生物除磷国内外研究现状进展
生物除磷是一项新型的废水高效进化处理技术。废水中大量氮和磷能刺激藻类和光和水生生物的生长，最终引起水体富营养化，而磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素，已成为当前重大的环境问题之一[10]。生物除磷主要通过两种机制来完成[11]：生物同化作用除磷和强化生物除磷。前者是利用活性污泥中的聚磷微生物厌氧释磷和好氧或缺氧超量吸磷的特性，通过厌氧和好氧阶段的交替培养，最终排放含有大量聚磷颗粒的污泥而使磷从废水中除去。在厌氧状态下，兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐，并从中获得能量，吸收污水中的易降解的COD，同化成细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等；在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢内贮物质PHB或PHV等，并产生能量，过量地从污水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮，其中一部分有转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的。
国外许多研究者对生物除磷的机理进行了深入研究，并开发出多个代谢模型，颇具代表性的有Cameau-wentze模型、Mino模型及改进的Mino模型[10]。目前，对生物除磷的机理虽然还不如对脱氮机理了解的那样透彻，但通过大量的理论和实践研究，已经有很多方面达成共识。在实际应用过程中，利用现有的机理模型还不能很好地对处理流程进行模拟，具有稳定聚磷特性和高效聚酶的工程菌种很少，同时对于聚磷的生化机理的认识还有很多不足之处。因此运用分子生物学技术研究生物除磷机理、构建优良的工程菌种和磷酸盐运转调控机制已成为国内外的热点。
2 生物除磷生化机理分析
从细菌生物能学角度看，细菌质子移动力（the proton motive force简称pmf）在包内外磷酸盐转移过程中起了决定性作用[15]。pmf是由细胞质膜内外的化学渗透浓度梯度引起的，其作用是通过膜结合酶复合体合成ATP和运输胞外物质到胞内。在厌氧过程中，多聚磷酸盐（polyphosphate, polyP）的分解引起胞内磷酸盐的积累，不能用于合成的磷酸盐将被载体蛋白识别，通过主动扩散将过剩的磷排出胞外，同时金属阳离子也被协同运输到胞外。Poly水解，产生ATP提供所需能量，并使胞内的乙酸活化为乙酰CoA。部分乙酰CoA转化为PHB。好氧过程中，聚磷菌消耗大量内含物PHB和外源基质，产生pmf。为了文持pmf的恒定，聚磷菌通过消耗pmf把胞外的磷以中性或电阳性的形式主动运输到胞内合成ATP，同时合成polyP。细菌存储的PHB降解代谢为生物合成提供碳源，并通过TCA循环产生ATP，为细胞活动和polyP大量合成提供能量[16]。
3 磷酸盐吸附蛋白在其它领域的应用
磷酸盐吸附蛋白可作为生物传感器检测磷酸盐。通过突变的方法将标记有荧光基团的半胱氨酸引入PBP蛋白磷酸盐结合位点的边缘，当PBP与磷酸盐结合后，缺口关闭，此时荧光基团所产生的荧光强度提高13倍，当PBP释放后，荧光强度迅速降低。利用该原理，荧光标记的PBP被用来检测各种ATPase和GTPase快速释放的磷酸盐，检测敏感度精确到微摩尔水平甚至更低[1]。也有报道将罗丹明标记的半胱氨酸分别引入两个结构域的磷酸盐结合位点边缘，单独的罗丹明染料能够发出强荧光，当PBP蛋白结合磷酸盐后，缺口封闭，两罗丹明以非共价键的方式形成二聚体，荧光消失[1]。这一改进可以用于单分子的研究，高通量筛选的研究和细胞内磷酸盐的迁移研究等，进一步拓宽了荧光标记的PBP作为生物传感器的应用范围。
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