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自养硝化过程在自然界氮素循环和污水处理系统脱氮过程中起着关键作用。因此，了解有机碳对硝化的影响和硝化菌与异养菌之间的竞争对微生物生态学和污水处理系统设计都很重要。目前对氨氧化到硝酸盐氮过程的研究文献很多，但对亚硝酸盐氧化过程在异养菌的存在下如何受到有机碳影响的研究甚少。本文从生理生化指标、基因组学、蛋白组学三方面考察了在实验室条件下有机碳(乙酸钠)对硝化细菌和异养菌组成的混合菌群的硝化性能、菌群结构及代谢功能的变化的影响。
全文分为两大部分：
第一部分为乙酸钠对游离态硝化混合菌群的硝化性能和菌群结构的短期影响。混合菌株先在自养条件下进行连续培养，两个月后硝化速率达到20mgN/(L·d)；而后离心收集菌体进行批式实验。在批式反应器中，初始亚硝氮均为126mgN/L，乙酸钠-C与亚硝酸盐-N的比分别为0，0.44，0.88，4.41，8.82。结果表明：在低C/N比(0.44和0.88)时，亚硝酸盐去除速率比C/N=0下高，细菌呈现一次生长；而在高C/N比(4.41和8.82)时，出现连续的硝化反硝化，亚硝酸盐去除率仍比对照下高，细菌呈现二次生长。不同C/N比下微生物群落明显不同，优势菌群从自养和寡营养细菌体系(包括亚硝酸盐氧化菌，拟杆菌门，α-变形菌纲，浮霉菌门和绿色非硫细菌下的一些菌株)过渡到异养和反硝化菌体系(γ-变形菌纲的菌株尤其是反硝化菌Pseudomonas stutzeri和P.nitroreducens占主导)。
第二部分为乙酸钠对硝化混合菌群生物膜的硝化性能和菌群结构的长期影响。接种富集的硝化混合菌群于装有组合式填料的三角瓶中，于摇床中自养培养；两个月后填料上形成生物膜的硝化速率达到20mgN/(L·d)；而后进行长期实验，每12小时更换混合营养培养基(亚硝氮约200mgN/L，C/N比同上)。结果显示：相较于C/N比=0时的亚硝酸盐氧化反应来说，低C/N比出现了部分的反硝化，而高C/N比则是几乎完全的反硝化。与对照比，C/N=0.44时亚硝酸盐氧化速率并未受乙酸钠的影响，反而上升了，但C/N=0.88时亚硝酸盐氧化速率有所下降。菌群结构分析表明自养对照与混合营养下微生物群落的不同：PCR-DGGE未检测出混合营养下硝化杆菌的存在，而显示异养菌尤其是反硝化菌的大量存在。荧光定量PCR结果表明随C/N比上升，硝化杆菌数量从2.42×104下降到1.34×10316Sr RNA genecopies/ngDNA，反硝化菌由0增加至2.51×104nos Zgenecopies/ng DNA。SDS-PAGE的结果表明不同C/N比下的蛋白组较为复杂且呈现一定的差异性。
有机碳对亚硝氮氧化及微生物群落的影响很复杂，本文分别讨论了对游离态和生物膜固定态两种状态的混合菌群相应的短期和长期影响研究。研究发现，有机碳并非一定带来硝化的负影响，如果控制在适当的C/N比范围，有机碳是有利于亚硝氮氧化的。这些发现阐明了有机碳和硝化反硝化的关系，填补了硝化微生物生态学上的空白，对污水处理系统中减少异养菌的影响并提高氮去除率有一定理论指导意义。