【ESE研究论文】二氯吡啶酸胁迫引起反硝化过程亚硝酸盐积累的扰动：长期作用与机制
ESE创刊仅两年即被SCI收录
由于农药在现代农业中的大规模投入使用，以及有机氯化合物在工农业生产过程中的大量释放，引起的水污染问题受到高度关注。典型除草剂二氯吡啶酸（CLP）为吡啶羧酸类物质，具有广谱抑菌特性和抗生物降解性，化学稳定性和水溶性高，经常在水生态系统中检出，对环境造成不容忽视的潜在危害。生物反硝化作为去除废水中硝态氮的主流工艺，这一过程通常对有毒污染物较为敏感。然而，针对反硝化过程受CLP胁迫的长期作用效果与微生物响应机制，仍有待深入研究，其具有重要的生态学意义。
本研究系统的揭示了长期暴露于CLP环境对生物反硝化的扰动作用及微生物动态响应机制。研究发现，低浓度CLP（< 15 mg/L）在运行初期会显著引起亚硝酸盐的积累，然而经过长期适应，较高浓度CLP（35~60 mg/L）对亚硝酸盐转化的抑制作用逐渐消失。机制研究表明：一方面，CLP暴露初期通过引起氧化应激和膜损伤，降低关键酶活性，导致位于细胞周质中的亚硝酸盐还原酶（NIR）更易受到膜损伤的影响；微生物代谢活性和电子传递能力的降低，进一步导致了亚硝酸盐的积累。另一方面，微生物适应CLP的长期胁迫后，胞外聚合物（EPS）分泌增加，保护微生物免受CLP的毒害作用。反硝化和碳代谢相关微生物的相对丰度先降低，后随着EPS和信号分子分泌菌的富集而恢复，这可能是微生物对高浓度CLP长期胁迫的适应性表现，也是实现反硝化效果恢复和缓解亚硝酸盐积累的重要途径。本研究揭示了长期暴露于CLP后反硝化作用的生物响应机制，为深入认识和处理含除草剂废水提供了理论指导。
文章亮点
1. CLP初期暴露显著增加了反硝化过程中NO2−-N的积累；
2. CLP通过ROS的产生和细胞膜损伤抑制微生物活性；
3. ROS的产生降低了NIR活性、微生物代谢活性和电子传递活性；
4. 长期CLP暴露刺激了微生物EPS分泌的增加；
5. EPS的保护作用和微生物群落的演替是反硝化性能恢复的重要因素。
文章配图
图1 图形摘要
图2 梯度浓度CLP对反硝化性能的影响：（a）NO3−-N浓度；（b）NO2−-N浓度（阶段I-VII表示不同的CLP进水浓度，即0，0.25，1，5，15，35，60 mg/L）
图3 梯度浓度CLP对反硝化性能的影响：（a）CLP对ROS产生，超氧化物歧化酶（SOD）活性，乳酸脱氢酶（LDH）释放的影响；（b）LDH和ROS的产生及SOD功能示意图；（c）ROS与SOD，LDH的线性关系
通讯作者
侯雅男，天津城建大学，讲师，中国科学院天津工业生物技术研究所 博士后，主要研究方向为：废水生物处理技术与环境功能材料研发。
郭建博，现任职台州学院，全国模范教师，曾任天津市特聘教授和天津市水质科学与技术重点实验室主任，河北省新世纪“三三三”人才工程第二层次人选，河北省杰出青年科学基金获得者，教育部新世纪优秀人才支持计划的入选者。国家自然科学基金委工程与材料学科函审专家，中国生态学会会员，国际水协会(IWA)会员。主要研究领域：介体催化理论与技术、高浓度有机废水厌氧处理技术和环境功能材料的研发。
论文ID
引用信息 Sun, S., Hou, Y. N., Wei, W., Sharif, H. M. A., Huang, C., Ni, B. J., ... & Guo, J. (2022). Perturbation of clopyralid on bio-denitrification and nitrite accumulation: Long-term performance and biological mechanism. Environmental Science and Ecotechnology 9: 100144.
本期编辑 陈卓
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期刊简介：
Environmental Science and Ecotechnology是由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学、中国环境科学研究院共同主办，Elsevier集团出版发行的高定位、同行评议、开放获取国际学术期刊。ESE期刊的国内统一连续出版物号为CN10-1631/X (英文，季刊)，国际刊号为ISSN 2666-4984。
ESE创刊于2020年1月，由生态环境部部长黄润秋同志亲自提出并指导办刊，哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，美国工程院Danny Reible院士等13位有国际影响力的学者担任执行主编和执行副主编。
ESE期刊的选题与联合国可持续环境发展目标紧密结合。期刊主要报道环境科学与生态技术领域的热点问题和突破性研究成果，重点关注生态技术与工程、气候变化、生物多样性保护、可持续发展标准与政策、绿色能源与技术、环境与健康等。
ESE期刊创刊两年内相继被DOAJ、Scopus、ESCI、SCIE数据库收录。