近日，深圳大學化學與環境工程學院周禮杰副教授團隊在期刊《Journal of Cleaner Production》（影響因子11.1，中科院JCR 1區，TOP期刊）上發表了題為《Functional bacteria and their genes encoding for key enzymes in hydrogen-driven autotrophic denitrification with sulfate loading》的研究論文。該團隊周禮杰副教授為論文第一通訊作者，碩士研究生吳菲為論文第一作者，深圳大學為第一作者單位及通訊單位。

氫基質膜生物膜反應器（H2-MBfR）是一種氣體轉移型膜生物反應器，用于自養脫氮。氫氣被認為是自養脫氮的優質電子供體，因為它不會產生有害物質和溫室氣體，同時比有機電子供體便宜。盡管H2的水溶性較低，但它可以通過膜孔以無泡方式擴散到生物膜中，以實現H2-MBfR中硝酸鹽的還原。硫酸鹽不僅對膜生物膜反應器中的微生物群落有很大影響，而且對硝酸鹽還原的功能基因也有直接影響，但很少有研究將它們聯系起來。

針對上述問題，本研究利用宏基因組技術研究了氫自養反硝化過程中的功能細菌及其編碼關鍵酶的基因在不同的硫酸鹽含量下的變化，分析了硝酸鹽和亞硝酸鹽的降解情況和硝酸鹽的去除率。最后，利用宏基因組技術分析了微生物群落的結構和變化，并分析了編碼氫驅動自養反硝化關鍵酶的基因，以更好地了解硫酸鹽影響硝酸鹽去除的機制。

圖1 氫基質膜生物膜反應器性能a) 脫氮效率 b) 微生物群落結構

圖2 氫基質膜生物膜反應器中不同階段功能基因的變化

這些結果表明：硝酸鹽作為唯一的電子受體，基本上被100%去除。但SO42-導致硝酸鹽去除率降低到90% 以下。硫酸鹽負載取代了Dechloromonas（第一階段）和Thauera（第二和第三階段）作為優勢屬，而它們都包含編碼反硝化酶的所有功能基因。此外，Acidovorax 也是優勢屬（第2階段和第3階段），但它的豐度遠不如Thauera。編碼硝酸鹽還原酶的基因在所有階段都是最豐富的，但隨著SO42-的增加而減少。其中，napB在SO42-環境下占硝酸還原酶功能基因的最大比例。相比 napA 基因，功能細菌Dechloromonas 和 Thauera具有更多的 napB 基因。因此，硫酸鹽抑制了自養反硝化作用，特別是抑制了Dechloromonas及其功能基因napB。本研究為更好地了解硫酸鹽對反硝化過程的影響，特別是關鍵微生物功能基因對硝酸鹽去除具有重要意義。

這項工作得到了廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市自然科學基金的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624003482

（來源 深圳大學化學與環境工程學院）