Water Research | 宏基因组学揭示了在不同氮负荷速率下厌氧氨氧化反应器微生物群落的差异导致硝酸盐产量的差异

推荐：江舜尧

编译：小菌菌

编辑：小菌菌

华东理工大学刘勇弟组近期于Water Research上发表了题名为《Metagenomics reveals microbial community differences lead to differential nitrate production in anammox reactors with differing nitrogen loading rates》的文章。本研究考察了两个厌氧氨氧化颗粒污泥反应器在典型的低NLR (0.8 kg m-3.d-l)或高NLR (10.5 kg m-3.d-l)条件下的运行情况。采用宏基因组学方法研究了脱氮性能与脱氮基因类型、丰度及相关基因在丰富基因组中的分布关系。对该群落的优势成员包括厌氧氨氧化细菌(AnAOB)和其他成员的分类学分布、丰度和基因型进行评估。利用这些信息，我们评估了微生物群落与两个厌氧氨氧化反应器中氮转化性能之间的关系。这些结果为颗粒污泥厌氧氨氧化过程中负荷率如何影响性能和群落结构提供了更深层次的见解，这将有助于开发先进的厌氧氨氧化过程操作技术。

要点：

1 主流厌氧氨氧化工艺硝酸盐产量较高。

2 nxr基因的丰度与硝酸盐的高产量有关。

3 高硝酸盐可能是由于专性NOB和其他含nxr的细菌的活性。

文章摘要

厌氧氨氧化过程中硝酸盐的产生会降低总脱氮效率，对其在废水脱氮中的有效性产生负面影响。但是对在不同氮负荷率(NLRs)下，厌氧氨氧化反应器的性能特征和与硝酸盐积累相关的生理变化没有充分的理解。因此，我们对这些参数在较低的NLR 厌氧氨氧化反应器(称为R1)中进行了研究，该反应器产生的硝酸盐高于预期水平，而与较高的NLR反应器(称为R2)相比，该反应器没有过量的硝酸盐。虽然两个反应器都表现出较高的NH₄₊-N去除效率(>90%)，但R1的总氮去除效率(<60%)要低得多，这是由于硝酸盐产量较高所致。宏基因组分析发现，R2中来自厌氧氨氧化细菌的reads数量显著增加。另一个显著趋势是，R1中预测为亚硝酸盐氧化还原酶(nxr)的基因的reads水平相对较高。两个反应器的样品Binning产生27个高质量的基因组草图。Bin出现情况的分析发现R1中厌氧氨氧化菌减少，而nxr基因意外增加。原位分析证实R1具有较高的亚硝酸盐氧化速率，这不仅仅是由于专性NOB造成的，其他含nxr的细菌也是重要的贡献者。我们的结果表明，硝酸盐积累可能是厌氧氨氧化技术应用于低强度废水处理的一个严重的问题。

文中重要图片说明

表1 | 厌氧氨氧化 EGSB反应器稳定状态下的运行性能。

图1 | 硝化、厌氧氨氧化、反硝化和DNRA关键酶的丰度。

图2 | 硝酸盐积累相关基因在R1和R2中的分布及其微生物活性。

图3 | 基因组草图中关键氮循环基因的存在/缺失分析。

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