锰氧化还原耦合反硝化菌株Pseudomonas sp. XFQ的双功能比较与潜在机制：高效脱氮与锰循环协同强化

为解决工业农业活动导致的水体中硝酸盐（NO3 - -N）和锰（Mn）复合污染问题，研究人员从渭河沉积物中分离出菌株Pseudomonas sp. XFQ，系统研究了其通过Mn(Ⅱ)氧化和Mn(Ⅳ)还原耦合实现高效脱氮的双功能特性。结果表明，该菌株在最佳条件下12小时内NO3 - -N去除率达98%，添加没食子酸（GA）后Mn(Ⅳ)还原系统脱氮效率提升至99%，并协同降解双氯芬酸（DCF）。该研究为复杂废水净化提供了新型微生物技术范式。

　　

水环境污染已成为全球性挑战，工业农业密集区水体中硝酸盐（NO₃
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-N）、锰（Mn）和药物残留物双氯芬酸（DCF）的复合污染尤为突出。硝酸盐引发富营养化风险，锰过量暴露导致神经毒性，而DCF作为持久性有机污染物威胁生态健康。传统生物脱氮技术受限于碳源需求和环境敏感性，亟需开发高效协同处理方案。

针对这一难题，西安建筑科技大学的研究团队从渭河沉积物中分离出具有锰氧化还原双功能的菌株Pseudomonas sp. XFQ，通过多组实验系统解析了其耦合脱氮机制。研究发现该菌株在Mn(Ⅱ)氧化系统中（碳氮比=2.0，Mn(Ⅱ)=10 mg/L，pH=7.0）12小时即可实现98%的NO₃
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-N去除；而在Mn(Ⅳ)还原系统中，添加500 mg/L MnO₂
后脱氮效率达99%。通过比较两种系统发现，Mn(Ⅳ)还原系统的硝酸还原酶活性、电子传递能力和Mn(III)强度均较低。引入植物源没食子酸（GA）后，通过稳定Mn(III)复合物、增强电子传递链活性和脱氮酶活性，不仅提升脱氮效率，还使DCF的共代谢降解率显著提高。

研究采用16S rRNA基因测序鉴定菌种，通过扫描电镜（SEM）观察形态特征，结合X射线光电子能谱（XPS）分析锰价态转化，并测定关键酶活性和电子传递体系参数。在Mn(Ⅳ)还原系统中，通过调控GA浓度优化Mn(III)介导的氧化还原反应，同步监测NO₃
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-N和DCF降解动力学。

微生物形态分析显示，XFQ菌株呈杆状（约1 μm），与Pseudomonas aeruginosa DSM 50071有99%同源性。在Mn(Ⅱ)氧化系统中，菌体通过产生Mn(III)中间体加速电子传递；而Mn(Ⅳ)还原系统则依赖外源MnO₂
作为电子受体。GA的引入使Mn(III)半衰期延长3.2倍，电子转移容量提升47%，同时刺激超氧化物歧化酶（SOD）活性升高28%，有效缓解锰毒性。环境意义部分强调，该技术为低C/N废水处理提供了新思路，通过微生物-锰-植物多酚协同作用，实现污染物"一菌三除"的效果。

结论表明，Pseudomonas sp. XFQ构建的锰循环耦合系统突破了传统脱氮技术局限，GA的介导使Mn(Ⅳ)还原系统脱氮速率提高1.8倍，DCF去除率同步增加至91%。该研究不仅阐明了Mn(III)稳态调控对污染物转化的核心作用，更为工业农业复合污染水体的生物修复提供了理论依据和技术支撑。论文发表于《Journal of Hazardous Materials》，相关技术已申请中国发明专利。