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随着工业化进程的加速,水体氨氮超标问题严重影响水体环境和人类健康。水体氮素去除一直以来都是水处理领域研究热点。许多研究表明,某些异养菌可以进行硝化作用,并且某些菌株可在有氧条件下进行反硝化作用,同时大部分好氧反硝化菌也是异养硝化菌（即异养硝化-好氧反硝化菌）。基于上述理解,国内外学者们正在积极研究同步硝化反硝化新型生物脱氮技术,该技术能将硝化和反硝化放置在同一反应器中进行,同步去除氨氮和水体有机物,解决了传统脱氮工艺在处理效率和经济效益两方面的矛盾。本文以实验室分离得到的异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp.PD-7菌为研究对象,在3 L发酵罐内进行单因素实验,研究了溶解氧、碳氮比、温度、pH和接种量等因素对菌株脱氮特性的影响,得出最佳脱氮培养条件;对四种脱氮催化酶进行酶促反应动力学分析,确定限速酶和限速反应;通过基因工程手段过表达限速酶基因,考察途径增强对脱氮速率的影响;构建代谢通量分析模型,计算不同溶氧下的氧化磷酸化和好氧反硝化途径的产能水平,揭示PD-7菌株的代谢特性。得出主要结论如下:（1）研究转速、碳氮比、温度、pH和接种量对PD-7菌株的异养硝化-好氧反硝化脱氮特性的影响。结果表明培养温度为30℃、pH为7.0、碳氮比为8、转速为300 r/min和接种量为7.0%时菌株生长和脱氮性能最佳。（2）测定不同温度和p H下氨单加氧酶（AMO）、羟胺氧化酶（HAO）、硝酸盐还原酶（NAR）和亚硝酸盐还原酶（NIR）的酶促反应速率,采用米氏方程对酶促反应动力学拟合。分析结果表明,AMO、HAO、NAR及NIR利用速率与相应基质浓度之间呈正相关。根据底物最大消耗速率vmax值大小推测NIR可能是该菌株脱氮过程中的限速酶,亚硝酸盐至一氧化氮这一步为限速反应。（3）构建过表达nirS基因的反硝化途径增强菌。实验结果表明,去除50 mg/L的氨氮,所用时间由25 h缩减到22 h,通过对限制酶基因扩增强化了原菌株的脱氮性能,脱氮效率提高。（4）构建PD-7菌株代谢通量网络模型。根据网络模型建立胞内各个代谢物通量平衡方程及相应的代谢反应方程,研究了不同溶氧下的氧化磷酸化、好氧反硝化途径的产能水平和限速酶基因过表达对胞内产能水平的影响。结果表明,氧化磷酸化产能占总产能的比例随着溶氧升高而升高,溶氧较低时,反硝化产能占总产能的比例较高。亚硝酸盐还原酶基因（nirS）扩增后,反硝化途径代谢活力增强,产能增加了20.7%,但是相对于氧化磷酸化产能,其产能水平仍很低。