从水产养殖废水中分离出的一种新型异养硝化-好氧反硝化肠杆菌（Enterobacter asburiae WZCH）的性状分析及其脱氮性能研究

《Process Biochemistry》：Isolation, Characterization, and Nitrogen Removal Performance of a Novel Heterotrophic Nitrifying-Aerobic Denitrifying Enterobacter asburiae WZCH from Aquaculture Wastewater

水产养殖废水中分离出新型异养硝化-好氧反硝化菌WZCH，经16S rDNA测序和基因组分析鉴定为Enterobacter asburiae。优化条件（C/N=20，pH7.5，20°C，200rpm）下总氮去除率达90%，验证其高效稳定处理能力及无二次污染特性。

　　

文秀根|张伟|胡雪琴|曹淼|刘长军|李琴瑜

湖南工业大学莲藕深加工与营养健康科学工程研究中心，中国湖南省湘潭市411201

摘要

随着水生生态系统中氮污染的加剧，可持续的废水脱氮已成为环境工程领域的重要研究课题。异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）技术因其运行效率高、空间利用合理及环境适应性强而成为一种环保解决方案。然而，目前单菌株系统的应用仍面临营养竞争和工艺不稳定性的挑战。本研究从水产养殖废水中成功分离出一种新型HN-AD细菌。通过16S rDNA测序以及形态和生理学分析，该菌株被鉴定为Enterobacter asburiae WZCH的新变种。基因组分析揭示了其独特的氮代谢途径；系统评估表明，在C/N比为20、pH值为7.5、温度为20°C、转速为200 rpm的优化实验条件下，该菌株的总氮去除效率接近90%。这些结果表明WZCH菌株具有出色的氮去除能力和显著的环境适应性，且不会造成二次污染，是处理水产养殖废水的高效微生物资源。

引言

快速工业化和农业活动的加剧导致自然水体中氮输入量大幅增加，从而引发广泛的氮污染[1]。据估计，人为向淡水系统输入的氮量超过了安全阈值的约2.7倍，影响了地表水、地下水和下游海洋生态系统[2]、[3]。这种氮污染通过饮用水污染和食物网结构的破坏对人类健康构成严重威胁[2]、[3]。因此，迫切需要开发高效且可持续的氮去除技术来改善水生环境。

传统的生物氮去除系统依赖于自养硝化后接异养反硝化过程，通常需要交替的好氧和厌氧条件，这导致工艺配置复杂且运行要求较高[4]、[5]。异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）细菌的发现为氮去除提供了另一种生物途径。这类微生物能够在好氧条件下同时进行硝化和反硝化，有望简化处理流程同时保持高效[6]、[7]、[8]。

近年来，多项研究报道了HN-AD细菌的分离及其在不同条件下的氮去除性能[9]。已报道的HN-AD菌株主要属于Pseudomonas、Alcaligenes、Acinetobacter和Rhodococcus等属[10]、[11]、[12]。然而，许多菌株在不同废水类型和操作条件下的稳定性有限，其在水产养殖系统中的表现仍不明确。因此，从水产养殖环境中分离HN-AD菌株并评估其在实际条件下的性能和适用性对于实现废水处理应用至关重要[13]、[14]、[15]、[16]。

最新研究表明，HN-AD技术适用于含有氮的复杂废水。宏基因组和代谢组分析揭示了微藻-细菌共生系统在低碳氮比及葡萄糖或乙酸驱动的异养硝化过程中的微生物相互作用和氮代谢途径[17]、[18]。此外，HN-AD技术已成功应用于去除残余铵液中的氨氮，并从稀土元素浸出场所分离出高效HN-AD菌株，显示出其在多种废水处理场景中的潜力[19]、[20]。

本研究从水产养殖废水污泥中分离出一种HN-AD细菌WZCH。通过16S rRNA基因测序、生理生化特性分析及基因组分析对该菌株进行了鉴定，并系统评估了碳源、氮源、碳氮比、pH值、温度和搅拌速度对氮去除效果的影响。此外，还进行了30天的废水处理试验和急性鱼类毒性测试，以评估其在水产养殖环境中的实际应用效果和短期生物安全性。

样本采集与细菌筛选

HN-AD菌株WZCH是从中国湖南省湘潭市一个循环水产养殖废水处理系统的出水口收集的活性污泥中分离得到的。将10毫升污泥无菌接种到含有90毫升无菌HNM1培养基的250毫升Erlenmeyer烧瓶中，然后在30°C下以120 rpm的转速振荡培养3天。该富集过程重复三次，以富集异养菌株。

结果与讨论

从水产养殖废水处理系统的出水口收集的污泥中分离出15株异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）细菌。经过初步的硝化和反硝化性能评估后，选取了一株具有稳定氮去除能力的菌株进行进一步研究。通过革兰氏染色、分子鉴定和全基因组测序分析，确定该菌株为

结论

本研究分离并鉴定出一种异养硝化-好氧反硝化细菌WZCH，属于Enterobacter asburiae。WZCH菌株能够在好氧条件下去除铵、亚硝酸盐、硝酸盐和总氮。氮去除效果受环境因素影响，包括碳源、氮源、碳氮比、pH值和搅拌速度等。在测试条件下，以柠檬酸钠作为碳源时

伦理批准

不适用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

参与同意

不适用。

发表同意

不适用。

资助

本研究得到了中国湖南省自然科学基金（项目编号：2025JJ60150）、“含锰过氧化物酶的开发与表达优化”项目（项目编号：E22323）以及“异养硝化-好氧反硝化细菌的筛选与鉴定及其应用研究”项目（项目编号：E523A0）的支持。

作者贡献声明

张伟：撰写初稿、数据整理。胡雪琴：撰写初稿、数据分析、概念构思。文秀根：撰写初稿、项目管理、数据分析、概念构思。曹淼：撰写初稿、数据整理。刘长军：项目指导、资源提供。李琴瑜：审稿与编辑、验证、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。