《Alcaligenes faecalis strain NR 異養脫氮途徑及其酶調控機制》是依託重慶大學，由趙彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Alcaligenes faecalis strain NR 異養脫氮途徑及其酶調控機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙彬
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
經典的生物脫氮是基於自養菌和異養菌分別在好氧和缺（厭）氧條件下的硝化和反硝化作用序批進行的。但已有研究證實在完全好氧條件下某些異養細菌能獨立完成整個生物脫氮過程。對此，可能存在NH4+→NH2OH→N2O→N2這一新的脫氮代謝途徑。但上述途徑目前尚缺乏足夠的科學與實驗證據。本項目以申請人已經分離獲得的異養菌A. faecalis strain NR為研究對象，擬採用同位素示蹤、關鍵酶分離純化、編碼基因測序和化學計量學原理，通過對其異養脫氮性能、物質代謝途徑、關鍵功能酶及其編碼基因的研究，確認其異養脫氮的途徑，最佳化影響其脫氮性能的工藝因素，初步揭示這一脫氮途徑產生的根源與調控機制，為深入了解異養菌的脫氮性能、豐富和發展生物脫氮理論提供知識積累，為構建高效生物脫氮工程菌進而開發新型生物脫氮技術提供理論依據。
結題摘要
本項目以已分離獲得的異養菌A. faecalis strain NR 為研究對象，考察該菌株異養脫氮性能以及影響其脫氮性能的因素；通過物質代謝途徑分析和15N示蹤技術探明其異養脫氮途徑；通過對調控這一脫氮過程的關鍵酶及其編碼基因的研究初步揭示這一脫氮途徑產生的根源。得到的結論如下：從非自養性、異養性、好氧性、脫氮性、氮平衡等多方證明了 A. faecalis strain NR具有異養脫氮能力。適宜的脫氮條件為檸檬酸三鈉為碳源，搖床轉速121.3 rpm，溫度29.5 °C，pH 7.2，C/N 9.6，Mg2+對菌株NR脫氮的貢獻最大，Zn2+次之。物質代謝途徑分析和15N示蹤表明A. faecalis strain NR仍然存在著與傳統脫氮途徑相似的氮代謝途徑，即NH4+-N → NH2OH → NO2--N →NO3--N和NO3--N → NO2--N → N2O → N2。此外，A. faecalis strain NR還存在著一條新的代謝途徑，即NH4+-N → NH2OH → N2O → N2。通過對脫氮過程中的關鍵酶（HAO，Nar和Nir）酶活性及其代謝產物的檢測，從酶學角度進一步證明了上述兩條脫氮途徑的存在。在氮代謝過程中HAO起著將羥胺氧化成亞硝酸鹽和氧化亞氮的雙重作用。HAO的酶活性在溫度為30℃和pH為8時最大，Ca2+對HAO活性有明顯的提升，Mn2+的加入使得HAO活性下降。DEAE Cartridge柱純化表明，HAO可能有兩個亞基，其大小在50 kDa 和25 kDa。通過PCR獲取菌株NR的Nir序列，結果表明菌株NR的Nir與銅離子結合型亞硝酸鹽還原酶（NirK）相似度極高。NirK可將亞硝酸鹽還原，這是菌株NR能將亞硝酸鹽轉化成氣態產物的原因。通過PCR獲取菌株NR的HAO的序列，結果表明菌株NR的HAO序列與傳統的HAO序列存在很大的不同。傳統的HAO是將羥胺轉化為亞硝酸鹽，而在菌株NR中，HAO除了能將羥胺轉化為亞硝酸鹽，還能將其轉化為氧化亞氮。因此，基因序列的不同是菌株NR能將羥胺轉化成氣態產物的原因。有關這一新型HAO及其基因序列的研究還需要進一步深入開展。本研究對深入了解異養菌的脫氮性能、豐富和發展生物脫氮理論提供了知識積累，為構建高效生物脫氮工程菌進而開發新型生物脫氮技術提供了理論依據。
