《Science of The Total Environment》：Sulfammox in sediments of a natural wetland in northeastern Mexico: a sustainable approach to nitrogen and sulfur removal
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自然湿地中硫氨氧化过程及微生物群落研究。在墨西哥东北部两个湿地（Cachorritos和Azul turqueza）的沉积物中，通过控制微宇宙实验发现CHP湿地显著降低氨氮浓度（最高达41.38 mM），NH4+/SO4^2-摩尔比为2.45（92%），首次证实自然湿地存在硫氨氧化过程。宏基因组分析显示Chloroflexi、Chlorobi和Proteobacteria丰度显著提升。
里卡多·罗梅罗-阿古耶斯（Ricardo Romero-Arguelles）| 玛伊拉·A·戈麦斯-戈韦亚（Mayra A. Gómez-Govea）| 艾琳·E·阿达梅-马丁内斯（Aylin E. Adame-Martinez）| 安东尼奥·古兹曼-贝拉斯科（Antonio Guzman-Velazco）| 贾塞·I·冈萨雷斯-罗哈斯（José I. Gonzalez-Rojas）| 贾塞·G·哈姆-杜埃尼亚斯（José G. Ham-Due?as）| 赫克托·J·阿梅斯奎塔-加西亚（Hector J. Amezquita-Garcia）| E·埃米利亚·里奥斯-德尔托罗（E. Emilia Rios-Del Toro）
新莱昂自治大学（Universidad Autónoma de Nuevo León）生物科学学院分子与结构生理学实验室，墨西哥圣尼古拉斯-德洛斯加尔萨（San Nicolás de los Garza），邮编64460
摘要
在自然环境中同时去除氮化合物和硫酸盐化合物是一个重大的环境挑战。最近提出了一种名为“sulfammox”的微生物途径，该途径将厌氧铵氧化与硫酸盐还原相结合，作为去除这些污染物的可持续替代方法。在这项研究中，我们首次在墨西哥东北部一个自然湿地的沉积物中，在受控微宇宙条件下评估了sulfammox微生物群落的存在和活性。在为期四周的培养期间，分析了两个自然湿地（Cachorritos池塘（CHP）和Azul turqueza池塘（AZP）的物理化学参数、沉积物组成以及铵离子的动态变化。仅在中国池塘（CHP）中观察到铵离子浓度下降（最多降低了41.38 mM），其NH4+/SO42?的化学计量比为2.45（92%），证实了sulfammox过程的活性。宏基因组分析显示，与sulfammox过程相关的细菌门类（如Chloroflexi、Chlorobi和Proteobacteria）显著增加。这项研究首次报告了墨西哥自然湿地中的sulfammox活动，强调了这些生态系统作为自然处理系统的生态潜力，并支持将其纳入可持续生物修复策略中。
引言
水体中氮和硫化合物污染的不断增加是一个严重的环境问题，尤其是在农业和工业活动密集的地区（Camargo和Alonso，2006；Weldeslassie等人，2018；Zahoor和Mushtaq，2023）。在这种情况下，自然湿地由于其能够支持复杂的生物地球化学过程从而有助于去除营养物质，已成为减少污染物的关键生态系统（Imfeld等人，2009；Yousaf等人，2021；Overton等人，2023）。最近受到关注的一种过程是sulfammox（厌氧铵氧化与硫酸盐还原的耦合）。这一厌氧过程利用特定细菌将铵离子（NH4+）氧化，以硫酸盐（SO42?）作为电子受体，实现了这两种化合物的高效去除（Rios-Del Toro等人，2018；Dominika等人，2021；Liu等人，2021）。该过程无需预硝化，因此与其他方法相比更具经济性（Zhu等人，2022）。此外，sulfammox被认为是一种可持续且能源效率高的处理方法，因为它在厌氧条件下进行，不需要氧气或外部有机碳（Wu等人，2023）。
迄今为止，sulfammox主要在海洋环境中被报道，参与该过程的微生物属于Proteobacteria门。在该门中，已鉴定出Sulfurimonas、Desulfuromonadales、Desulfovibrio、Desulfuromonas、Desulfobulbus和Thiobacillus等属可能参与这一过程（Rios-Del Toro等人，2018）。大多数现有研究集中在连续流式生物反应器上，而对自然生态系统中的研究仍然较少（Dominika等人，2021；Li等人，2025；Liu等人，2021；Rios-Del Toro等人，2018）。关于湿地生态系统中这一过程的证据仍然有限，这突显了进行特定地点研究以验证其存在和有效性的必要性。鉴于湿地作为自然修复系统的重要性，了解这些环境中sulfammox的发生及其微生物基础为开发基于自然的污染控制策略提供了宝贵机会。本研究的目的是评估从墨西哥东北部自然湿地采集的两种不同沉积物进行sulfammox过程的能力。此外，还进行了宏基因组分析，以表征参与的细菌群落并识别可能介导sulfammox过程的微生物分类单元。
章节片段
沉积物采样与表征
沉积物样本取自Cachorritos池塘（CHP）和Azul turqueza池塘（AZP），这两个池塘均位于Ba?os San Ignacio自然湿地（BSI-NW）内。BSI-NW位于墨西哥新莱昂州的Linares市，地理坐标为24°53′31″-24°50′16″和99°17′50″-99°24′38″，如图1所示。从每个池塘中采集了三个沉积物芯样，深度位于沉积物-水界面以下50厘米处。样本立即被密封保存。
自然湿地中的硫酸盐还原型铵氧化
在沉积物样本中评估的物理化学参数中，CHP和AZP的温度分别为37.47 ± 0.47°C和37.35 ± 0.07°C。pH值略呈酸性至中性，CHP为6.99 ± 0.07，AZP为6.85 ± 0.03。总溶解固体浓度分别为6.3 ± 0.02和6.5 ± 0.04 ppt，电导率分别为CHP的3.18 ± 0.02 mS/cm和AZP的6.50 ± 0.04 mS/cm。如表1所示，CHP的沉积物中含有...
讨论
从水系统中去除氮和硫化合物是全球环境优先事项，因为它们与富营养化、地下水污染和生态影响密切相关（Liu等人，2023；Luan等人，2023）。传统技术常常存在局限性，因此需要探索基于自然的替代方法。其中，sulfammox（厌氧铵氧化与硫酸盐还原的耦合）是一种有前景的、能源高效且自养的途径...
结论
本研究的结果证明了墨西哥东北部一个自然湿地中存在sulfammox过程。CHP在硫酸盐存在的情况下表现出铵离子浓度的降低。NH4+氧化与SO42?还原之间的化学计量比支持了这一代谢途径的活跃存在，表明这些生态系统中可能存在同时去除氮和硫的天然途径。相比之下，AZP...
CRediT作者贡献声明
里卡多·罗梅罗-阿古耶斯（Ricardo Romero-Arguelles）：撰写——初稿、可视化、验证、调查、正式分析、数据管理。玛伊拉·A·戈麦斯-戈韦亚（Mayra A. Gómez-Govea）：撰写——审稿与编辑、方法学、资金获取。艾琳·E·阿达梅-马丁内斯（Aylin E. Adame-Martinez）：方法学、调查。安东尼奥·古兹曼-贝拉斯科（Antonio Guzman-Velazco）：验证、方法学、正式分析。贾塞·I·冈萨雷斯-罗哈斯（José I. Gonzalez-Rojas）：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。贾塞·G·哈姆-杜埃尼亚斯（José G. Ham-Due?as）：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
感谢Ba?os San Ignacio自然保护区的Gerardo de Jesús Guidi Kawas提供沉积物采样所需的设施。我们感谢Antonio Leija博士在土壤质地分析技术方面的宝贵指导。本研究得到了科学、人文、技术及创新部（SECIHTI）（项目编号CBF2023-2024-2946）和新莱昂自治大学（UANL）通过ProACTI项目的资助（项目编号52-CAAFE）。同时，也得到了IPICyT国家超级计算中心的支持。
