水环境化学中亚硝化单胞菌的代谢机制、环境调控与应用研究进展
Research Progress on Metabolic Mechanisms, Environmental Regulation and Applications of Nitrosomonas in Aquatic Environmental Chemistry
摘要: 亚硝化单胞菌(
Nitrosomonas)作为化能自养型氨氧化细菌(AOB)的核心类群,在水环境硝化反应中承担关键角色——通过氨单加氧酶(AMO)将氨氮(NH
+)氧化为亚硝态氮(NO
−),是全球氮循环与水环境脱氮系统的“限速步骤”。本文系统梳理了亚硝化单胞菌的分类学特征与水环境分布规律,深入解析其氨氧化代谢机制及关键功能酶(AMO、HAO)的调控逻辑,重点阐述了水环境化学参数(pH、溶解氧、盐度、抑制剂)、界面作用(生物膜、沉积物微环境)对其活性与群落稳定性的影响,总结了亚硝化单胞菌在市政污水、工业废水及自然水体修复中的强化技术与应用案例,最后指出当前极端水环境适配性、复合污染抑制机制、工程化稳定性等研究瓶颈,展望了合成生物学改造、AI辅助工艺调控等前沿方向,为水环境氮循环调控与低碳脱氮技术优化提供理论支撑与技术参考。
Abstract: Nitrosomonas, as a core group of chemoautotrophic ammonia-oxidizing bacteria (AOB), plays a crucial role in nitrification in aquatic environments—oxidizing ammonia nitrogen (NH+) to nitrite nitrogen (NO−) via ammonia monooxygenase (AMO), which is the “rate-limiting step” in the global nitrogen cycle and aquatic denitrification system. This paper systematically reviews the taxonomic characteristics and aquatic distribution patterns of Nitrosomonas, deeply analyzes its ammonia oxidation metabolic mechanism and the regulatory logic of key functional enzymes (AMO, HAO), and focuses on the influence of aquatic environmental chemical parameters (pH, dissolved oxygen, salinity, inhibitors) and interfacial interactions (biofilm, sediment microenvironment) on its activity and community stability. It summarizes the enhancement technologies and application cases of Nitrosomonas in the remediation of municipal wastewater, industrial wastewater, and natural water bodies. Finally, it points out the current research bottlenecks in extreme aquatic environments, mechanisms for inhibiting complex pollution, and engineering stability, and looks forward to cutting-edge directions such as synthetic biology modification and AI-assisted process control, providing theoretical support and technical reference for the regulation of nitrogen cycle in aquatic environments and the optimization of low-carbon denitrification technologies.
文章引用:裴凌波, 黄勋, 杜超, 胡佳欢, 许芮, 蒋奕冰, 莫奕樟, 黄彩妹, 魏明蓉. 水环境化学中亚硝化单胞菌的代谢机制、环境调控与应用研究进展[J]. 世界生态学, 2026, 15(2): 266-273.
https://doi.org/10.12677/ije.2026.152028
参考文献
|
[1]
|
郭万茹. 脱氮微生物选育优化及其在黑臭水体修复中的应用[D]: [硕士学位论文]. 合肥: 合肥工业大学, 2020.
|
|
[2]
|
朱海东, 朱卫兵. 污水处理新型生物脱氮工艺研究进展[J]. 应用化工, 2026, 55(1): 171-174+179.
|
|
[3]
|
耿宏, 任峻明, 周文明, 等. 氨氧化微生物的生理代谢机制及在水处理系统中的分布研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(6): 88-97.
|
|
[4]
|
陈亚平, 叶宏, 王娟. 亚硝化单胞菌的分离鉴定及其降解特性的研究[J]. 环境科学与技术, 2007(9): 24-25+35+116.
|
|
[5]
|
刘志培, 刘双江. 硝化作用微生物的分子生物学研究进展[J]. 应用与环境生物学报, 2004(4): 521-525.
|
|
[6]
|
孙昊飞, 李家麟, 孙召强, 等. 泥膜共生体系强化高氨氮工业废水短程硝化厌氧氨氧化脱氮的中试研究[J/OL]. 环境工程, 1-17. https://link.cnki.net/urlid/11.2097.X.20250903.0922.006, 2026-01-06.
|
|
[7]
|
孙宏, 张恒, 王新, 等. 畜禽养殖废水来源的自养氨氧化菌筛选及氨氮去除效果研究[J]. 中国畜牧杂志, 2020, 56(9): 171-176.
|
|
[8]
|
王碧军, 闫心, 付月宝. 生物脱氮原理与研究进展[J]. 天津化工, 2025, 39(6): 13-15.
|
|
[9]
|
付昆明, 廖敏辉, 任奕, 等. 污水短程硝化影响因素的对比分析[J]. 中国给水排水, 2019, 35(4): 24-29.
|
|
[10]
|
李小鹏, 张代均, 曹琳, 等. 氨氧化菌在污水生物处理中的作用[J]. 中国给水排水, 2004(5): 24-27.
|
|
[11]
|
何志仙. 污水生物脱氮过程中N2O的产生与相关酶活性研究[D]: [博士学位论文]. 西安: 西安建筑科技大学, 2017.
|
|
[12]
|
张舰艇, 豆全浩, 张莉. 基于微生物互作的厌氧氨氧化工艺富里酸降解机制研究[J]. 环境科学研究, 2025, 38(12): 2746-2755.
|
|
[13]
|
张婷, 张亮, 张璐晶, 等. 短程反硝化厌氧氨氧化生物膜技术在分散式污水处理的应用研究[J]. 给水排水, 2025, 61(5): 49-54+60.
|