评估具有高环境适应性的HN-AD菌株对于提高废水处理的稳定性和效率具有重要意义。

在本研究中，通过一系列实验分析了WZ-1和JY-5在不同环境条件下的表现。结果表明，WZ-1在pH值为5至9的范围内均能有效去除NH??-N，而JY-5则仅在pH值6至9之间表现出良好的去除能力。此外，WZ-1在高温条件下的表现优于JY-5，其在40°C时的去除效率仍高达80.66%，说明其在高温环境下的耐受性更强。相比之下，JY-5在温度低于25°C或高于35°C时，其生长和去除效率显著下降。这些结果表明，WZ-1在面对极端环境条件时具有更强的适应能力，这使其成为处理高氨氮废水的潜在候选菌株。

除了pH和温度的影响，C/N比对HN-AD菌株的氮去除能力也有重要影响。研究发现，在中性条件（pH=7）下，WZ-1和JY-5的NH??-N去除效率随着C/N比的增加而提高，但当C/N比升高至15-30时，JY-5的去除效率显著下降，而WZ-1仍能保持较高的去除能力。在碱性条件（pH=9）下，高C/N比对WZ-1和JY-5的生长和氮去除能力均产生了抑制作用，但WZ-1在低C/N比（4-8）时仍能实现显著的NH??-N去除。这说明WZ-1在碱性环境和低C/N比条件下具有更强的适应性，可能更适合用于处理实际环境中常见的高氨氮废水。

通过基因组分析和中间产物检测，进一步揭示了WZ-1的氮代谢途径。传统意义上的硝化-反硝化过程通常依赖于*amo*、*hao*、*nirKS*、*norBD*和*nosZ*等基因，但WZ-1基因组中并未发现这些传统基因。相反，研究发现WZ-1中存在*flavorubredoxin*和*NosD*蛋白相关基因，这可能参与了硝酸盐和亚硝酸盐的还原过程。此外，WZ-1的硝酸盐生成归因于NO的氧化，这与*hmp*基因的存在有关。这一发现表明，WZ-1可能通过一种非传统的氮代谢途径实现氮去除，即NH??→NH?OH→NO→NO??→NO??→NO→N?O→N?。这一非传统途径的发现为理解HN-AD细菌的氮去除机制提供了新的视角，并提示可能有未被报道的酶和蛋白质参与其中。

进一步的分析表明，WZ-1的氮代谢不仅涉及硝化和反硝化过程，还包括氨的生物同化。通过基因组数据，研究发现WZ-1能够通过*glnA*和*gltBD*基因将NH??-N同化为谷氨酸，同时，*gdhA*基因也可能直接参与这一过程。这种高效的同化能力有助于提高HN-AD菌株对高浓度自由氨（FA）的耐受性，这对于处理实际废水中的高氨氮污染具有重要意义。

综上所述，本研究不仅筛选出了一种具有优异环境适应能力的HN-AD菌株WZ-1，还揭示了其独特的氮代谢途径。WZ-1在极端环境条件下表现出色，这使其成为处理高氨氮废水的理想候选菌株。此外，WZ-1的非传统氮代谢途径可能涉及一些尚未被广泛研究的酶和蛋白质，这为未来进一步探索其代谢机制提供了新的方向。这些发现不仅有助于优化废水处理工艺，还可能推动新型生物处理技术的发展，提高氮去除效率并降低运行成本。