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随着经济的发展,水体氮素污染问题突出,其中硝酸盐废水来源广泛,如钢铁、军工制造、核工业、化学药品制造等工业废水,过量排放会对生态系统以及人类造成危害,如水体富营养化等问题。不同于反硝化以及厌氧氨氧化等脱氮过程,DNRA(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium)过程是将硝氮转化为铵盐保留在水体中,其对于DNRA过程对氮循环过程的贡献问题备受争议。因此,探究DNRA菌的影响作用机制十分有必要。近年来关于DNRA的研究报道多集中于河口、湿地、湖泊、海洋等各类自然生态系统中,且国内外针对DNRA的实验室研究不多。本论文针对DNRA菌的研究从自然生境和实验室研究两方面展开。首先选取黄浦江为调研地点,探究异化硝酸盐还原菌在自然生境中的分布规律和菌群结构;在调研基础上,开展实验室DNRA菌的富集培养研究,本研究筛选出丁二酸钠、葡萄糖、乙醇三种碳源分别进行DNRA菌富集培养研究,并在反应器运行期间不断提高COD/N,逐步实现DNRA菌的富集培养,分析富集培养产物中DNRA菌的丰度,活性以及群落结构特征。取得的研究成果如下:(1)DNRA菌普遍存在于各类自然水生生态系统中,在黄浦江各个站点都发现了 DNRA菌,但是各个站点DNRA菌的丰度以及活性不同,在有机物(SOC)、氨氮浓度高的站点沉积物中更有优势;DNRA潜在速率与SOC呈显著性正相关,证明高有机碳环境更适合DNRA菌生存。(2)基于前期调研,选择丁二酸钠、葡萄糖、乙醇三种碳源,在反应器中进行DNRA菌的富集培养。在反应器运行前期、中期、后期对应的COD/N分别为6.5、7.7、10.0。发现DNRA菌对COD/N的适应能力不同,当COD/N=7.7时,DNRA菌具有竞争优势,有利于其在反应器中占主导。(3)当COD/N=7.7时,以乙醇为碳源反应器成功富集DNRA菌用时最长(100天),但硝氮转为氨氮效率最高(78.92%);以葡萄糖为碳源反应器成功富集DNRA菌用时最短(64天),但硝氮转为氨氮效率最低(47.63%);以丁二酸钠为碳源反应器成功富集DNRA菌历时90天,硝氮转为氨氮效率为55.65%。由此可见,相较于丁二酸钠和葡萄糖,DNRA菌更喜欢利用含碳个数更少的乙醇为碳源,能达到更好的富集培养效果。(4)基于PICRUSt功能基因预测,观察到DNRA的功能酶亚硝酸盐还原酶在反应器富集过程中大量增加,证实DNRA富集成功。基于nrfA功能基因测序发现反应器内主要的DNRA功能菌有拟杆菌门Bacteroidetes,疣微菌门Verrucomicrobia和Ignavibacteriae菌门;属水平上Lentimicrobium、Petrimonas、Melioribacter以及Petrimonas是优势 DNRA 菌。(5)与本文反应器中富集的DNRA菌群结构不同,黄浦江中主要的DNRA菌群有变形菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes以及绿弯菌门Chloroflexi;Proteobacteria是优势菌群,所有站点中丰度最高的DNRA功能菌属是Anaeromyxobacter。(6)借助15N同位素示踪技术测得的DNRA潜在速率结果显示,实验室富集培养反应器中的DNRA潜在速率要明显高于黄浦江各站点的DNRA潜在速率,证明实验室富集培养DNRA菌成功。