Аэробная денитрификация
Аэробная денитрификация , или совместное средство , одновременное использование как кислорода (O 2 ), так и нитрата ( Нет - 3 ) в качестве окислительных агентов , выполняемых различными родами микроорганизмов. [ 1 ] Этот процесс отличается от анаэробной денитрификации не только от его нечувствительности к присутствию кислорода, но и с его более высоким потенциалом для образования оксида азота (оксид азота ( N 2 o ) как побочный продукт. [ 2 ]
Поэтому нитрат, действующий в качестве окислителя, снижается в последовательности четырех реакций, выполняемых ферментами нитратами , нитритом , азот-оксидом и азотистской оксидной редуктазами. [ 2 ] Путь в конечном итоге дает снижение молекулярного азота (N 2 ), а также, когда реакция не достигает завершения, промежуточный оксид азота промежуточного вида ( N 2 O ).
Простая реакция денитрификации схематически происходит следующим образом:
- НЕТ
3 − → нет
2 − → Нет → N
2 O → N
2 (g)
Реакция дыхания , которая использует кислород в качестве окислителя для получения энергии от глюкозы, является следующим:
- В
6 часов
12 o
6 (aq) + 6 o
2 (g) → 6 co
2 (г) + 6 ч
2 o
Классически считалось, что денитрификация не произойдет в присутствии кислорода, поскольку, по -видимому, нет энергетического преимущества для использования нитрата в качестве окислителя, когда доступен кислород. [ 2 ] Эксперименты с тех пор доказали, что денитрификаторы часто являются факультативными анаэробными. [ 3 ] и что аэробная денитрификация действительно происходит в широком спектре микробных организмов с различными уровнями продуктивности, обычно более низкой продуктивности, чем результат чисто аэробного дыхания. Преимущества способности выполнять денитрификацию в присутствии кислорода являются неопределенными, хотя возможно, что способность адаптироваться к изменениям уровня кислорода играет роль. [ 1 ] Аэробная денитрификация может быть обнаружена в средах, где доступны колеблющиеся концентрации кислорода и снижение углерода. [ 4 ] Относительная суровая среда вдохновляет на потенциал денитрификаторов ухудшать токсичный нитрат или нитрит в аэробной атмосфере. Аэробные денитрификаторы имеют тенденцию эффективно работать при 25 ~ 37 ° C и pH 7 ~ 8, когда концентрация растворенного кислорода составляет 3 ~ 5 мг/л, а отношение нагрузки C/N составляет 5 ~ 10. [ 4 ]
Воздействие на окружающую среду
[ редактировать ]Очистка сточных вод
[ редактировать ]Очистка воды часто зависит от активности анаэробно денитрифицирующих бактерий , чтобы удалить нитрат из воды. [ 5 ] Однако из -за отсутствия кислорода нитрат не может быть полностью восстановлен до динитрогена , поэтому нитрат остается в воде или преобразуется в оксид азота. [ 5 ] Затянувшаяся нитрат в питьевой воде представляет собой множество рисков для здоровья, а нитрат и оксид азота оказывают большое воздействие на окружающую среду. [ 6 ] [ 7 ] Некоторые опасности включают канцерогенные ионы нитритов в питьевой воде или эвтрофикацию , вызванную окисленным цветом водорослей с окисленным азотом . [ 5 ] [ 8 ] И наоборот, аэробная денитрификация может еще больше снизить окисленный азот в менее специализированной среде. [ 5 ] Например, многие аэробически денитрифицирующие бактерии из рода Pseudomonas ( P. stutzeri , P. mendocina и P. Putida ) были показаны из реки Лингхуи в Китае и могут дальнейшие использование в биоаугментации для очистки загрязненной воды. [ 5 ] В дополнение к Pseudomonas, Acinetobacter sp. SYF26 был изолирован из водохранилища Хейхе в Китае . [ 9 ] Геномный анализ NAPA, выявил ген кодирующий периплазматическую нитраткредуктазу , а NIRK и NIR для гена для нитритредуктазы (оба фермента , необходимые для денитрификации аэробного нитрата). [ 9 ]
Глобальное потепление
[ редактировать ]Оксид азота в 200-300 раз больше мощного парникового газа , чем углекислый газ , что составляет 5% от глобального эффекта газа зеленого дома. [ 10 ] [ 7 ] Во время восстановления нитрата при очистке сточных вод оксид азота выделяется только в отсутствие соответствующей регуляции кислорода . [ 10 ] Некоторые решения для борьбы с высвобождением оксида азота от очистки сточных вод могут заключаться в использовании аэробически денитрифицирующих организмов с способностью полностью уменьшить азот. [ 5 ] Например, P. denitrificans показал, что эффективно снижает нитрат до N 2 в культивируемых средах и сточных водах. [ 10 ] Кроме того, штаммы TR2 P. Sturzeri и Pseudomonas sp. Штамм K50 также был показан значительно низким уровнем выработки оксида азота при обработке воды . [ 10 ] Таким образом, обогащение активированного ила для аэробных денитрифицирующих бактерий может быть эффективным для борьбы с эффектами глобального потепления оксида азота при очистке сточных вод . [ 10 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Робертсон, Лесли А.; J. Gijs Kuenen (22 апреля 1984 г.). «Аэробная денитрификация: восстановился противоречие» . Архив микробиологии . 139 (4): 351–354. doi : 10.1007/bf00408378 . ISSN 0302-8933 . S2CID 24219772 .
- ^ Jump up to: а беременный в Ллойд, Дэвид (октябрь 1993 г.). «Аэробная денитрификация в почвах и отложениях: от ошибок до фактов». Тенденции в экологии и эволюции . 8 (10): 352–356. doi : 10.1016/0169-5347 (93) 90218-E . PMID 21236194 .
- ^ Schlesinger, William H. (1997). Биогеохимия: анализ глобальных изменений . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-625155-5 .
- ^ Jump up to: а беременный Джи, бин; Ян, Кай; Чжу, Лей; Цзян, Ю; Ван, Хонгью; Чжоу, Джун; Чжан, Хининг (август 2015 г.). «Аэробная денитрификация: обзор важных достижений последних 30 лет». Биотехнология и биопроцесс . 20 (4): 643–651. doi : 10.1007/s12257-015-0009-0 . ISSN 1226-8372 . S2CID 85744076 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон LV, Pengyi ; , Китай » . Scientific Reports . 7 (1): 10032. Bibcode : 2017natsr ... 710032L . DOI : 10.1038/S41598-017-09556-9 . ISSN 2045-2322 .
- ^ Ричард, Алис М.; Диас, Джеймс Х.; Кэй, Алан Дэвид (2014). «Пересмотр рисков нитратов питьевой воды в области общественного здравоохранения» . Журнал Ochsner . 14 (3): 392–398. ISSN 1524-5012 . PMC 4171798 . PMID 25249806 .
- ^ Jump up to: а беременный Аронсон, Эмма Л.; Эллисон, Стивен Д. (2012-07-31). «Мета-анализ воздействия на окружающую среду на высвобождение оксида азота в ответ на поправку к n» . Границы в микробиологии . 3 : 272. DOI : 10.3389/fmicb.2012.00272 . ISSN 1664-302X . PMC 3408851 . PMID 22866053 .
- ^ Ллойд, Дэвид (1993-10-01). «Аэробная денитрификация в почвах и отложениях: от ошибок до FAITX». Тенденции в экологии и эволюции . 8 (10): 352–356. doi : 10.1016/0169-5347 (93) 90218-E . PMID 21236194 .
- ^ Jump up to: а беременный Су, Джун-Фенг; Чжан, Кай; Хуан, Тин-Лин; Вэнь, банда; Го, Лин; Ян, Шао-Фей (2015). «Гетеротрофная нитрификация и аэробная денитрификация при низких условиях питательных веществ с помощью недавно изолированной бактерии, Acinetobacter sp. Syf26» . Микробиология . 161 (4): 829–837. doi : 10.1099/mic.0.000047 . PMID 25667009 . S2CID 206197998 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Такая, Наоки; Каталонский сакайри, Мария; Сакагучи, Ясуши; Като, Исао; Чжоу, Жемин; Шон, Хирофуми (июнь 2003 г.). «Аэробные денитрификационные бактерии, которые производят низкие уровни оксида азота» (PDF) . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (6): 3152–3157. doi : 10.1128/aem.69.6.3152-3157.2003 . PMC 161530 . PMID 12788710 .