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哈工大任南琪院士团队谢国俊课题组ES&T封面:解析乙烷对厌氧氨氧化的抑制效应
发布人:吴洁  发布时间:2022-10-04   浏览次数:21

近日,哈工大任南琪院士、谢国俊教授团队在Environmental Science & Technology上发表题为《解析乙烷对厌氧氨氧化的抑制效应》(Deciphering the Inhibition of Ethane on Anaerobic Ammonium Oxidation)的封面论文。该成果首次揭示了自然界广泛中存在的乙烷对厌氧氨氧化的独特抑制效应与机制,对深入认识自然的氨氧化与氮循环过程具有显著意义。

厌氧氨氧化和硝化是两种最为常见的氨氧化途径,是地球微生物氮循环的重要组成部分,在将活性氮转化为氮气释放到大气过程中发挥至关重要的作用。先前研究已证明短链烷烃可以抑制硝化微生物的好氧氨氧化过程,因为这些烷烃作为氨单加氧酶的底物是硝化作用的竞争性抑制剂。然而,厌氧氨氧化菌的氨氧化途径并不涉及氨单加氧酶,短链烷烃是否会影响厌氧氨氧化过程还不清楚。值得注意地,乙烷是自然界中仅次于甲烷的第二丰富烷烃,其分布的厌氧环境与厌氧氨氧化常见生境相似。在排放到大气之前,乙烷很可能参与或影响生物代谢。因此,研究乙烷对厌氧氨氧化过程的影响将有助于进一步认识自然中的氨氧化与氮循环。

基于上述研究空白,谢国俊教授团队首次通过一系列的批次与反应器实验,探究了乙烷对厌氧氨氧化细菌的活性抑制效应。团队发现乙烷对厌氧氨氧化的急性抑制作用具有浓度依赖性与可逆性,随着乙烷浓度的增加,厌氧氨氧化菌的活性迅速下降,约0.86mM乙烷可导致厌氧氨氧化活性降低50%。团队还通过进一步研究发现长期0.09mM低浓度乙烷的慢性抑制也可导致厌氧氨氧化菌在30天内活性从479 mg N L-1 d-1降低至2mg N L-1 d-1,丰度从61.9%降低至9.5%,这表明即使是自然生态系统中的低浓度乙烷也可能会影响厌氧氨氧化细菌的环境分布,进而影响区域微生物氮循环。基于转录组学分析与胞内氮水平测定,团队首次揭示了乙烷通过影响氨氮吸收而抑制厌氧氨氧化菌活性的独特机理,区别于先前认识的乙炔或氧气等对厌氧氨氧化的抑制作用考虑到乙烷对硝化微生物的好氧氨氧化过程也有显着抑制作用。因此,该研究表明乙烷存在环境中的实际微生物氨氧化和氮循环通量可能与当前认识存在显著差异,应在未来进一步深入研究与评估。

谢国俊教授为该论文通讯作者,哈工大为唯一通讯单位。哈工大博士研究生谭馨为论文第一作者。哈工大博士研究生党成成、王晓薇参与完成部分工作。此外,实验室任南琪院士、邢德峰教授、刘冰峰教授、丁杰教授,重庆大学聂文博博士后研究员参与该研究的部分工作。

谢国俊课题组主要从事污水处理与资源化、厌氧甲烷氧化与利用、微生物驱动碳氮硫循环等方面的研究,共发表SCI收录论文70余篇,H因子26;其中第一或通讯作者论文36篇,包括Environmental Science & Technology 6篇、Water Research 3篇。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c01527


EST论文封面

乙烷对厌氧氨氧化过程的抑制机制与效应