近日，深圳大学化学与环境工程学院周礼杰副教授团队在期刊《Journal of Cleaner Production》（影响因子11.1，中国科学院JCR 1区，TOP期刊）上发表了题为《Functional bacteria and their genes encoding for key enzymes in hydrogen-driven autotrophic denitrification with sulfate loading》的研究论文。该团队周礼杰副教授为论文第一通讯作者，硕士研究生吴菲为论文第一作者，深圳大学为第一作者单位及通讯单位。

氢基质膜生物膜反应器（H₂-MBfR）是一种气体转移型膜生物反应器，用于自养脱氮。氢气被认为是自养脱氮的优质电子供体，因为它不会产生有害物质和温室气体，同时比有机电子供体便宜。尽管H₂的水溶性较低，但它可以通过膜孔以无泡方式扩散到生物膜中，以实现H₂-MBfR中硝酸盐的还原。硫酸盐不仅对膜生物膜反应器中的微生物群落有很大影响，而且对硝酸盐还原的功能基因也有直接影响，但很少有研究将它们联系起来。

针对上述问题，本研究利用宏基因组技术研究了氢自养反硝化过程中的功能细菌及其编码关键酶的基因在不同的硫酸盐含量下的变化，分析了硝酸盐和亚硝酸盐的降解情况和硝酸盐的去除率。最后，利用宏基因组技术分析了微生物群落的结构和变化，并分析了编码氢驱动自养反硝化关键酶的基因，以更好地了解硫酸盐影响硝酸盐去除的机制。

图1 氢基质膜生物膜反应器性能a) 脱氮效率 b) 微生物群落结构

图2 氢基质膜生物膜反应器中不同阶段功能基因的变化

这些结果表明：硝酸盐作为唯一的电子受体，基本上被100%去除。但SO₄^2-导致硝酸盐去除率降低到90% 以下。硫酸盐负载取代了Dechloromonas（第一阶段）和Thauera（第二和第三阶段）作为优势属，而它们都包含编码反硝化酶的所有功能基因。此外，Acidovorax 也是优势属（第2阶段和第3阶段），但它的丰度远不如Thauera。编码硝酸盐还原酶的基因在所有阶段都是最丰富的，但随着SO₄^2-的增加而减少。其中，napB在SO₄^2-环境下占硝酸还原酶功能基因的最大比例。相比 napA 基因，功能细菌Dechloromonas 和 Thauera具有更多的 napB 基因。因此，硫酸盐抑制了自养反硝化作用，特别是抑制了Dechloromonas及其功能基因napB。本研究为更好地了解硫酸盐对反硝化过程的影响，特别是关键微生物功能基因对硝酸盐去除具有重要意义。

这项工作得到了广东省基础与应用基础研究基金、深圳市自然科学基金的支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624003482