Temporal differentiation in the adaptation of functional bacteria to low-temperature stress in partial denitrification and anammox system

厌氧氨氧化菌 反硝化细菌 反硝化 细菌 亚硝酸盐 亚硝酸盐还原酶 生物 化学 微生物学 生态学 硝酸盐 氮气 遗传学 有机化学
作者
Kailong Huang,Yang He,Wuqiang Wang,Ruiming Jiang,Yujie Zhang,Jialei Li,Xuxiang Zhang,Depeng Wang
出处
期刊:Environmental Research [Elsevier]
卷期号:244: 117933-117933 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.envres.2023.117933
摘要

Despite reliable nitrite supply through partial denitrification, the adaptation of denitrifying bacteria to low temperatures remains elusive in partial denitrification and anammox (PDA) systems. Here, temporal differentiations of the structure, activity, and relevant cold-adaptation mechanism of functional bacteria were investigated in a lab-scale PDA bioreactor at decreased temperature. Although distinct denitrifying bacteria dominated after low-temperature stress, both short- and long-term stresses exerted differential selectivity towards the species with close phylogenetic distance. Species Azonexus sp.149 showed high superiority over Azonexus sp.384 under short-term stress, and long-term stress improved the adaptation of Aquabacterium sp.93 instead of Aquabacterium sp.184. The elevated transcription of nitrite reductase genes suggested that several denitrifying bacteria (e.g., Azonexus sp.149) could compete with anammox bacteria for nitrite. Species Rivicola pingtungensis and Azonexus sp.149 could adapt through various adaptation pathways, such as the two-component system, cold shock protein (CSP), membrane alternation, and electron transport chain. By contrast, species Zoogloea sp.273 and Aquabacterium sp.93 mainly depended on the CSP and oxidative stress response. This study largely deepens our understanding of the performance deterioration in PDA systems during cold shock and provides several references for efficient adaptation to seasonal temperature fluctuation.

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