课题基金 / 基金详情

一株新型完全氨氧化菌适应缺氧和高氨氮环境的代谢机制

批准号:
32100086
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨玉春
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨玉春

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
完全氨氧化菌驱动“一步硝化”的发现彻底打破了“两步硝化”理论的传统认识。前期研究结果表明,完全氨氧化菌广泛分布在污水处理体系中,尤其是在缺氧反应池中其丰度甚至超过典型氨氧化菌,但对其适应缺氧和高氨氮污水环境的机制尚不清楚。申请人前期报道了一个厌氧池中的硝化过程由完全氨氧化菌主导,基因组学分析发现,灵活的代谢途径可能极大地提高了它们的环境适应能力。近期申请人成功从此厌氧池中分离出一株新型完全氨氧化菌,本项目拟在前期研究的基础上,运用生理生化、稳定同位素示踪和基因组学分析的方法,探索新型完全氨氧化菌适应复杂缺氧污水环境的底物获取与代谢途径,进一步研究其在高氨氮环境中过量氨氧化积累的有毒中间产物的清除机制及副产物氧化亚氮的产生途径,最终阐明其适应缺氧和高氨氮污水环境的代谢机制。研究结果不仅可以提高对复杂污水环境中完全氨氧化菌代谢与环境适应机制的认识,还将为其在污水脱氮领域的高效应用提供理论基础。
英文摘要
The discovery of “one-step nitrification” catalyzed by complete ammonia oxidizers completely contradicts the traditional rule of “two-step nitrification”. Previous studies show that Comammox widely distribute in wastewater treatment systems, especially in anoxic reactors where their abundances are even higher than canonical nitrifiers. However, the mechanism of their adaption to the anoxic and ammonium-rich sewage environment is not clear. Our previous studies reported that Comammox dominated the nitrification process in an anaerobic tank. Based on the genomic analysis, we speculated that complex metabolic pathways encoded by Comammox could significantly improve their environmental adaptability. Recently, we successfully isolated a new type of Comammox strain from the anaerobic tank. Based on our preliminary results, physiology and biochemistry, isotopic tracing, and genomic analyses will be combined to investigate the substrate acquisition and metabolism pathways of the new Comammox strain adapted to the complex anoxic sewage environment. Furthermore, metabolic pathways in removing harmful substances produced by excessive ammonia oxidation in the ammonium-rich environment and the byproduct nitrous oxide production pathway will be further investigated. Finally, the metabolic mechanism of the new Comammox strain adapted to the anoxic and ammonium-rich environment will be expounded. The expected results from this project will not only advance our understanding of the metabolism and environmental adaptation mechanism of Comammox in the anoxic and ammonium-rich sewage environment but also provide a theoretical foundation for effective applications of Comammox in nitrogen removal from wastewater.
硝化过程在驱动地球生态系统氮循环中发挥着至关重要的作用。最新发现的完全氨氧化菌驱动“一步硝化”彻底打破了“两步硝化”理论的传统认识。前期针对唯一一株从寡营养热泉中分离培养的完全氨氧化菌的研究发现,其具有较高的底物亲和力和较低的氧化亚氮(N2O)排放潜力。除寡营养环境,完全氨氧化菌被发现广泛分布在富营养的污水处理体系中,尤其是在缺氧条件下其丰度较高。但目前对其适应复杂污水处理环境的机制尚不清楚,与其它微生物间存在怎样的互作脱氮机制并发挥怎样的生态效应有待进一步阐明。.基于此,申请人在成功从污水处理体系中分离培养出一株新型完全氨氧化菌的基础上,开展了新型完全氨氧化菌的生理与代谢机制的研究工作,明确了新型完全氨氧化菌的最适生长条件、对不同环境因子的耐受能力和底物亲和力,并进一步证明其能利用尿素和氰酸盐为底物生长;通过合成微生物群落技术,开展了新型完全氨氧化菌与典型氨氧化细菌和反硝化菌间互作的氮循环机制的研究,探究了不同环境变量对合成微生物群落互作关系的影响,并阐明了其内在机制;系统开展了新型完全氨氧化菌与厌氧氨氧化菌耦合脱氮的研究,利用宏基因组和转录组技术揭示了耦合体系的脱氮机制及其N2O释放机制,阐明了新型完全氨氧化菌应用于污水脱氮减少温室气体N2O排放的生态效应。研究结果不仅可以提高对复杂污水环境中完全氨氧化菌代谢与环境适应机制的认识,还将为其在污水脱氮等生态修复领域的高效应用提供理论基础。
新型完全氨氧化菌(comammox)参与氮循环的机制及其生态效应
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    杨玉春
  • 依托单位:
国内基金
海外基金