不同降温策略下混合硝化细菌的硝化性能，活性和群落动态研究
Mixed nitrifying bacteria culture under different temperature dropping strategies: Nitrification performance, activity, and community
发表期刊： Chemosphere
影响因子： 4.208
发表单位： 中国科学院成都生物研究所
技术手段： 16S rDNA测序(联川生物提供)
研究背景
硝化作用是微生物介导的氨（NH4 + -N）氧化为**盐（NO3--N）的过程，在水环境氮循环中起着核心作用。影响硝化过程稳定性和效率的主要因素之一是寒冷季节温度的降低。近年来，一些研究集中在硝化性能对不同降温策略的响应上，以确定温度对硝化速率的影响。
据了解，低温主要影响微生物代谢速率，导致硝化作用减弱。而这个问题在废水处理中尤为突出。作为主要能源存在于所有生物体中的5'-三磷酸腺苷（ATP）常被用作显示微生物活性的生物标志物。之前的研究中，观察到活性污泥的ATP水平随着温度的升高而增加。在25℃时，ATP水平比15℃高1.5倍。一般来说，化学品，盐类或低温胁迫引起的氧化应激会对微生物产生不利影响。为了减轻微生物细胞的损伤，微生物细胞中诱导的抗氧化酶会对氧化应激产生反应。最近的一项研究表明，当温度从25℃降至10℃（2℃/d）时，活性污泥中的超氧化物歧化酶（SOD）活性与NH4 + -N去除率密切相关。
研究表明，低温影响硝化细菌的代谢活性，抗氧化酶活性和硝化细菌的微生物群落。不同的降温策略也会导致不同的硝化性能。但是，对于哪种降温策略更有利于低温保存硝化活性，以及这些指标如何对不同的降温策略做出反应，尚缺乏全面的认识。
本研究的目的是研究不同降温策略下硝化细菌的硝化速率，代谢活性（ATP），抗氧化酶活性（SOD）以及细菌群落动态。包括：①温度从20℃急剧降低到10℃；②在20℃下适应6天，之后快速下降到10℃；③温度逐渐从20℃降至10℃。分析了以上不同降温策略下硝化细菌的响应差异。提出了潜在利用低温硝化的策略。
取材：
将培养3天的混合硝化细菌经以下处理后，取1~4号样本中培养第1,7,23天的菌体进行16S rDNA测序及后续分析：
1号， 对照组，20℃培养25天;
2号， 处理组1，20℃急剧降低到10℃，于10℃继续培养25天;
3号， 处理组2，20℃下先适应6天，再置于10℃继续培养19天;
4号， 处理组3，逐渐降温（1.4℃/ d）6天至温度为10℃后，继续培养19天。
本研究评估了不同降温策略下混合硝化细菌的硝化性能，代谢活性，抗氧化酶活性以及细菌群落变化。结果表明，在20℃下适应6天的样本在10℃保持更好的硝化活性。硝化细菌的亚**盐氧化能力与相对光单位（RLU）（p <0.05）和超氧化物歧化酶（SOD）酶活性的波动（p <0.01）显著相关。3号样本中显示出最高的RLU水平，并且与2号和4号样本相比，SOD酶的波动最小。
在整个实验期间，亚硝化螺菌和亚硝化单胞菌以及硝化螺菌被确定为主要的氨氧化细菌（AOB）和**盐氧化细菌（NOB）。在温度逐渐降低的处理组中发现亚硝化螺菌更为丰富，亚硝化单胞菌更适应中温（20℃）条件。而硝化螺菌对突然降温条件的适应性更强。
在2~4号样本中，AOB / NOB的比值和硝化活性的动态变化表明，AOB比NOB对温度更敏感，但在长期10℃暴露后AOB比NOB表现出较高的可恢复性，并且硝化性能主要受NOB亚**盐氧化能力的限制。
在20℃下适应6天有利于混合硝化细菌培养物应对低温（10℃）胁迫，提高了低温胁迫条件下混合硝化细菌培养物的耐受性和可恢复性，这可能是由于代谢活性的维持，抗氧化酶活性的稳定性以及适当的AOB / NOB比。
图 不同降温策略下的硝化性能
参考文献
Chen M, Chen Y, Dong S, et al. Mixed nitrifying bacteria culture under different temperature dropping strategies: Nitrification performance, activity, and community. [J]. Chemosphere, 2018, 195:800-809.
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