Pseudomonas stutzeri AY4菌株的脱氮特性及其在废水处理中的应用研究

本研究成功分离出一株具有高效异养硝化-好氧反硝化（HNAD）能力的Pseudomonas stutzeri AY4菌株，其在实验室条件下可将52.9%的NH4+-N和63.2%的NO3?-N转化为气态氮，实际养殖废水处理中总氮（TN）、NH4+-N和NO3?-N去除率分别达92.7%、95.8%和91.4%。通过qRT-PCR揭示了glnA、amtB等氮代谢基因的转录调控机制，为低碳氮比（C/N）废水处理提供了高效生物解决方案。

　　

菌株分类与鉴定

从中国沧州某养猪场废水处理池中分离出8株具有氮转化能力的菌株，其中AY4菌株的氮转化效率最高（81.1%）。经16S rRNA基因测序比对（NCBI登录号PQ319790），其与Pseudomonas stutzeri ATCC 17588相似度达99.4%。菌落呈圆形隆起、边缘不规则，电镜显示为杆状集群形态。

氮平衡分析

以NH₄⁺-N为氮源时，AY4在96小时内实现76.5%的氨氮去除率，52.9%转化为气态氮（gaseous-N）；以NO₃^?-N为氮源时，硝酸盐去除率和气态氮转化率分别达82.8%和63.2%。氮平衡方程显示，有机氮（organic-N）和胞内氮（intracellular-N）的积累量分别为18.76 mg/L和4.36 mg/L，证实了其同步硝化反硝化能力。

脱氮特性与优化

碳源选择：葡萄糖促进NH₄⁺-N去除（84.6%），而琥珀酸钠更利于NO₃^?-N反硝化。

C/N比：低碳氮比（C/N=6）下，NH₄⁺-N和NO₃^?-N去除率分别达83.7%和87.6%。

环境适应性：pH 7-8、30°C、180 rpm（DO 8.4 mg/L）为最优条件，低温（10°C）仍保持56.7%脱氮效率，展现广温适应性。

实际废水处理

接种AY4后，养殖废水中NH₄⁺-N浓度从83.4 mg/L降至3.5 mg/L（95.8%），TN和COD去除率分别为92.7%和95.8%，显著优于未接种对照组。动态监测显示，NH₄⁺-N去除速率达1.3 mg/L/h，高于同类菌株Raoultella ornithinolytica YX-4（0.6 mg/L/h）。

基因转录调控机制

qRT-PCR分析发现，氮同化基因glnA（谷氨酰胺合成酶）和amtB（铵转运蛋白）转录水平在24小时显著上调（7.3倍），反硝化基因nirB/nirD（亚硝酸盐还原酶）在72小时达峰值，而norZ（一氧化氮还原酶）未显著变化，提示硝酸盐可能以NO形式逸出而非N₂。

讨论与意义

AY4的广温、低C/N适应性使其适用于多变环境，其转录调控数据为解析HNAD微生物的氮代谢通路提供了新证据。该研究为联合国可持续发展目标（SDG6清洁水源、SDG13气候行动）提供了微生物技术支撑，未来可进一步优化菌群组合以提升工程化应用潜力。