氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）是一种典型的金属氧化物纳米材料,具有纳米材料所特有的表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等特性,被大量且广泛地应用于生产和生活中。ZnO NPs的大量使用会使其通过污废水排放的方式进入污水处理系统,由于ZnO NPs具有纳米材料的生物毒性,可影响污水生物处理效果。好氧反硝化菌可以在好氧条件下进行反硝化作用,使得硝化反应和反硝化反应可以在同一反应器中进行,反硝化过程产生的碱能中和硝化过程产生的酸,从而可以降低设备投入和操作管理成本。好氧反硝化菌的这些优势,使得其成为近年来生物脱氮的研究热点之一。本论文在ZnO NPs长期暴露下培养得到具有抗性的菌株,通过对比野生型菌株（WT）和抗性菌株（Re）在ZnO NPs胁迫前后的生理生化及基因和蛋白表达方面的差异,解析好氧反硝化菌对ZnO NPs胁迫的响应机制;通过对比未受胁迫时WT和Re之间的生理生化及基因蛋白表达方面的差异,解析好氧反硝化菌对ZnO NPs胁迫的适应机制。阐释好氧反硝化菌对ZnO NPs胁迫的响应和适应机制,可以在人工促进和强化脱氮细菌对纳米材料的适应能力时,提供理论依据,对于保持污水生物脱氮效率有重要意义。论文得到如下主要结论:1.生理响应研究发现,在ZnO NPs胁迫下,相比WT,Re具有在对数期更快的生长速度、对硝态氮和亚硝氮更强的去除能力;Re对Zn2+的亲和力显著低于WT,且Re的成膜能力远大于WT。对Zn2+的低亲和力以及更强的成膜能力是Re在ZnO NPs和Zn2+胁迫下的适应机制。2.生化响应研究表明,不同浓度ZnO NPs胁迫均导致胞内ROS增加,但是Re较WT胞内ROS增幅低,在抵抗ZnO NPs导致的ROS压力方面更具优势;Re的脱氮关键酶NR和NIR的活性均强于WT,维持NR和NIR的活性,是Re对NPs胁迫的一种响应机制;通过产生更多的EPS是好氧反硝化菌对抗NPs胁迫的响应机制之一。EPS成分中的酪氨酸蛋白类物质、色氨酸蛋白类物质和芳香族蛋白主要参与了Re对抗ZnO NPs胁迫的响应过程。3.借助转录组学和蛋白组学技术研究了好氧反硝化菌在ZnO NPs胁迫下基因和蛋白层面的响应和适应机制。差异表达基因和差异表达蛋白的KEGG通路富集分析结果表明,ZnO NPs胁迫下好氧反硝化菌参与响应机制的通路主要包括:响应ZnO NPs产生的ROS氧化压力的硫胺素代谢通路,铁载体非核糖体肽的生物合成通路,硫代谢通路,嘌呤代谢通路,精氨酸生物合成通路,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路,氮代谢通路等;参与细胞膜脂质氧化的修复过程的脂肪酸合成通路;调控细菌生长的氨酰基tRNA合成通路;调控EPS合成从而对细菌进行保护的氨基糖和核苷酸糖代谢通路及淀粉和蔗糖代谢通路。参与适应机制的通路主要包括:阳离子抗菌肽（Cationic antimicrobial peptide,CAMP）抗性通路和生物膜形成通路等,前者通过增加细胞膜正电性以排斥与Zn2+的接触并外排胞内Zn2+,后者通过形成生物膜以适应ZnO NPs胁迫。ROS氧化压力通路的调控与生化响应研究中检测到胞内ROS增加相符合;细胞膜修复的脂肪酸合成通路解释了生化响应研究中细菌细胞膜完整性无明显损伤的现象;EPS合成通路上调支撑了生化研究中EPS分泌增加的现象;CAMP抗性解释了Re对Zn2+的低亲和力现象;生物膜形成通路与Re成膜能力显著增强现象相符合。参与抵抗ROS氧化压力的基因主要包括thiL、entB、entE、entF、entD、cysJ、cysI、argH、argG、gltB、gltD、ompC等;抵抗ROS氧化压力的蛋白主要包括铁载体蛋白、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽S转移酶、氯化物过氧化氢酶、丙酮酸脱氢酶、超氧化物歧化酶、烷基氢过氧化物还原酶,以及细胞膜孔蛋白OmpC等。参与脂肪酸合成和EPS合成的基因主要包括fabB、fabG、fabF、fabZ、glgC、murB、glgB等;参与脂肪酸合成和EPS合成的蛋白主要有乙酰基载体蛋白合成酶、磷酸腺苷酰基转移酶、葡聚糖分支酶、UDP-N-乙酰胞壁酸脱氢酶等。这些基因和蛋白在好氧反硝化菌的响应和适应机制中发挥重要作用。