微生物および生化学技術ジャーナル

概要

膜入口質量分析法による窒素と亜酸化窒素の直接同時定量による湿地土壌の脱窒酵素活性の推定

フレッド・J・ゲントナー、ドラゴスラフ・T・マルコヴィッチ、ジョン・C・レールター

微生物による脱窒プロセスは、自然環境や廃棄物処理施設における反応性窒素汚染物質の除去における主要な経路です。脱窒酵素活性 (DEA) として測定される脱窒能は、従来のヘッドスペース電子捕獲ガスクロマトグラフィー (GC-ECD) 法ではなく、より感度が高く正確な技術である膜入口質量分析法 (MIMS) を使用した新しい短期 (4 時間) 嫌気性アッセイで定量化されました。MIMS を使用すると、機器とサンプル処理に改良が加えられ、強力な温室効果ガスである反応生成物の亜酸化窒素 (N2O) と化学的に非反応性の窒素 (N2) を同時に直接測定できるようになりました。速度は、時間の経過に伴う反応生成物の濃度の増加をプロットして生成された直線の傾きから決定されました。MIMS で測定された DEA 速度の妥当性に対する強力な証拠は、N2O または N2 の一貫した直線的な蓄積と、反復反応からの速度の近い一致を示すことによって示されました。反応は、湿地土壌と、それぞれ脱窒最終生成物である N2 と N2O を生成する Pseudomonas aeruginosa およ​​び P. chloroaphis の培養物を使用して実施しました。アセチレン阻害下では、P. aeruginosa は、N2 を生成する阻害されない反応で得られる速度と同等の速度で N2O 最終生成物を生成しました。アセチレン阻害下での湿地土壌反応における DEA の測定では、MIMS と GC-ECD によるヘッドスペースの間に有意差は認められませんでした (p>0.05)。MIMS で使用される反応容器内の無酸素状態のため、検出可能な N2O 蓄積速度は、アセチレンでブロックされた反応または P. chloroaphis の培養物でのみ観察されました。この方法は、ほぼリアルタイムの廃水処理プロセス測定から窒素循環のフィールド研究まで、幅広い用途に使用できます。脱窒作用とその最終生成物である無害な N2 および有害な N2O を制御するメカニズムについての理解を深めるには、このような方法の継続的な開発と応用が必要です。