厭氧氨氧化菌

厭氧氨氧化菌

厭氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)是一類細菌,屬於浮黴菌門,“紅菌”是業內對厭氧氨氧化菌的俗稱,通過生物化學反應,它們可以將污水中所含有的氨氮轉化為氮氣去除。它們對全球氮循環具有重要意義,也是污水處理中重要的細菌。

基本信息

概述

厭氧氨氧化菌包括(Candidatus Brocadia)、(Candidatus Kuenenia)和(Candidatus Scalindua)屬。

它們至今未能成功分離得到純菌株,因此尚未獲得正式命名和分類。它們可以在缺氧環境中,將銨離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮氣

NH4+ + NO2- → N2 + 2 H2O, ΔGo = -357 kJ mol-1

生物特性

它們對全球氮循環具有重要意義,也是污水處理中重要的細菌。

在厭氧氨氧化過程中,羥胺和肼作為代謝過程的中間體。和其它浮黴菌門細菌一樣,厭氧氨氧化菌也具有細胞內膜結構,其中進行氨厭氧氧化的囊稱作厭氧氨氧化體(anammoxoxome),小分子且有毒的肼在此內生成。

厭氧氨氧化體的膜脂具有特殊的梯烷(ladderane)結構,可阻止肼外泄,從而充分利用化學能,且避免毒害細胞。

形態特徵

形狀大小

厭氧氨氧化菌厭氧氨氧化菌
厭氧氨氧化菌形態多樣,呈球形、卵形等,直徑0.8-1.1μm。厭氧氨氧化菌是革蘭氏陰性菌。細胞外無莢膜細胞壁表面有火山口狀結構,少數有菌毛

細胞內

細胞內分隔成3部分:厭氧氨氧化體(anammoxosome)、核糖細胞質(riboplasm)及外室細胞質(paryphoplasm)。核糖細胞質中含有核糖體和擬核,大部分DNA存在於此。厭氧氨氧化體是厭氧氨氧化菌所特有的結構,占細胞體積的50%-80%,厭氧氨氧化反應在其內進行。厭氧氨氧化體由雙層膜包圍,該膜深深陷入厭氧氨氧化體內部。

細胞壁

厭氧氨氧化菌的細胞壁主要由蛋白質組成,不含肽聚糖。細胞膜中含有特殊的階梯烷膜脂,由多個環丁烷組合而成,形狀類似階梯。在各種厭氧氨氧化菌中,階梯烷膜脂的含量基本相似。疏水的階梯烷膜脂與親水的膽鹼磷酸、乙醇胺磷酸或甘油磷酸結合形成磷脂,構成細胞膜的骨架。

細胞膜中的非階梯烷膜脂由直鏈脂肪酸、支鏈脂肪酸、單飽和脂肪酸和三萜系化合物組成。曾一度認為階梯烷膜脂只存在於厭氧氨氧化體的雙層膜上,其功能是限制有毒中間產物的擴散。認為階梯烷膜脂存在於厭氧氨氧化菌的所有膜結構上(包括細胞質膜),它們與非階梯烷膜脂相結合,以確保其他膜結構的穿透性好於厭氧氨氧化體膜。

生理生化

厭氧氨氧化菌為化能自養型細菌,以二氧化碳作為唯一碳源,通過將亞硝酸氧化成硝酸來獲得能量,並通過乙醯-CoA途徑同化二氧化碳。雖然有的厭氧氨氧化菌能夠轉化丙酸、乙酸等有機物質,但它們不能將其用作碳源。厭氧氨氧化菌對氧敏感。

套用技術

巧用科技治水巧用科技治水
1979年,Broda發表了厭氧氨氧化反應可能存在的預測。發現厭氧氨氧化現象的工程師Mulder,將Anammox申請為專利。由於厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下直接將氨氮和亞硝氮轉化成氮氣,同時在好氧段只需將氨氮氧化為亞硝氮,省略後續亞硝氮氧化為硝態氮,所以節省了曝氣量。

首先,厭氧氨氧化菌的出現“模糊了細菌的定義”。因為DNA的研究將它們明確歸類為細菌屬,但是他們的內部細胞器使它們更像真菌。同時,該微生物細胞壁中缺少剛性聚合肽聚糖,這使得它們又類似於單細胞膜的古菌。所以Strous說“它們的出現模糊了細菌的定義”。
其次,厭氧氨氧化現象的發現,使全球氮循環也發生變化,因為厭氧氨氧化在整個循環過程中走了個捷徑,創造了一個由氨和亞硝直接轉換成氮氣的途徑。
最後,厭氧氨氧化技術一旦成熟,那么它將以其自身強大的優勢迫使“污水處理工藝的改變”。

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們