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N_(2)O的微生物代谢分子机制及减排技术研究进展
1
作者
王菲
樊凯丽
+1 位作者
王威
陈川
《环境科学研究》
北大核心
2025年第8期1711-1721,共11页
氧化亚氮(N_(2)O)是具有强温室效应的气体,减少其生成和累积是实现碳中和的重要途径之一。微生物作用是自然界中N_(2)O产生和去除的重要途径,梳理微生物介导N_(2)O的产生与降解机制,总结N_(2)O微生物减排技术,对温室气体减排技术的革新...
氧化亚氮(N_(2)O)是具有强温室效应的气体,减少其生成和累积是实现碳中和的重要途径之一。微生物作用是自然界中N_(2)O产生和去除的重要途径,梳理微生物介导N_(2)O的产生与降解机制,总结N_(2)O微生物减排技术,对温室气体减排技术的革新具有重要意义。本文综述了国内外研究报道的微生物驱动下N_(2)O源汇转化的分子机制,梳理了代谢过程所涉及的关键基因与酶,总结了目前微生物介导的N_(2)O减排途径,最后对微生物介导的N_(2)O减排技术及机制的未来研究方向进行了展望。结果表明:①土壤和水生环境中微生物介导的氮循环过程是大气N_(2)O的主要来源,不同环境中产生N_(2)O的优势微生物类群不同,土壤中为反硝化细菌,海洋中为氨氧化古菌,污水处理系统中为氨氧化细菌。②微生物介导的N_(2)O产生过程基于硝化作用和反硝化作用,产生过程的关键酶系统包括羟胺氧化还原酶(HAO)、细胞色素P460(cyt P460)、一氧化氮还原酶(NOR)和真菌中的细胞色素P450nor。此外,N_(2)O通量还受底物代谢级联调控作用。③微生物主要依赖反硝化作用的氧化亚氮还原酶(N_(2)OR)、固氮酶(Nitrogenase)和嗜热菌多铜氧化酶(Multicopper Oxidase,MCO)三种代谢酶进行N_(2)O的代谢去除,且编码N_(2)OR的基因(nosZ)分化为Ⅰ、Ⅱ两型,其中含有Ⅱ型基因的微生物因Sec信号肽低能耗、高底物亲和力及广泛适应性在低营养环境中更具竞争优势。④在微生物减排方面,可通过关键酶活性调控、代谢路径阻断、微生物群落重构等手段在不同生境中实现N_(2)O从源向汇的转化。未来研究应加强对氨氧化古菌(AOA)、厌氧氨氧化菌等菌株的N_(2)O产生机理的探索,并深入理解其在环境中的微生物减排机制,这对准确估算全球N_(2)O排放总量及评估其对全球气候变化的影响具有重要意义。
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关键词
温室效应及碳减排
氧化亚氮(N_(2)O)
微生物代谢机制
关键酶与基因
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职称材料
题名
N_(2)O的微生物代谢分子机制及减排技术研究进展
1
作者
王菲
樊凯丽
王威
陈川
机构
哈尔滨工业大学环境学院
出处
《环境科学研究》
北大核心
2025年第8期1711-1721,共11页
基金
国家自然科学基金项目(No.52400025)
城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题(No.2023DX04)
污泥安全处置与资源化技术国家工程研究中心科学基金(No.Z2024A001)。
文摘
氧化亚氮(N_(2)O)是具有强温室效应的气体,减少其生成和累积是实现碳中和的重要途径之一。微生物作用是自然界中N_(2)O产生和去除的重要途径,梳理微生物介导N_(2)O的产生与降解机制,总结N_(2)O微生物减排技术,对温室气体减排技术的革新具有重要意义。本文综述了国内外研究报道的微生物驱动下N_(2)O源汇转化的分子机制,梳理了代谢过程所涉及的关键基因与酶,总结了目前微生物介导的N_(2)O减排途径,最后对微生物介导的N_(2)O减排技术及机制的未来研究方向进行了展望。结果表明:①土壤和水生环境中微生物介导的氮循环过程是大气N_(2)O的主要来源,不同环境中产生N_(2)O的优势微生物类群不同,土壤中为反硝化细菌,海洋中为氨氧化古菌,污水处理系统中为氨氧化细菌。②微生物介导的N_(2)O产生过程基于硝化作用和反硝化作用,产生过程的关键酶系统包括羟胺氧化还原酶(HAO)、细胞色素P460(cyt P460)、一氧化氮还原酶(NOR)和真菌中的细胞色素P450nor。此外,N_(2)O通量还受底物代谢级联调控作用。③微生物主要依赖反硝化作用的氧化亚氮还原酶(N_(2)OR)、固氮酶(Nitrogenase)和嗜热菌多铜氧化酶(Multicopper Oxidase,MCO)三种代谢酶进行N_(2)O的代谢去除,且编码N_(2)OR的基因(nosZ)分化为Ⅰ、Ⅱ两型,其中含有Ⅱ型基因的微生物因Sec信号肽低能耗、高底物亲和力及广泛适应性在低营养环境中更具竞争优势。④在微生物减排方面,可通过关键酶活性调控、代谢路径阻断、微生物群落重构等手段在不同生境中实现N_(2)O从源向汇的转化。未来研究应加强对氨氧化古菌(AOA)、厌氧氨氧化菌等菌株的N_(2)O产生机理的探索,并深入理解其在环境中的微生物减排机制,这对准确估算全球N_(2)O排放总量及评估其对全球气候变化的影响具有重要意义。
关键词
温室效应及碳减排
氧化亚氮(N_(2)O)
微生物代谢机制
关键酶与基因
Keywords
greenhouse effect and carbon reduction
nitrous oxide(N_(2)O)
mechanisms of microbial metabolism
key enzymes and genes
分类号
X50 [环境科学与工程—环境工程]
Q93 [生物学—微生物学]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
N_(2)O的微生物代谢分子机制及减排技术研究进展
王菲
樊凯丽
王威
陈川
《环境科学研究》
北大核心
2025
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