楊 婷， 辛 瑜， 時 祎， 張 梁*， 石孔泉， 張麗娜

（1.江南大學(xué) 糧食發(fā)酵工藝技術(shù)國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；3.江蘇大有生物科技發(fā)展有限公司，江蘇 無錫 214122）

近年來，隨著食品行業(yè)的迅猛發(fā)展，食品加工廢水的生成量日益增多，尤其是對于腌制類制品和肉制品等的加工過程，更是產(chǎn)生了大量含高濃度氮的有機廢水[1-2]。這些不經(jīng)徹底處理的廢水排放會額外增加水體中氮素污染物的積累，不僅導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，影響水生生物正常的生理機能，還會進一步威脅到人類的健康安全[3-5]。因此，如何有效降低食品工業(yè)廢水中氮素污染已成為食品工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急[6]。生物脫氮技術(shù)目前已被證實是處理氮素污染最經(jīng)濟高效且綠色環(huán)保的方法，并已得到廣泛的應(yīng)用[7-8]。其中，好氧反硝化菌的發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)反硝化只能在嚴(yán)格厭氧條件下進行的限制，好氧反硝化菌可以直接在有氧條件下將氮污染物轉(zhuǎn)化為無害的氣態(tài)氮，在有效去除氮素污染中表現(xiàn)出了更強的優(yōu)勢和潛力[9-10]。

目前，越來越多的好氧反硝化菌從不同的環(huán)境中分離篩選出來，如假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）[11]、產(chǎn) 堿 桿 菌 屬 （Alcaligenes sp.）[4]、 不 動 桿 菌 屬（Acinetobacter sp.）[12]、芽孢桿菌屬 （Bacillus sp.）[13]等。相較于大多數(shù)革蘭氏陰性反硝化菌株，反硝化芽孢桿菌是典型的革蘭氏陽性菌，具有抗逆性強、可適環(huán)境多樣、代謝過程中能產(chǎn)生大量胞外酶和維生素等優(yōu)勢。同時，由于大多數(shù)芽孢桿菌屬于非致病菌，其生物安全性能可靠，在食品工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的氮素去除方面具有更大的應(yīng)用價值[13-15]。但對于芽孢桿菌相關(guān)的好氧反硝化特性以及脫氮代謝機理還未得到明確解析。

基于此，作者從江蘇省無錫市某河道中分離篩選出一株具有好氧反硝化功能的菌株，經(jīng)鑒定為Bacillus subtilis，對該菌株在好氧條件下的反硝化特性和脫氮途徑進行了驗證，同時探究了不同環(huán)境因素對該菌株脫氮性能的影響，以期為反硝化芽孢桿菌在食品加工的廢水脫氮處理方面提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品來源樣品取自江蘇省無錫市某河道的水體及活性污泥中。

1.1.2 培養(yǎng)基

1）富集培養(yǎng)基（LB培養(yǎng)基，g/L）：NaCl 10.0，蛋白胨10.0，酵母浸粉5.0。

2）初篩培養(yǎng)基（BTB培養(yǎng)基，g/L）：NaNO30.84，丁 二 酸 鈉8.5，KH2PO41.0，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.59，MgSO4·7H2O 1.0，CaCl20.09，1 g/dL溴百里酚藍(lán)1 mL。

3）反 硝 化 培 養(yǎng) 基 （DM培 養(yǎng) 基，g/L）：NaNO30.84， 丁 二 酸 鈉8.5，Na2HPO44.0，KH2PO41.5，MgSO4·7H2O 0.2；微量元素溶液2 mL。其中，微量元素溶液（g/L）：EDTA 50.0，ZnSO4·7H2O 3.92，MnCl2·4H2O 5.06，F(xiàn)eSO4·7H2O 5.0，CoCl2·6H2O 1.61，CaCl25.5，（NH4）6Mo7O2·4H2O 1.1，CuSO4·5H2O 1.57。研究菌株的耐亞硝酸鹽特性時，將NaNO3替換為NaNO2作為唯一氮源。

另加入2 g/dL的瓊脂至LB培養(yǎng)基和BTB培養(yǎng)基中形成固體LB培養(yǎng)基和BTB培養(yǎng)基。所有培養(yǎng)基在121℃下高壓蒸汽滅菌20 min。

1.2 方法

1.2.1 好氧反硝化菌株的分離與篩選分別取2 mL水體樣品或2 g污泥樣品加入到98 mL滅菌后的新鮮LB培養(yǎng)基中，于37℃、200 r/min條件下培養(yǎng)24 h后轉(zhuǎn)接2 mL菌液至新的LB培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)，重復(fù)3次。將富集后的菌液按梯度稀釋法稀釋成1×10-1~1×10-9倍，取100 μL菌液涂布于固體LB培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)。挑取不同形態(tài)的單菌落進行多次劃線純化，并將純化后的菌株點樣于BTB固體培養(yǎng)基中，置于30℃的生化培養(yǎng)箱培養(yǎng)72 h。根據(jù)BTB培養(yǎng)基顏色的變化情況初步篩選出具有反硝化能力的菌株。然后，將初篩得到的菌株接種到反硝化培養(yǎng)基DM培養(yǎng)基中，37℃、200 r/min振蕩培養(yǎng)72 h后測定NO3--N的質(zhì)量濃度，選取脫氮率最高的菌株作為目標(biāo)菌株。

1.2.2 好氧反硝化菌株的鑒定將目標(biāo)菌株在LB培養(yǎng)基中活化后，利用Biospin細(xì)菌DNA提取試劑盒提取基因組DNA，以此為模板，采用細(xì)菌16S rDNA通用引物27F（5′-AGAGTTTGATCCTGGCTC AG-3′）和1492R（5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′）進行PCR擴增。PCR反應(yīng)體系：2×Taq PCR Master Mix 50 μL，DNA模板1 μL，上下游引物各1 μL，滅菌后的ddH2O定容至100 μL。PCR擴增條件：95℃預(yù)變性5 min；94℃變性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸1.5 min，30個循環(huán)；72℃延伸10 min，4℃保存。擴增后的產(chǎn)物通過1.5 g/dL瓊脂糖凝膠電泳檢測正確后送至上海生工生物工程股份有限公司進行測序，并將測序結(jié)果提交GenBank數(shù)據(jù)庫。通過BLAST比對分析后，選取其他同源性較高的序列，利用Neighbor-Joining法在MEGA 5.2軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

1.2.3 好氧反硝化菌株脫氮過程中氮平衡估算為了進一步闡明目標(biāo)菌株的脫氮途徑，采用血清瓶密封培養(yǎng)的方式，通過充入混合氣O2和He（體積比約為21∶79）排除瓶內(nèi)的空氣，在37℃、200 r/min的條件下培養(yǎng)120 h后采集血清瓶內(nèi)頂空的氣體，對目標(biāo)菌株脫氮過程中的O2和N2進行測定。以未接種菌液的血清瓶樣品作為空白對照，同時測定脫氮前后相關(guān)氮素物質(zhì)的質(zhì)量，對其氮平衡進行估算。

1.2.4 目標(biāo)菌株好氧反硝化酶活測定收集在DM培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對數(shù)中期的目標(biāo)菌株菌體，洗滌3次并利用超聲破碎法進行細(xì)胞破碎，離心后對其上清液進行硝酸鹽還原酶（Nap）和亞硝酸鹽還原酶（Nir）酶活的測定。測定方法參考文獻[13]。

1.2.5 好氧反硝化菌株的脫氮性能影響因素研究將LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對數(shù)期的菌液接種于以NO3--N為唯一氮源的DM培養(yǎng)基中，使其初始OD600保持在0.1。通過改變培養(yǎng)基中的碳源、C/N、溫度、轉(zhuǎn)速及鹽度，研究不同環(huán)境因素對菌株好氧反硝化性能的影響。其中，碳源種類分別為葡萄糖、蔗糖、甘油、丁二酸鈉和檸檬酸鈉；C/N分別為5、10、15、20、25；溫度設(shè)置為20、25、30、37℃；轉(zhuǎn)速依次設(shè)置為50、100、150、200、250 r/min；鹽度設(shè)置分別添加NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、3%、5%、10%?？刂茊我蛔兞?，其余基本條件分別為：溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為200 r/min，C/N為10，碳源為丁二酸鈉，氮源為NaNO3。搖床培養(yǎng)72 h后，考察目標(biāo)菌株的生長狀態(tài)以及NO3--N質(zhì)量濃度的變化。

1.2.6 好氧反硝化菌株耐亞硝酸鹽的特性研究在以NO2--N為唯一氮源的DM培養(yǎng)基中，保持C/N為10不變，通過改變NaNO2的添加量從而調(diào)整培養(yǎng)基中初始NO2--N質(zhì)量濃度分別為10、50、100、150、200、300 mg/L，在37℃、200 r/min條件下培養(yǎng)，每24 h取樣，考察目標(biāo)菌株的生長狀態(tài)以及NO2--N質(zhì)量濃度的變化。

1.2.7 測定方法定期取樣5 mL，室溫下于12 000 r/min離心10 min，然后取其上清液進行理化指標(biāo)的測定。菌體生物量（OD600）采用分光光度法。氮化合物指標(biāo)的測定參照文獻[16]，其中NO3--N采用紫外分光光度法測定，NO2--N采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法測定，NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測定，TN（總氮）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，胞內(nèi)氮根據(jù)離心前后菌液TN的差值計算，N2和O2采用配有TCD檢測器的氣相色譜儀測定。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0進行單因素方差分析，組間比較采用Duncan’s檢驗法，P＜0.05代表統(tǒng)計學(xué)意義上差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株JD-014的分離鑒定

從富集培養(yǎng)及分離純化后的好氧反硝化初篩菌株中，通過對反硝化性能的評估，復(fù)篩得到1株對硝態(tài)氮降解能力最強的菌株，將其命名為JD-014。通過對16S rDNA基因測序分析，菌株JD-014序列全長為1 538 bp，將16S rDNA基因序列提交至GenBank數(shù)據(jù)庫，登錄號為MK124647。將該序列與數(shù)據(jù)庫中已有細(xì)菌的16S rDNA序列BLAST比對分析后，發(fā)現(xiàn)菌株JD-014與Bacillus subtilis的相似度高達(dá)99%以上，初步確定該菌株為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）。以Neighbor-Joining法構(gòu)建 的系統(tǒng)發(fā)育樹如圖1所示。

圖1 菌株JD-014基于16S rRNA基因的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.1 Phylogenetic tree constructed from 16S rRNA gene sequences of strain JD-014

2.2 菌株JD-014的好氧反硝化性能

如圖2所示，在以50 mg/L NO3--N為唯一氮源的DM培養(yǎng)基中，菌株JD-014生長良好，24 h后進入對數(shù)生長期，在48 h時菌體生長達(dá)到最大，最高OD600為1.24。隨著菌株JD-014的不斷生長，NO3--N呈現(xiàn)出減少的趨勢，72 h后NO3--N質(zhì)量濃度降為12.32 mg/L，去除率達(dá)到76.57%，去除速率為0.56 mg/（L·h），與目前有關(guān)報道具有好氧反硝化性能的Bacillus sp.相比，菌株JD-014的去除速率低于菌株B.cereus GS-5（2.69 mg/（L·h））[17]，但卻高于菌 株B.subtilis BRAZ2B（0.53 mg/（L·h））[18]、Bacillus sp.LY（0.35 mg/（L·h））[19]以及B.cereus X7（0.32 mg/（L·h））[20]。這表明本實驗中獲得的芽孢桿菌JD-014具有較強的氮素去除能力。此外，培養(yǎng)后期由于菌體的生長進入衰亡期，導(dǎo)致NH4+-N的質(zhì)量濃度有所升高。

圖2 菌株JD-014的生長及脫氮特性Fig.2 Growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.3 菌株JD-014的好氧反硝化途徑初步驗證

將菌株JD-014在血清瓶密封培養(yǎng)120 h，發(fā)現(xiàn)血清瓶頂空能夠檢測到一定量的N2產(chǎn)生，并且瓶中O2的體積分?jǐn)?shù)由最初的20.7%消耗至8.8%。通過氮平衡比較，菌株JD-014脫氮前后的氮素變化發(fā)現(xiàn)（見表1）。當(dāng)NO3--N為唯一氮源時，菌株JD-014能將18.27%的初始氮源轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)氮，而25.77%的初始氮源則以氣態(tài)氮（N2）產(chǎn)物的形式逸出。此外，在搖瓶條件下的細(xì)胞破碎上清液中也檢測到了硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶的酶活，其比酶活分別為（4.25±0.75）、（2.61±0.59）mU/mg。由此可見，菌株JD-014能夠通過好氧反硝化途徑進行氮素的去除。

表1 菌株JD-014氮平衡計算Table 1 Nitrogen balance of strain JD-014

2.4 不同環(huán)境因素對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響

2.4.1 碳源對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響在反硝化進程中，碳源通常作為異養(yǎng)細(xì)菌的能量來源和電子供體[21]。如圖3所示，不同種類的碳源對菌株JD-014的生長和NO3--N的去除率存在著顯著影響。在分別以丁二酸鈉、檸檬酸鈉為唯一碳源時，菌株JD-014生長良好，并在好氧條件下可保持較好的脫氮能力；在72 h時，菌株JD-014對NO3--N的去除率分別達(dá)到76.59%和71.99%。而當(dāng)碳源為葡萄糖、蔗糖和甘油時，菌株JD-014的生長狀態(tài)和脫氮性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于以丁二酸鈉和檸檬酸鈉為碳源時的情況，并且差異顯著（P＜0.05），以上述3類為碳源時，菌株JD-014對NO3--N的去除率都僅為20%左右。這可能是由于丁二酸鈉和檸檬酸鈉能夠直接參與細(xì)胞TCA循環(huán)，從而更易被菌株高效利用，而葡萄糖和蔗糖等大分子有機物要先水解成小分子的有機酸后才能被微生物利用[4，21]。本實驗結(jié)果也與菌株Holomonas sp.Y8[22]以及Pseudomonas sp.HG7[23]在利用有機酸作為碳源時脫氮率更高的結(jié)果相一致。

圖3 碳源對菌株JD-014生長及脫氮性能的影響Fig.3 Effect of carbon sources on growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.4.2 C/N對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響C/N是影響反硝化進程的關(guān)鍵因素之一，C/N較小時，由于碳源的不足導(dǎo)致提供的電子數(shù)缺乏，從而抑制菌株的生長，使得脫氮效率有所降低[24]。如圖4所示，當(dāng)C/N為5時，由于提供的碳源不足導(dǎo)致菌株JD-014生長緩慢，OD600僅為0.45，對NO3--N的去除率也較低，為34.90%；當(dāng)C/N增加至10時，菌株JD-014的生長及對NO3--N的去除均明顯提高，NO3--N的去除率為73.40%；當(dāng)C/N繼續(xù)增加至15、20和25后，菌株JD-014的生長無明顯差異（P＞0.05），對NO3--N的去除率分別為72.76%、69.20%、68.79%。這與菌株Cupriavidus sp.S1[25]隨著C/N從4增加到12，NO3--N的去除率不斷增加，C/N繼續(xù)升高到28時，脫氮率基本不變的研究結(jié)論相似；而高于菌株Klebsiella quasipneumoniae HY3-2[26]好氧反硝化在最佳C/N為2時的去除率。此外，在作者所在團隊之前的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固定C/N為10，改變碳源質(zhì)量濃度分別為100、500、1 000、2 000、3 000 mg/L時，菌株JD-014的生長速率會隨著碳源質(zhì)量濃度的增加而不斷升高，而對NO3--N的去除率可以保持在50.07%~94.06%[13]。

圖4 C/N對菌株JD-014生長及脫氮性能的影響Fig.4 Effect of C/N ratio on growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.4.3 溫度對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響溫度對菌株的生長和脫氮性能也會產(chǎn)生影響。溫度過高或過低，都會影響細(xì)胞內(nèi)相關(guān)功能酶的活性，從而抑制菌體的生長，不利于好氧反硝化的進行。如圖5所示，溫度對菌株JD-014的生長和脫氮性能存在顯著性差異（P＜0.05）。在培養(yǎng)溫度為20~25℃時，菌株JD-014基本不生長，也基本無法降解NO3--N。由此表明菌株JD-014不能耐受低溫環(huán)境，在低溫條件下脫氮性能明顯受到抑制。當(dāng)溫度超過30℃時，菌株JD-014能夠正常生長，同時發(fā)揮好氧反硝化作用。在溫度分別為30℃和37℃條件下，菌株JD-014的菌體生物量OD600分別為0.91和1.13，對NO3--N的去除率分別達(dá)到59.47%和76.41%。由此可見，在培養(yǎng)溫度為37℃左右時更有利于菌株JD-014好氧反硝化的進行，這與目前報道的大多數(shù)好氧反硝化菌的最適脫氮溫度為30~37℃相一致[27]。此外，也有一些反硝化菌在極端環(huán)境下脫氮效果明顯，如菌株P(guān)seudomonas tolaasii Y-11[28]在15℃條件下對NO3--N的去除率達(dá)到93.5%，Chelatococcus daeguensis TAD1[29]具有高溫脫氮的潛力，50℃下NO3--N的去除率仍在99%以上。

圖5 溫度對菌株JD-014生長及脫氮性能的影響Fig.5 Effect of temperature on growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.4.4 溶氧對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響一般來說，溶氧對大多數(shù)反硝化菌株的影響都有一個閾值范圍。一定范圍內(nèi)，隨著溶氧濃度的提高，菌株的生長代謝活躍旺盛，胞內(nèi)有關(guān)反硝化酶系的表達(dá)有所提高，導(dǎo)致脫氮性能增加。而當(dāng)溶氧超過閾值后，對氮素的去除率反而降低[26，30]。本實驗中通過調(diào)整搖床的轉(zhuǎn)速來改變?nèi)苎醯馁|(zhì)量濃度，在轉(zhuǎn)速50、100、150、200、250 r/min的條件下，對應(yīng)的溶氧質(zhì)量濃度分別為2.3、3.9、5.0、6.3、6.7 mg/L。如圖6所示，隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高，菌株JD-014對NO3--N的去除率呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢。轉(zhuǎn)速為50 r/min時，溶氧較低，導(dǎo)致菌株JD-014生長緩慢，OD600為0.33，對 應(yīng) 的NO3--N的 去 除 率 也 較 低，僅 為15.61%；轉(zhuǎn)速為100~200 r/min時，菌體生物量增加，OD600為0.90~1.10，NO3--N的 去 除 率 提 高 到60.72%~76.96%，進一步說明菌株JD-014是在好氧條件下進行脫氮過程；當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加到250 r/min時，NO3--N的 去 除 率 顯 著 降 低 （P＜0.05），為67.30%。由此可見，菌株JD-014發(fā)揮好氧反硝化功能較適宜的轉(zhuǎn)速在150~200 r/min，對應(yīng)的溶氧質(zhì)量濃度范圍為5.0~6.3 mg/L。

圖6 轉(zhuǎn)速對菌株JD-014生長及脫氮性能的影響Fig.6 Effect of speed on growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.4.5 鹽度對菌株JD-014好氧反硝化性能的影響鹽度是好氧反硝化過程進行的一個限制性環(huán)境因素。如圖7所示，與不含鹽度的培養(yǎng)條件相比，當(dāng)鹽度為1%時，菌株JD-014能正常生長和進行相應(yīng)的好氧反硝化過程，72 h培養(yǎng)后菌體OD600為0.90，NO3--N的去除率達(dá)到69.99%；當(dāng)鹽度逐步提高到3%時，菌株JD-014的生長明顯受到抑制（P＜0.05），OD600僅為0.26，NO3--N的去除率也大幅度降低，為17.83%；當(dāng)鹽度進一步提高到5%和10%時，菌株JD-014由于無法適應(yīng)高鹽濃度的環(huán)境，導(dǎo)致菌體幾乎不生長，NO3--N的去除率分別為6.58%和4.21%。由此可見，菌株JD-014在1%的鹽度下脫氮能力不受影響，但是菌株JD-014具有一定的耐鹽潛力，后期可考慮對其進行高鹽濃度下的馴化或通過分子手段改造菌株體內(nèi)的耐鹽基因，拓寬菌株JD-014在含鹽食品廢水脫氮方面的應(yīng)用范圍。

圖7 鹽度對菌株JD-014生長及脫氮性能的影響Fig.7 Effect of salinity on growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014

2.5 菌株JD-014耐亞硝酸鹽的特性研究

高質(zhì)量濃度的亞硝酸鹽對微生物有強烈的毒害作用，一般而言，當(dāng)NO2--N的質(zhì)量濃度高于20 mg/L時會抑制反硝化相關(guān)酶的活性[31-32]。如圖8（a）所示，在以不同質(zhì)量濃度NO2--N為唯一氮源的好氧反硝化體系中，當(dāng)NO2--N質(zhì)量濃度在10~150 mg/L時，菌株JD-014的菌體生物量隨著NO2--N質(zhì)量濃度的增加而升高，對應(yīng)的OD600最大值分別為0.41、0.72、1.58和1.98；當(dāng)NO2--N質(zhì)量濃度進一步提高到200 mg/L和300 mg/L時，菌株JD-014的生長受到一定程度的抑制。菌株JD-014對NO2--N的脫除效果是隨著NO2--N質(zhì)量濃度的增加而依次降低。如圖8（b）所示，當(dāng)NO2--N質(zhì)量濃度為10 mg/L時，對NO2--N的去除率可以高達(dá)99.92%；而當(dāng)NO2--N質(zhì)量濃度增加到50、100、150、200、300 mg/L時，NO2--N的去除率分別降低為79.68%、64.19%、58.82%、46.62%和35.02%。文獻報道，菌株Bacillus sp.YX-6[32]是一株具有耐NO2--N毒性的好氧反硝化芽孢桿菌，在20 mg/L的NO2--N質(zhì)量濃度下脫氮率幾乎為100%；隨著NO2--N質(zhì)量濃度的增加，Bacillus sp.YX-6對NO2--N的去除率逐漸下降，當(dāng)其質(zhì)量濃度提高到100 mg/L時，脫氮率僅為20%。而本研究篩選的同屬芽孢桿菌JD-014則能適應(yīng)于更大范圍NO2--N質(zhì)量濃度，在50~200 mg/L該菌株均能發(fā)揮較好的好氧反硝化作用，其脫氮率在45%~80%。由此可見，菌株JD-014在處理高質(zhì)量濃度亞硝酸鹽食品廢水中具有巨大的潛在應(yīng)用價值。

圖8 菌株JD-014在不同質(zhì)量濃度NO2--N下的生長及脫氮特性Fig.8 Growth and nitrogen removal characteristic of strain JD-014 under different concentration of NO2--N

綜上，本研究中所篩選的食品安全型微生物Bacillus subtilis JD-014由于其自身具有的獨特優(yōu)勢以及所具備的高效好氧反硝化脫氮性能，使其可以廣泛適用于多種食品行業(yè)加工廢水的氮素污染生物處理，如肉制品加工廢水（通常含有高質(zhì)量濃度總氮50~841 mg/L）、啤酒加工廢水（總氮質(zhì)量濃度25~450 mg/L）、乳制品加工廢水（總氮質(zhì)量濃度300~400 mg/L）、腌制品加工廢水（總氮質(zhì)量濃度100~1 000 mg/L）、馬鈴薯加工廢水（總氮質(zhì)量濃度約620 mg/L）、豆制品加工廢水（總氮質(zhì)量濃度約267.1 mg/L）等[2，33-35]。此外，針對一些高質(zhì)量濃度亞硝酸鹽的食品廢水，菌株JD-014具有對高質(zhì)量濃度亞硝酸鹽良好的耐受性，在這類高氮廢水處理中更占優(yōu)勢，從而能更好地促進水體健康持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

本研究從江蘇省無錫市某河道水體中篩選出1株具有好氧反硝化性能的菌株JD-014，經(jīng)16S rDNA序列比對及系統(tǒng)發(fā)育分析，初步鑒定為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）。在以50 mg/L NO3--N為唯一氮源時，NO3--N去除速率為0.56 mg/（L·h）。通過氣態(tài)氮的產(chǎn)生、氮平衡估算以及酶活測定等方面分析，證實了菌株JD-014可以通過好氧反硝化途徑進行氮素去除。此外，對不同環(huán)境因素分析中發(fā)現(xiàn)，菌株JD-014在丁二酸鈉和檸檬酸鈉為碳源、C/N為10~25、溫度為37℃、轉(zhuǎn)速為150~200 r/min、鹽度為1%以下時具備最佳的好氧反硝化性能。此外，菌株JD-014還具有較好的亞硝酸鹽耐受性，在NO2--N質(zhì)量濃度高達(dá)200 mg/L時脫氮率仍可達(dá)到46.62%。作者為進一步深入研究芽孢桿菌的好氧反硝化提供了重要理論依據(jù)，同時也為食品工業(yè)廢水中氮素的污染去除提供了優(yōu)良的候選菌株。