好氧条件下高溶解氧刺激异化硝酸盐 / 亚硝酸盐还原为铵的新发现

为解决全球氮污染及氮肥利用率低的问题，研究人员对链霉菌 EM-B2 的异化硝酸盐还原为铵（DNRA）过程展开研究。发现该菌株在好氧条件下 DNRA 效率达 80.24%，且更适应高亚硝酸盐比例体系，为氮污染治理和氮肥管理提供新思路。

　　在全球农业高速发展的背景下，氮素作为植物生长必需的营养元素，其过度使用引发的环境问题日益严峻。人类活动如农业施肥、畜牧业排污等向自然生态系统输入大量氮素，导致土壤酸化、水体富营养化等生态危机。据统计，全球每年氮肥投入达 3260 万吨，然而约 70% 的氮肥未被作物吸收，以硝酸盐（NO₃^-）和亚硝酸盐（NO₂^-）形式流失，成为环境污染的重要源头。传统认知中，异化硝酸盐还原为铵（Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium, DNRA）这一能将无机氮转化为铵（NH₄⁺）并保留在土壤中的关键过程，多被认为仅在厌氧条件下发生，且相关研究主要聚焦于细菌和真菌，放线菌的潜力长期被忽视。

为突破现有局限，探索更高效的氮污染治理途径，中国研究人员针对放线菌在好氧条件下的 DNRA 能力展开研究。以链霉菌 EM-B2（Streptomyces mediolani EM-B2）为研究对象，深入探究其在不同环境因子下的代谢特性，相关成果发表于《Environmental Technology》。

研究人员采用单因素实验、氮平衡分析、不同氧条件对比等技术方法，系统考察了碳源、碳氮比（C/N）、溶解氧浓度、温度、pH 值、接种量等因素对链霉菌 EM-B2 DNRA 过程的影响，并分析了其在单一及混合氮源体系中的代谢规律。

3.1 高效 DNRA 的环境因子优化

• 碳源筛选：通过对比葡萄糖、柠檬酸钠等碳源，发现葡萄糖作为碳源时，NO₃^-转化率达 83.96%，铵氮生成量显著最高，表明小分子碳源更利于 DNRA。
• C/N 比影响：C/N 比在 15-25 范围内时，铵氮浓度达 60 mg/L 以上，高 C/N 比可促进 DNRA，与多数微生物需低 C/N 比的特性不同，显示该菌株在富碳环境中的优势。
• 溶解氧效应：溶解氧浓度≥3.95 mg/L 时，菌株 DNRA 能力显著提升，在 6.75 mg/L 时 NO₃^-转化率和铵氮生成率均超 78%，证实好氧条件是其高效代谢的关键。
• 温度与 pH 适应性：23-33℃范围内均能高效产铵，最适温度 28℃；pH 6.2-9.2 区间内维持活性，碱性环境更优，展现广泛环境适应性。
• 接种量优化：接种量 3.85-5.85 g/L 时，铵氮产量随接种量增加而升高，过高接种量可能因菌体自溶导致氮释放。

3.2 氮平衡分析

以 NO₃^-和 NO₂^-为单一氮源时，超 71% 的初始总氮（TN）转化为铵氮，氮损失率低于其他报道菌株，表明 DNRA 是主要代谢途径，且伴随少量反硝化作用。

3.3 好氧与厌氧条件对比

• 硝酸盐体系：厌氧条件下菌株几乎不产铵，NO₃^-未被转化，菌体生长停滞；好氧条件下铵氮浓度达 63.61 mg/L，转化率 80.83%，证实其严格好氧特性。
• 亚硝酸盐体系：厌氧时亚硝酸盐几乎不被还原，好氧时转化率 82.20%，铵氮生成量 63.78 mg/L，表明亚硝酸盐还原亦依赖氧气。

3.4 氮源比例效应

在 NO₃^-/NO₂^-混合体系中，高亚硝酸盐比例（如比例 0.25）显著促进 DNRA，铵氮产量达 77.40 mg/L，推测与亚硝酸盐抑制反硝化基因、热力学优势有关。

3.5 高硝酸盐耐受性

即使在 500 mg/L 高浓度 NO₃^-条件下，菌株仍能产铵，转化率超 50%，且亚硝酸盐积累量极低，显示其在重度氮污染土壤中的应用潜力。

结论与意义：链霉菌 EM-B2 是首个被报道在好氧条件下高效进行 DNRA 的放线菌，其代谢过程依赖高溶解氧，且对高 C/N 比、宽 pH 范围及高硝酸盐浓度具有独特耐受性。研究首次证实放线菌在好氧环境中的 DNRA 潜力，突破了传统认为 DNRA 主要发生于厌氧条件的认知，为农田氮素管理、污染修复提供了新菌种资源和理论依据。通过调控环境因子（如提升溶解氧、优化碳氮比），可强化该菌株的铵转化效率，有望减少氮肥流失、缓解氮污染，推动绿色农业和生态治理技术的发展。