五、氮系元素如排入承受水體，將導致河川溶氧下降或者水庫優養化，試論 述一般水資源回收中心利用微生物除氮之機制及其參與之二類微生物 屬名。（25 分）

一般環境水體中的氮源移除主要透過硝化與脫硝作用進行。硝化作用主要為自營性的硝化古菌與細菌，利用二氧化碳或是碳酸鹽做為碳源，氨氮(NH4+)做為電子提供者，以及氧氣做為電子受體進行的氨氧化作用。其主要反應為好氧環境條件下產生。另外在機制的部分則主要分成兩大階段，分別為NH4+ 氧化為 NH2OH，以及由NH2OH進一步氧化為NO2的反應。前者主要的功能基因為AMO，後者則為HAO。一般而言具備前者(氨單加氧酶)之微生物屬名多為Nitroso-開頭之菌屬，而後者之微生物屬名則多為Nitro-字首之菌屬。

而脫硝作用(生態領域多稱：脫氮作用)主要則以有機質為碳源與電子提供者，以NO3或是NO2做為電子受體的厭氧反應。最終氮素產物則為NO、N2O或是N2等氣體，並擴散於大氣中進而從水體移除。另外脫氮/脫硝作用為四階段的還原反應，主要參與反應之功能性基因包含如NAR、NIR、NOR、NOS等基因。其參與反應之微生物目前已知幾乎全為細菌，且因為並非所有細菌皆能完成四階段反應，因此若考慮部分脫氮功能之細菌，則其相關脫氮菌門分佈廣泛，較無一致的命名規則。常見的菌屬則有如Thiobacillus sp.、Massilia sp.等。

另外有些進階的水資源生物除氮機制，包含如ANNAMOX等，利用環境中少數能以NH4+做為電子提供者，且NO2做為電子受體之自營型微生物做為水體除氮的手段，其最終產物為N2，反應過程不會產生如N2O、NO等氮氧化物，因此對大氣環境不會造成負面影響，然而其生物作用機制與環境條件控制仍在實驗室小規模的階段，實場水質改善仍有相當大的困難度，因此應不在本題討論中。