1、微生物学课程论文 硝化细菌研究概述 摘要： 硝化细菌在氮循环中发挥着重要作用，是生物圈氮循环中不可缺少的 环节，硝化细菌主要由亚硝化细菌和硝化细菌组成，过去人们将他们华为 硝化杆菌科，但它们在进化上并无亲缘关系。近年来人们基于16SrRNA序 列分析，将硝化细菌进行了更为科学的分类。 硝化作用分两步进行，第一步亚硝化细菌讲氨氧化为亚硝酸盐，第二 步是硝化细菌将亚硝酸根离子氧化成硝酸根离子，两步反应均释放能量。 同时近年来人们也发现了化能异养的硝化细菌或真菌，他们虽然硝化速率 低，但数量众多，也是硝化作用不可缺少的一个群体。 硝化细菌的检测方法主要有传统方法，免疫学方法，分子生物学方法 等，其中
2、前两种方法都具有不同程度的局限性，而基于硝化细菌遗传序列 研究分析的分子生物学检测方法则克服了这些弊端。 本文也探讨了影响硝化作用的理化因素，包括抑制硝化作用的化学抑 制剂如游离氨，亚硝酸，重金属离子及一些氧化剂等，而他们均对硝化细 菌和亚硝化细菌表现出不同程度的抑制作用。同时，施肥方式，溶氧量， 温度，PH，光照等都会对硝化作用产生一定的影响。 目前硝化细菌主要应用于水产养殖和污水处理中，但由于硝化细菌生 长缓慢且不能形成芽孢休眠体，使之在制备上较为困难，成本较高。当前 投入应用的主要有高浓度的硝化细菌活性菌液以及高分子载体固定化技 术。而在硝化细菌研究领域值得一提的研究热点是短程硝化，即利
3、用化学 抑制剂对硝化细菌的两类菌群的抑制程度不同，找出主要抑制硝酸细菌的 化学抑制剂，使亚硝酸根离子大量积聚，再寻找可以利用亚硝酸根离子的 反硝化细菌直接将亚硝酸根离子还原为氮气，从水中升华到空气中，实现 水体或土壤的除氮作用，缩短生物除氮过程。 二零一三年 五月 硝化细菌研究概述 本组成员： 杨 辉2011304200602 邵韦涵2011304200611 蒋 玮2011304200624 张 晴2011304200625 覃 琪 2011304200626 生物技术1102班 一硝化细菌的菌种组成及进化关系硝化作用在N素循环中扮演着重要角色。生物圈中各个生态系统的N循环一般通过生物固氮，
4、以氮的形式输入氮素；经过同化、硝化、异化性硝酸盐还原等生物转化作用及其相伴的迁移运动；最终借助反硝化作用，以氮气的形式输出氮素。因此。硝化细菌在促进水域生态系统的氮循环、进而缓解环境压力。保持健康水产养殖环境中挥发这巨大作用。此外。硝化细菌作为单细胞微生物。还是环境变化的敏感指标，比大型动植物更宜于指示环境状况的变化。多年来，硝化细菌生态学一直是国际上研究热点。 1. 硝化细菌的菌种组成硝化作用（Nitrification）是将氨氧化成亚硝酸（盐），再氧化成硝酸（盐）的过程。前者主要是由自养性的亚硝酸菌或氨氧化菌(Ammonia-oxidizing bactcria,AOB)完成,后者是由硝化
5、菌或亚硝酸盐氧化菌（Nitrie-oxidizing bacteria,NOB）完成。由于基质上的联系，人们一直把亚硝酸细菌和硝酸细菌联系在一起；并把他们归入同一个科硝化杆菌科（Nitrobactcriaceae）。但从进化谱系上看，他们之间的亲缘关系并不密切。 1.1亚硝酸细菌的菌种组成早期的有关研究主要是借助分离培养，并根据细胞形态以及内细胞膜的排列方式对按氧化菌进行菌种分类。共有16株氨氧化菌分布在5个属中：亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）、亚硝化球菌属（Nitrosococcus）、亚硝化螺菌属（Nitrosospira）、亚硝化弧菌属（Nitrosovibrio）、以及亚硝
6、化叶菌属（Nitrosolobus）。近年来通过对16S rRNA的基因序列的比较将自养性AOB分为两大类:一类是自养性AOB主要成员，属于-变形菌亚纲(-Protcobacria)，主要由亚硝化单胞菌群和亚硝化螺菌群2个分枝组成。另有少数氨氧化菌在-变形菌亚纲（-Proteobacteria）中单独形成一个谱系分支亚硝化球菌属（Nitrosococcus）。除了自养性硝化菌外，有些异养性的细菌，如产碱菌属(Alcaligenes)和节杆菌属（Arthrobacter），以及真菌如曲霉菌属（Aspergillus），也具有硝化作用。相对于自养性的硝化菌而言，异养性菌种虽有较低的分解速率，但是由
7、于它在环境中的数量往往大于自养性细菌，而且有一些异养性菌种可同时行硝化和反硝化作用，因此也是硝化作用中不可或缺的一个群体。1.2 硝酸细菌的菌种组成硝化作用的第二步是由硝酸菌或亚硝酸盐氧化菌（Nitritc-oxidizing bacteria,NOB）完成，它是由进化上截然不同的4类菌构成：-变形菌亚纲（-Proteobacteria）的根瘤菌目（Rhizobialcs）、慢生根瘤菌科（Bradyhizobiaceae）、硝酸菌属（Nitrobacter）；-变形菌亚纲（-Proteobactcria）的着色菌目（Chromatiales）、外硫红螺旋菌科（Ectothiorhodospir
8、aceae）、硝化球菌属（Nitrococcus）；-变形菌亚纲（-Proteobacreria）的脱硫杆菌目（Desulfobacterales）、脱硫盒菌科(Desulfoarculaccac)、硝化刺菌属（Nitrospira）；另外一个独立的门硝化螺旋菌门、硝化螺旋菌纲、硝化螺旋菌科、硝化螺旋菌属。 2. 硝酸细菌和亚硝酸细菌的进化关系 基于16S RNA基因序列同源性(相似性)的系统发育分析表明，所有的自养氨氧化细菌(亚硝酸细菌)系统发育比较单一，它们均属于变形菌纲菌纲和菌纲，属于亚纲的亚硝化细菌又可以分为两个类群：亚硝化单胞菌群包括欧洲亚硝化单胞菌和运动亚硝化球菌；以及亚硝化螺菌群
9、，包括所有的属于亚硝化螺菌属，亚硝化弧菌属和亚硝化叶菌属的菌株，从进化距离看，这3个属完全应归于1个属。 与氨氧化细菌不同，硝酸细菌(亚硝酸盐氧化菌)的系统发育则要复杂许多，Bock E等的研究结果表明，硝酸细菌的4个属分属于不同的4个系统发育类型：硝化杆菌属属于变形菌纲的Y亚纲；硝化球菌属属于亚纲；硝化刺菌属属于亚纲；硝化螺菌属属于硝化螺菌门。以上这些充分说明了硝化作用微生物在进化上的系统发育起源的异源性。Lipsb A等研究了硝酸细菌(亚硝酸盐氧化细菌)的脂肪酸图谱，结果表明，硝化菌中各属所含的脂肪酸存在较大差异并有各自的特征脂肪酸，所得结果与16S rRNA基因序列相似性分析的结果相吻合
10、。 亚硝酸细菌与硝酸细菌的亲缘关系如图。在两个菌群之间，除了-变形菌亚纲中亚硝化球菌属和硝化球菌属的亲缘关系相距较近外，其他菌株的亲缘关系都相距很远。因此，在自然界生境中，亚硝酸细菌与硝酸细菌彼此为邻并无进化关系上的必然性。 二者只是起着共生关系的两个菌群。 二硝化细菌的作用机理 硝化作用就是先将氨氧化成亚硝酸盐，再氧化成硝酸盐的过程。这个作用的完成主要分别由氨氧化细菌(亚硝酸菌)以及亚硝酸盐氧化细菌(硝酸菌)共同来完成。亚硝化反应，是硝化作用的第一个步骤，也可以说是整个硝化作用速率的决定步骤。这个部分主要由自养及异养型的氨氧化细菌来完成，有亚硝酸盐氧化酶（NXR）的参与。亚硝酸盐氧化细菌在第
11、二步中通过矿化作用将第一步生成的亚硝酸盐转化为硝酸盐。硝化作用生化反应方程式： 所有的硝化杆菌科成员都属于呈革兰氏阴性的化能自养型细菌，即无机营养菌。除了自养型的亚硝酸菌，有些异养型的细菌或真菌也具有硝化作用的能力。不同于自养型的菌种；异养型的亚硝酸菌多半不能由氨的氧化作用获取生长所需的能量。因此，异养型的亚硝酸菌，在定义上较为广义，是泛指可以氧化一些还原态有机或无机氨氮的菌种。异养型的硝化菌种对氨的氧化路径，一般而言，可以分成两种，第一种路径是异养的硝化细菌含有类似自养型菌的氧化酵素AM0及HAO，将NH3及NH20H氧化；第二种路径则是由一些真菌将有机或无机态的氨氧化。 三硝化细菌的检测、
12、分离与培养1.硝化细菌的检测： 硝化细菌检测技术目前有三种方法。即：传统方法、免疫学和分子生物学方法。这三种方法各有优劣。1.1传统检测方法 以往，研究微生物的计数通常采用平板法，但是这种方法仅适用于可培养微生物的计数。用平板法计数硝化细菌，比较繁琐，菌落小，培养时间长(14个月)，杂菌也会同时生长，而且硝化细菌的单菌落很难同杂菌菌落相区别。1.2 免疫学检测方法 免疫检测技术是基于细菌的血清学，利用细菌细胞表面的聚合物如糖蛋白、脂多糖等具有较强的免疫原性，免疫动物可产生抗体结合酶、荧光染料等物质标记的抗体建立起来的一类微生物检测技术。 然而，免疫检测技术可能会出现由于抗体与其它微生物交叉反应
13、或与微小颗粒非特异结合而导致的假阳性。胞外聚合体的存在也会使得抗体难以和目标微生物结合，结果出现假阴性。免疫技术的应用也会因硝化细菌的血清学多样性而受到限制。另外，该技术需要获得纯培养物来制备抗体，因为硝化细菌难以培养，所以免疫技术很难用于硝化细菌的检测。1.3 分子生物学检测方法1.3.1 该方法的理论基础 分子生物学方法在检测和计数硝化细菌上的应用，主要体现于硝化细菌系统发育分析和核酸序列信息的获得，特别是rDNA和rRNA基因序列信息的分析，表明16S和23S rRNA基因可以作为系统进化的标记物。近几年对硝化细菌16S rRNA基因的研究很多，有大量的16S rRNA基因序列信息可以使
14、用，16S rRNA基因分析已经成为鉴定新种的重要工具，这为硝化细菌的分子生物学检测奠定了基础，而且这些研究结果又扩大了序列的数据库，使设计新的特异探针和引物成为可能。1.3.2 探针技术 寡聚核苷酸探针是指可以用化学方法合成具有1540个核苷的单链低聚物，既可与rDNA的保守区又可与可变区互补。16S rDNA的序列信息使得通过设计特异的探针来检测硝化细菌成为可能。对于检测和计数微生物用的寡聚核苷酸探针可以用P32或用荧光染料标记。用荧光染料标记的寡聚核苷酸探针进行原位杂交检测环境中的硝化细菌的数目。1.3.2 PCR技术 聚合酶链式反应(polymeric chain reaction，P
15、CR)是体外扩增DNA的技术，通过PCR扩增的方法可以使少量的目标基因得以扩增，并被检测到。通过设计PCR引物可以确定哪些目标基因得以扩增，从而达到检测特异性。 目前，用于硝化细菌研究方面的PCR技术主要是实时定量PCR，它是以DNA探针连接荧光试剂，DNA探针与PCR产物结合，检测荧光含量，并以计算机软件分析进行量化。2.硝化细菌的富集培养和分离： 2.1富集培养：采用连续进水方式进行硝化细菌富集培养。如图所示装置通过控制进水的成分、培养装置内的温度和pH值等，为硝化细菌的生长提供最佳条件，同时尽量抑制其它杂菌的生长。从而富集硝化细菌。2.2检测富集培养装置的硝化细菌： 对装置中恒温培养槽中
16、的培养液，每隔几天用格利斯试剂在白色瓷板上检验亚硝酸根离子的生成情况，培养78天后培养液遇格利斯试剂呈现红色，表示有亚硝化菌存在，显色深浅表示硝化细菌的强弱，选取强的，接入新鲜培养基，继续培养并进行上述测试，经过几次重复操作，不断淘汰其他异养菌。2.3硝化细菌的分离和纯化： 先在硝化菌和亚硝化菌的富集培养液中持续通氮气半小时，再用稀释平板法中的涂布平板法将上述富集培养液在30摄氏度和硅胶平板（培养23周）上分离纯化，待长出菌落后，进行多次分离和纯化，直至得到纯菌株为止，并将将分离和纯化得到的菌株保存在硝化细菌半固体培养基中。 四. 理化及环境因素对硝化细菌作用的影响 1.硝化细菌的化学抑制剂
17、在硝化反应中，氨氮向硝态氮的转化是分2 步进行的，分别由2 类不同的细菌来完成. 这2类细菌分别被定义为：亚硝酸菌和硝酸菌. 研究表明，这2 类细菌有着不同的生化特性,其中硝酸菌比亚硝酸菌在某些特定条件下更敏感，可以利用这一特点，使其受抑制，从而达到产生亚硝化型硝化反硝化反应的目的. 1.1抑制作用分类 在讨论化学物质对硝化作用的选择性抑制时，可以将抑制作用分为两类。第一类抑制：参加生化反应的细菌，在一定浓度的抑制剂作用下，不能正常的完成其生化反应过程；第二类抑制：抑制剂的作用使参加生化反应的细菌的生长受到影响，一段时期后，这种细菌生长速率的不平衡必然会导致细菌生长数目的不平衡，进而影响整个硝
18、化作用的进程，抑制硝化作用。1.2化学影响物质的分类1.2.1无机氮类化合物对硝化细菌的影响 硝化反应的主体和反应中间产物（如氨、亚硝酸盐和硝酸盐）都会对硝化反应产生抑制作用，其中被研究者们广泛认可的是游离氨（free ammonia，简称FA）. Anthonisen指出游离氨和游离亚硝酸（FNA）对硝化反应有抑制作用. 其中游离氨的抑制作用对2 类硝化细菌是不同的，对亚硝酸菌，游离氨的抑制质量浓度范围是10 150 mg / L，而对硝酸菌，这个范围仅仅为0.1 1.0 mg / L. 在FA 对亚硝态氮积聚影响的研究中，一个值得注意的问题是硝酸菌对这种抑制作用的适应性. 研究发现，硝酸菌
19、虽然较亚硝酸菌敏感，但在长时间与游离氨接触时，可产生对这种抑制作用的适应性. 有学者观察到，如果对游离氨适应的话，微生物可以忍受40mg/L的游离氨。 另外，有研究者对游离氨是否是产生抑制作用的真正物质产生质疑. Yang 和AIIeman认为，FA 不是这种作用的影响因素，DO（溶解氧）本身也不能成为亚硝态氮积聚的主导因素. 他们发现羟氨（NH2OH）是真正使消化菌产生抑制的原因。羟氨是亚硝酸菌的中间反应产物，在高游离氨、缺少氧和高pH 情况下，羟氨就很容易积聚，从而影响和抑制硝酸菌的生化机能. 对这一点，值得进一步论证。 而对于亚硝酸，则主要对亚硝酸氧化细菌产生抑制作用。当抑制因素自由亚硝
20、酸浓度小于0.1mg/L，亚硝酸氧化菌没有受到抑制，氧化速率与基质浓度呈现为一级反应特征。 亚硝酸氧化菌在自由亚硝酸浓度大于0.1mg/L时开始受到抑制亚硝酸氧化速率下降，但是自由亚硝酸小于0.3mg/L的抑制可以逐渐恢复，经过一段时间的适应后，亚硝酸氧化速率恢复并且上升。自由亚硝酸大于0.38 mg/L时，抑制进一步强化。而当自由亚硝酸浓度大于0.78mg/L以后，亚硝酸氧化菌受到了不可恢复的抑制，反应速率逐渐下降。1.2.2 金属离子对硝化细菌的影响 重金属类物质主要是因为存在于工业废水中，当其与生活污水共同生化处理时，就会对参与反应的微生物产生影响. 锌、铜和铅等重金属对硝化反应的2个阶
21、段都有抑制，但抑制程度不同. 铁离子对硝化反应的促进作用是质量浓度型的,中低质量浓度时有明显促进作用,520mg/L时促进效果最好;高质量浓度时促进作用下降,但直至80 mg/L也未见有抑制作用.锰离子对硝化反应的作用呈时间-质量浓度积累效应,即作用时间短或低剂量时,对硝化反应有促进作用,而随着时间延长或质量浓度增加则有抑制作用;其最佳促进质量浓度和时间分别为5 mg/L和24 h,而毒性下限是40 mg/L和48 h.铁锰离子共存时,铁阻止了硝化菌利用锰离子,一定程度上减弱其对微生物的毒性。1.2.3 常见氧化剂对硝化细菌的影响 早在1945年，Lees 和OuasteI在Nature 上发
22、表论文指出，他们在研究土壤的硝化反应时注意到氯酸钾（KCIO-3）的影响. 后来Lees 等进一步确定当氯酸钾的浓度仅为（0.001 0.01）mmoI / L 就会对硝酸菌的生长产生抑制作用；当CIO-3浓度为（1 10）mmoI / L 时，硝酸菌被完全抑制，同时发现当亚氯酸盐（CIO-2）浓度为3 mmoI / L 时，硝酸菌也能完全被抑制. 而在这些反应中，亚硝酸菌并未受到影响. 亚氯酸盐是氯酸盐的还原产物，因此，他们认为亚氯酸盐（CIO-2）是真正对硝酸菌产生抑制作用的化学物质。 而作为氧化剂同样对硝化反应起到抑制作用的还有作为自来水消毒剂的氯气和ClO2.这类消毒剂在一定浓度下也会
23、对硝化反应的2 个阶段有不同的抑制作用，从而产生亚硝态氮的积聚。2.环境因素对硝化细菌硝化作用的影响 环境因素主要包括土壤施肥条件，PH，含氧量，温度等影响因素。2.1 施肥方式对硝化作用的影响 不同施肥制度对土壤的硝化作用具有明显的影响。单施用有机肥或无机肥与有机肥配合施用都可以明显提高该土壤的硝化作用，特别是当NPK与有机肥配合施用(即NPKM)时，土壤中的硝化作用最为强烈，表现为在培养2周后其硝化率比其它处理都高。培养4周后，淹水后的土壤硝化率可以达到66，而旱作后的土壤则可高达99。NPM次之，但在培养4周后也可以达到40以上，CK(无肥)处理的硝化作用最弱。，与长期不施肥(CK)的土
24、壤相比，施肥可以降低土壤pH值，提高硝化作用。2.2 温度对硝化细菌的影响 亚硝酸菌和硝酸菌在530的范围内，随着温度升高，最大比增长速率增大，硝化反应的速率也会随之增大。生物硝化反应在445内均可进行，适宜温度为2035。当温度低于15即发现硝化速率迅速下降，低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，因此在低温(1214)系统中常常会出现亚硝态氮的积累。1530范围内，硝化过程中形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。FdzPolaneo 07 J等人的试验结果表明，亚硝酸菌(Nitrosommms)的活性在2829达到最大值。温度超过30，硝化反应的速率开始降低，这是因为温度超过30时，蛋白质变性降低了微生
25、物的活性。Ford一1认为，温度低于18和高于35时，硝化速率会快速下降，温度在17时硝化速率下降到只有30时的一半。当系统温度低于4时，硝化细菌的生命活动几乎完全停止。 温度对硝化细菌硝化效能的影响，可以从温度对有机体影响的有利和有害两方面加以解释。对细菌而言，在适宜的温度范围内温度每提高lO，酶促反应速度将提高12倍，因而其代谢速率也相应提高。当温度升高，细胞内的化学反应和酶反应加快，生长比较迅速，代谢活力增强，在低温时随着温度的升高，脱氮率逐渐增大。但另一方面，蛋白质、核酸和细胞内的其它成分对高温都很敏感，当温度超过了有机体内的最高忍耐限度时，体内的蛋白质、核酸等物质开始失活。而催化生化
26、反应的顺利进行的催化剂是酶。酶是一种特殊的蛋白质，当酶发生不可逆的失活时，机体内的生化反应不能顺利进行，并开始发生紊乱，因而代谢活力下降。因此，当温度在一定范围内增加时，生长和代谢功能随之增加，硝化细菌的脱氮率也随之增加，直至失活反应到来之前的最高温度，超过这一温度，细胞功能很快就下降到零，硝化细菌的脱氮率也随之降低。2.3 PH对硝化细菌的影响 硝化作用对环境的酸碱度有严格要求。硝化细菌合适的工作环境pH是7.99.O，低于60时则受抑制.其中亚硝酸菌的适宜PH7.8-8.0，硝酸细菌的适宜PH在7.3-7.5。在含有120mgL左右氨氮的液体培养基中，在室温(23屯)连续曝气条件下，亚硝酸
27、细菌的硝化作用可以使PH值下降到56或更低些。可以以人工方式不断加入碱性物质（如10%碳酸钠溶液）来提高PH。 在对海洋硝化细菌的研究中发现，当PH等于8.5时硝化作用的效果最佳。当PH低于或高于8.5时，氨氮的去除率均有不同程度降低。2.4 溶氧量对硝化作用的影响 硝化细菌为好氧菌，供氧越充分，越有利于硝化反应的进行。如旱地土壤的硝化作用强度就高于水植土壤中的硝化作用强度；海水中含氧量越高，海洋硝化细菌的硝化作用就越强。 同时在一些关于异养硝化作用的文献中，发现一些脱硝菌能兼行硝化及脱硝作用，这类菌种在好氧的情况下进行硝化作用，在厌氧状况下进行脱硝作用，或甚至能在有氧的情形下兼行脱硝作用，这
28、种能力亦能提供该菌种在环境中的竞争优势。 2.5 光照对硝化细菌的影响 硝化细菌与绿色植物、自营性光合细菌不同的是不具有光合色素，因此不能利用日光进行光合作用合成有机物。相反，光对硝化细菌活性具有抑制作用。许多研究中均显示光对硝化细菌的生长及繁殖的抑制现象。氨氧化细菌对近紫外线的可见光非常敏感，其中紫外线对其伤害更大。 五. 硝化细菌的应用及发展前景1. 硝化细菌对水产养殖的应用 1.1水中氮类化合物对鱼类的影响 水体中的氨对鱼类是极毒的，特别是在pH值高、水温高的条件下其毒性更大。一般都按0.050.1mg/L氮的分子氨作为可允许的上限值，它能使鱼类血液中的蛋白质变性而失去生理功能，导致鱼类
29、的死亡。当水体中氨浓度超过0.2ppm时就会造成鱼类急性死亡。此外，氨的氧化也要消耗大量氧。亚硝酸盐对鱼类也有危害，但比氨的危害小得多，而硝酸盐则对鱼类无危害。1.2 硝化细菌对维持水环境稳定的作用 亚硝酸菌负责把氨氧化成亚硝酸盐，再由硝酸细菌把亚硝酸盐氧化成硝酸盐。亚硝酸盐也是有毒的，但比起氨来说是小得多了，而硝酸盐是无毒的，它是水草等水生植物很好的氮肥。 所以硝化细菌可适用于各种海、淡水的水质改良, 硝化细菌可通过硝化作用将水体中有毒的氨和亚硝酸加以分解去除, 达到净化水质的作用。硝化细菌作为水质改良剂, 在国内外均进入了生产性应用阶段。国内科研工作者在硝化细菌去除废水中的氮, 降低环境中
30、氨氮和COD的浓度以达到改善水质目的等方面均有较多的报道。国外科研工作者, 如Schuster等利用硝化细菌处理封闭式循环养殖水系统, 水体中氨氮的含量比对照降低77%。Shan和Obbard等用固定化的硝化细菌处理龙虾养殖废水, 获得了理想的效果。1.3 硝化细菌在水产养殖中的应用现状 1.3.1 硝化细菌制剂 在国外硝化细菌产品大部分亚硝酸细菌和硝酸细菌混合的硝化细菌菌剂产品，有些产品甚至还和其他异养细菌混合，只有少数是采用亚硝酸细菌和硝酸细菌的纯培养。主要以菌液为主，因为消化细菌不能形成孢子，制成干粉较为困难。 但目前国内已经有一些粉剂水产微生物制剂已经标明含有硝化细菌。硝化细菌的生长代
31、时比较长，国内基本上没有人研究开发生产硝化细菌的生物反应器，国外已经有了硝化细菌生产方面的专利申请。硝化细菌用于观赏鱼养殖已经比较多，但其售价还比较昂贵，目前还没有出现其它剂型的硝化细菌。1.3.2 硝化细菌和反硝化细菌的共同作用 李正魁等采用低温辐射技术制备高分子载体，通过吸附使硝化细菌和反硝化细菌固定在共聚物载体的内部和表面，废水经过固定化硝化反硝化菌序批式活性污泥法(SBR)工艺净化后，总氮下降70%,氨氮下降84%，化学需氧量(CODCr)下降68%，出水水质明显得到改善。这些联合固定化工艺使硝化和反硝化同时发生，为简化现有的生物脱氮工艺和设施提供了一个崭新的思路。2.硝化细菌在污水处
32、理中的应用2.1 硝化细菌在水处理中的发展现状 硝化细菌菌剂产品在废水处理中实际的应用目前在国内外还鲜见报道。究其原因，主要与硝化细菌的生长速度慢，导致其培养困难，价格昂贵，使其推广使用上受到了极大的限制。但是研究在工业废水、市政污水中氨氮的降解、微污染水源水中氨氮的去除中硝化细菌的作用的文献报道还是见到了不少报道。提高污水中硝化细菌的浓度、获得纯种硝化细菌可大大提高生物脱氮和污水处理的效率。大多数硝化细菌生长缓慢，硝化及脱氮效果欠佳，要用于处理污水，必须筛选出生长速率快、硝化作用强的硝化细菌。2.2 硝化细菌在水处理中的具体应用方法2.2.1 硝化细菌固定化技术 提高硝化能力最常用的方法是硝
33、化细菌的固定化技术，固定化细胞技术处理污水时可以保持反应器内高浓度的微生物量，并且能提高细胞的机械强度，使之不易受外界环境的影响，从而提高处理效率。但虽然固定化微生物脱氮技术具有诸多优点，但由于目前所使用的固定化载体价格较高固定化微生物颗粒寿命短等问题，尽管经过数十年的发展，至今仍基本停留在实验室或小规模试验阶段。2.2.2 硝化细菌活性菌液 美国GES公司生产的活性菌液(简称LLMO，Liquid Live Microorganisms)具有很强的活性，含细菌数量为5x lO 7个ml，菌液中含有硝酸细菌和亚硝酸细菌以及其它降解菌，经使用发现脱氮效果显著，氨臭味被去除。因此培养出价格便宜、应
34、用广泛的硝化细菌菌剂，使之既能快速地去除养殖水体中的氨氮，减少水产养殖生物的死亡增加养殖业的经济效益；又能有效降低含氮废水及污染水体中的氨氮，为后续的反硝化脱氮工艺提供良好的条件。这将是硝化细菌在水处理上应用的重要课题。2.3硝化细菌在水污染处理中的发展前景 常规生物脱氮过程，由硝化反应和反硝化反应组成. 在硝化反应中，废水中的有机氮经氨化反应生成氨氮，氨氮在化能自养菌的作用下，经亚硝态氮转为硝态氮. 为进一步除氮，在厌氧条件下，硝态氮作为电子受体，有机物作为电子供体，反硝化的异养菌将硝态氮还原为氮气，排入大气，实现对废水中总氮的去除，此为反硝化反应. 因为亚硝态氮是硝化反应和反硝化反应的中间
35、产物，因此，许多研究者考虑直接通过亚硝态氮而不是硝态氮来实现污水处理中的生物脱氮，即：亚硝化型硝化反硝化反应，或短程硝化反应。 我小组分析认为短程硝化反应可以在硝化作用和反硝化作用共同作用处理污水中的N素时通过缩短反应进程提高去除氮类化合物的速率和效率。因此，通过抑制硝酸细菌的反应而得到大量亚硝酸盐，直接利用亚硝酸盐进行反硝化作用除氮具有非常广阔的应用前景。参考文献： 【1】 4种常用杀菌消毒剂对养殖水体中硝化细菌生长的影响 朱国霞, 于刚, 白东清, 周文礼, 吴旋, 孙宝静 【2】硝化细菌在3种沉积土壤中的变化规律研究:.硝化细菌与pH等因子之间的关系 王艾荣, 罗汉梁博, 【3】低温硝化
36、细菌的筛选及特性研究 陈中祥, 曹广斌, 杨谦, 韩世成, 战培荣 【4】FISH法检测生物膜中硝化细菌流程的建立及优化 张勇，宋吟玲，史俊，陈宇 【5】化学物质对硝化细菌的选择性抑制 宋学起，彭永臻，王淑莹，杨庆 【6】几种理化因子对海洋硝化细菌去除氨氮效果的影响 徐敏，牛越，昌晶，王玮，闫逊，张士兵，宋志文 【7】浅析硝化细菌及其在淡水养殖中的应用 伊通满族自治县伊丹镇水管站 刘明辉 【8】水中亚硝化细菌和硝化细菌检测方法的探讨 陈捷音 莆田市荔城区环境监测站，福建莆田 【9】硝化细菌分子生态学研究进展 马英，钱鲁闽，王永胜，吴成业 集美大学水产学院，福建厦门 国家海洋局第二海洋研究所，福
37、建厦门 【10】硝化细菌检测技术的研究进展 马成，樊景凤，关道明，曹善茂 国家海洋环境监测中心，辽宁大连大连水产学院生命科学与技术学院，辽宁大连 【11】硝化细菌中亚硝酸盐氧化还原酶的研究进展 张星 林炜铁 朱雅楠 华南理工大学生物科学与工程学院广州 【12】一种从环境中分离和富集硝化细菌的方法 曾胡龙，蔡生力，戴习林，臧维玲 上海水产大学生命科学与技术学院 【13】长期定位施肥对紫色水稻土硝化作用及硝化细菌群落结构的影响 辜运富，张小平，涂仕华，孙锡发，Kristina Lindstrijm 四川农业大学资源环境学院微生物系，2四川省农业科学院土壤肥料研究所，成都， 3赫尔辛基大学应用化学与
38、微生物学系，赫尔辛基、芬兰 【14】Use of fluidized bed biofilter and immobilized Rhodopseudomonas palustris for ammonia removal and fish health maintenance in a recirculation aquaculture system Zhan Peirong; Liu Wei AQUACULTURE RESEARCH 【15】Effects of heavy metal pollution on microbial communities and activities of
39、 mining soils in Central Tibet, China Zhou, Dan-na; Zhang, Fu-ping; Duan, Zheng-ying JOURNAL OF FOOD AGRICULTURE & ENVIRONMENT 【16】The combined effects of warming and drying suppress CO2 and N2O emission rates in an alpine meadow of the eastern Tibetan Plateau Shi, Fusun; Chen, Huai; Chen, Huafen ECOLOGICAL RESEARCH
