溶解氧和反硝化菌的關係:反硝化是否可以在富氧的條件下進行?

作者：廣州勝維飼料高級工程師&nbsp施衛民

前幾天有朋友問到，反硝化是否可以在富氧的條件下進行，這些問題好像一句話也說不清楚，不來也應該諮詢微生物專業的人員好一點，不過既然朋友信賴了，這裡也就把平時看到的一些專業知識總結一下，以一管之見回報朋友的信賴吧。不一定準確僅供參考。

反硝化作用也稱硝酸鹽呼吸。反硝化是通過反硝化菌的代謝完成的，沒有反硝化菌就沒有反硝化反應。在自然界中，其實有很多細菌都具有反硝化能力，所以反硝化菌在種類學上並沒有專門的類群。

水體中反硝化的過程
反硝化過程是一個涉及硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶、一氧化氮還原酶、一氧化二氮還原酶這4種酶的四步生化還原反應。
反硝化的第一步：硝酸鹽在硝酸鹽還原酶的作用下，被還原成亞硝酸鹽
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在這個反應中，需要兩個外源電子將硝酸鹽中N5+還原為亞硝酸鹽中N3+,同時脫下的一個O2-與細胞質中水分解產生的2H+結合生成H2O，其中：硝酸鹽還原酶
的合成會受水體中的溶解氧限制，其只有在無氧的條件下才能合成。這就是為什麼一般教科書上提到：反硝化反應必須在低溶解氧條件下才能夠完成脫氮反應的原因。
反硝化的第二步：亞硝酸鹽在亞硝酸鹽還原酶的作用下被還原成一氧化氮（NO）
一氧化氮是反硝化過程中的第一個氣態有劇毒中間產物。

該反應需要一個電子將亞硝酸鹽中N3+還原成N2+，同樣需要2H+與O2-結合生成H2O。
反硝化的第三步：在一氧化氮還原酶的作用下，NO被還原成N2O。

該反應需要2e和2H+將NO還原成N2O和H2O。
反硝化的第四步：在一氧化二氮還原酶作用下，N2O被還原成N2。

該反應所需的2e用於N2O(正一價N)到N2(0價N)的還原，
就生成了氮氣這種在自然界中氮的最穩定物質。
從上面看到，反硝化這個生化反應過程中，硝酸鹽（NO3-）通過硝酸鹽作為電子受體使NO3-還原成N2。
但由於硝酸鹽電子受體比O2（溶解氧）電子受體具有較低的正還原電勢，故合溶解氧會抑制了反硝化。
不過在2007年武漢大學從活性汙泥中分離得到1&nbsp株好氧反硝化細菌，據報導：這種菌株在好氧條件下能有效去除培養液中的硝酸鹽氮,&nbsp其脫氮率可達90%以上。通過對該菌株的形態觀察,&nbsp生理生化實驗以及16SrDNA&nbsp序列分析,&nbsp確定該菌株為假單胞菌(Pseudomonas&nbspsp.),見下圖：

&nbsp報導中：對影響該菌株反硝化的因素研究結果如下：
pH&nbsp值對好氧反硝化的影響
該菌株的反硝化最適宜的初始pH值為7.0。
溫度對好氧反硝化的影響
在25～35℃的溫度範圍內,該菌株都具有很高的脫氮效率。
DO濃度對好氧反硝化的影響
溶解氧對該菌株的反硝化基本沒有抑制作用,在DO2.3～11.3mg/L內,都可以選擇硝酸鹽作電子受體,氧的存在不會抑制硝酸鹽還原酶活性。表明菌株的反硝化酶系和有氧呼吸系統同時存在,氧不是抑制反硝化酶活性和反硝化酶生成的直接因素。
C/N&nbsp對好氧反硝化的影響
碳氮比對細菌的物質和能量代謝影響很大，實驗室結果表明：該菌株最佳的碳氮比為5.5～6.0。
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結束語

一、從活性汙泥中篩選得到這株高效好氧反硝化細菌,經形態觀察、生理生化實驗以及16SrDNA序列分析等確定其屬於假單胞菌屬（是不是看起來這個假單胞菌屬這個名字和上面的照片很熟悉？）。

二、該菌株能在完全好氧的條件下以硝酸鹽作為電子受體進行反硝化,最終將硝酸鹽轉化為氮氣。在此過程中,會出現亞硝酸鹽的積累,但隨後亞硝酸鹽能被完全還原.在間歇培養條件下,其脫氮率能達到90%以上。

三、該菌株進行反硝化時的最適初始pH值為7.0,最適溫度為30℃。溶解氧對該菌株的好氧反硝化基本沒有抑制作用,在DO濃度為2.3～11.3mg/L的範圍內,均能進行高效的反硝化.碳氮比對好氧反硝化的影響很大,&nbsp最佳的碳氮比為5.5～6.0。

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