磁效应对异化硝酸盐还原为铵(DNRA)过程的影响

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随着社会的不断发展,越来越多的氮素不断输入环境,这一过程正在打破全球的氮循环平衡。生态系统中的硝酸盐迁移转化一直是学者关注的问题。近年来,异化硝酸盐还原为铵过程(DNRA)受到学术界关注,但目前脱氮系统中的各种因素对DNRA的影响机制尚不清晰,需要建立富集DNRA细菌的反应器进行探究。本文根据电磁效应原理,研究了对于不同电磁波和磁场强度对DNRA启动以及长期驯化过程的影响,筛选出合适的电磁波和磁场强度,并探究其影响机理,以实现电磁效应在DNRA驯化过程的成功应用。取得的主要结论如下:(1)电磁波的施加可以有效提高DNRA的活性。从水质数据上看,电磁波辐照组比对照组的启动时间要长一些,产生氨氮从早到晚依次是对照组、0.04μT电磁波辐射组、0.06μT电磁波辐射组。随着电磁波强度的增加,反应器中的DNRA启动过程要延长一段时间,但是氨氮上升的速度却随着电磁波强度的增加而大大提升。三个反应器实现60%氨氮转化效率的时间几乎相同,但是电磁波辐射组在长期驯化的过程中的氨氮平均转化率高于对照组,且波动幅度更小,电磁波可能既促进了 DNRA过程又增加了系统的稳定性。qPCR结果显示DNRA功能基因nrfA的丰度不断升高,0.04 μT电磁波辐射组的nrfA丰度一直维持在较高的水平,表明电磁波促进了 DNRA功能菌的富集。(2)施加合适磁场强度(40 mT)可有效缩短DNRA启动时间,但对DNRA的氨氮转化效率无显著影响,磁场很有可能只是影响DNRA菌的富集效率。40mT磁场强度影响下的反应器启动时间最短。在40 mT磁场强度的影响下,具有DNRA功能的地杆菌属丰度在培养的过程中不断增加,从15.71%增加至22.57%。(3)基于KEGG数据库的群落功能预测DNRA过程的关键功能酶亚硝酸盐还原酶在驯化过程中丰度大幅增加。电磁波强度与该关键酶丰度呈正相关,说明合适的电磁波强度可有效促进该酶活性。同时,在磁场的作用下,40mT的磁场强度对该酶的促进最明显,使该酶丰度在40天时比对照组和100 mT的磁场实验组分别高出34.28%和62.06%,在80天时分别高出70.59%和69.70%。(4)纯菌实验验证,施加0.04 μT的电磁波促进了脆弱拟杆菌转化亚硝氮为氨氮的能力,并且随着时间的推移效果更加显著。
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