全程硝化菌(comammox)的发现打破了过去对于传统硝化过程的认知,它能够直接将氨氮氧化为硝酸盐,且需要的能量更低。自发现全程硝化菌以来,人们对于全程硝化菌的环境分布、富集培养及生理生化特性开展了大量的研究,但由于发现时间较短,目前对于comammox在自然环境中的潜在生态位分化、生理生化特性等仍有许多不明之处。黄河入海口是海陆相互作用的特殊区域,环境过程复杂多变,研究该区域全程硝化菌的分布,对了解环境因素对comammox影响至关重要,也为实验室富集环境参数设置提供参考。羟胺(NH2OH)作为comammox的中间产物,是研究其生理生化特性的关键一环,因此研究羟胺对comammox的影响机制,对进一步探究其生理生化特性具有重要意义。本论文以全程硝化菌为研究对象,从自然生态环境分布和实验室研究两方面开展研究。首先,在黄河入海口近岸生态系统的3个生境中(远望楼入海口、湿地、雁湖)开展调研,探究其在自然生态系统中的分布规律和菌群结构。然后在调研的基础上运行R1、R2两个序批式膜生物反应器(SBBR)来进行实验室富集培养。在成功富集后,R1保持富集条件不变,R2中加入羟胺,通过分析实验过程中氮素转化、comammox活性、微生物群落结构和丰度变化等来探究中间产物对comammox的影响机制。主要取得研究成果如下:(1)Comammox在水生生态系统和沉积物中普遍存在。在黄河入海口近岸生态系统的各个站点都检测到全程硝化菌的存在,但在3个生境中comammox的基因丰度存在较大差异,其中雁湖湖底沉积物中comammox的丰度最高,远望楼入海口沉积物中comammox的丰度最低。(2)环境因子对comammox的分布影响显著。Comammox的丰度与pH和盐度呈负相关,与TC、TN、NH4+和NO3-呈正相关。Comammox的丰度与NH4-的相关性低于AOA和AOB,这表明comammox对氨氮的亲和力更高。(3)基于前期调研,在pH为7±0.1、低氨氮浓度的寡营养环境下进行实验室富集,120天后,反应器内氨氮去除率稳定在80%以上,R1、R2中comammox的基因拷贝数达 2.28 × 107±2.61 × 106和 2.75 × 107±1.24 × 106 Dinaciclib分子量copies/g dry weight,是接种污泥的20多倍,说明此时comammox已经得到有效富集。(4)在添加羟胺阶段,两个反应器的氮素转化和微生物群落结构出现明显PLX5622生产商差异。R2反应器内氨氮去除率和出水硝酸盐浓度均低于R1,comammox的活性出现下降趋势,由富集阶段的28.3±1.42 mg-N/(Kg·d)下降至14.6± 1.02 mg-N/(Kg·d);R1反应器内comammox的基因丰度是R2的2.51倍;Nitrospira(硝化螺旋菌属)的相对丰度是R2的3.99倍。说明长期添加羟胺会对comammox的活性和生长产生抑制作用。(5)在添加羟胺阶段,分析反应器内微生物分泌胞外聚合物的变化,结果发现,Rl、R2反应器内comammox分泌的蛋白质量分别为79.76±4.91和155.19±0 mg/g VSS。由此可见,羟胺添加会对comammox胞外聚合物的分泌产生影响,刺激comammox分泌的更多的蛋白质,从而使得活性污泥的沉降性能增强,lung immune cells但也导致了传质效率降低,进而导致底物摄取不足而使脱氮性能下降。(6)在添加羟胺对全程硝化菌产生持续稳定的抑制作用后,停止添加羟胺,comammox的活性和丰度逐渐恢复。停止添加羟胺后,R2反应器的出水水质逐渐恢复,.在此阶段,comammox的活性为91.1±2.73 mg-N/(Kg-d),是添加羟胺阶段的 6.24 倍;comammox 基因丰度为 3.36×109±2.44×108 copies/g dry weight,是停止添加羟胺时的34.67倍;Nirospira的相对丰度为42.84%,较添加羟胺阶段也显著升高。由此说明,羟胺对comammox的抑制作用是可逆的,在停止添加后能够逐渐恢复。