新型菌株 Paracoccus sp. TD-10 降解氨氮的代谢通路及分子机制研究：开启污水处理新征程

为解决高氨氮废水处理难题，研究人员以新型异养硝化好氧反硝化（HN-AD）菌株 Paracoccus sp. TD-10 为对象，研究其氨氮降解特性。结果表明该菌株在特定条件下氨氮降解率达 100%，还揭示了潜在代谢途径，为优化污水处理提供理论依据。

　　随着经济的快速发展，大量氨氮污染物涌入水体，这些废水化学需氧量（COD）高且氨氮含量超标，严重影响了自然生态系统的平衡。氮循环在维持生态平衡中起着关键作用，而氨氮污染导致了水生态系统的恶化，如水体富营养化、水生生物减少等问题，这极大地阻碍了中国环境可持续发展的进程。因此，处理高氨氮废水迫在眉睫。

在众多污水处理方法中，利用异养硝化好氧反硝化（HN-AD）细菌去除废水中的氮污染物备受关注。HN-AD 细菌能够在有氧条件下同时进行硝化和反硝化作用，相比传统方法具有诸多优势，比如对氨氮耐受性高、降解效率高、环境适应性强等。近年来，各国研究人员从不同环境中分离出多种 HN-AD 细菌，但对于 Paracoccus 属细菌在氨氮降解性能和代谢机制方面的研究还存在明显不足。

为了填补这一研究空白，来自国内相关研究机构的研究人员以从广州茂名石化污水处理池分离出的 Paracoccus sp. TD-10 菌株为研究对象，深入探究其氨氮降解特性，旨在为优化污水处理过程提供理论支持。该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。

研究人员开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先，利用下一代测序（NGS）技术中的 Illumina 平台和第三代测序技术（Nanopore）对细菌基因组进行全面分析，通过这两种技术的结合，能够更准确地获取细菌的基因信息。其次，通过建立 0 - 72 小时的氮平衡，定量评估水中氮的分布，以此来研究菌株的氮代谢途径。

下面详细介绍研究结果：

• 实验菌株：本研究使用的菌株 Paracoccus sp. TD-10（保藏号：CGMCC No.19059）分离自广州茂名石化污水处理池，经实验室预富集培养后，被鉴定为 HN-AD 细菌 Paracoccus 属。这一菌株的成功分离为后续研究奠定了基础。
• 全基因组分析：研究人员综合运用 Illumina 和 Nanopore 测序技术对 TD-10 菌株进行全基因组分析。其中，NGS 平均测序深度为 273.2X，第三代测序平均深度约 289.31X。通过对测序数据的分析，为揭示菌株的氨氮降解机制提供了基因层面的依据。
• 氨氮降解能力评估：在 pH 9.0、28℃、初始 NH??浓度为 100.0 mg/L 且以醋酸钠为碳源和能源的特定条件下，研究人员对 TD-10 菌株的氨氮降解能力进行评估。结果显示，该菌株的氨氮降解率达到 100%，表明其在特定条件下具有极强的氨氮降解能力。
• 潜在氨氮降解途径探究：通过全基因组分析、功能基因鉴定以及氮平衡研究，研究人员推测出菌株 TD-10 潜在的氨氮降解途径。其中一条途径为 NO??-N → NO??-N → NO → N?O → N?，另一条途径为 NH??-N → Gln（谷氨酰胺） → Glu（谷氨酸）。这一发现有助于深入理解菌株的氨氮代谢机制。

研究结论表明，Paracoccus sp. TD-10 菌株是一种具有强大氨氮降解能力的 HN-AD 细菌，它能够有效降解废水中的氨氮和硝酸盐氮。其优异的氨氮降解效率，以及防止亚硝酸盐和硝酸盐氮积累的能力，为优化 HN-AD 细菌在污水氨氮降解过程中的应用提供了坚实的理论基础。

这项研究具有重要意义。一方面，它填补了 Paracoccus 属细菌氨氮降解机制研究的空白，为深入了解这类细菌的代谢特性提供了关键信息。另一方面，研究成果为实际污水处理提供了新的思路和理论依据，有助于推动污水处理技术的发展，对解决工业废水氨氮污染问题具有积极的指导作用，有望在未来的污水处理领域得到广泛应用，从而助力实现环境的可持续发展。