本文档属于类型b，即一篇科学综述论文。以下是对该论文的学术报告：
作者与机构
本文由Aina Soler-Jofra、Julio Pérez和Mark C.M. van Loosdrecht共同撰写。Aina Soler-Jofra和Mark C.M. van Loosdrecht来自荷兰代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）的生物技术系，Julio Pérez则来自西班牙巴塞罗那自治大学（Universitat Autonoma de Barcelona）的化学、生物与环境工程系。该论文于2021年发表在《Water Research》期刊上，具体卷号为190，文章编号为116723。
论文主题
本文的主题是羟胺（hydroxylamine）在氮循环中的作用，特别是其在废水处理过程中与微生物代谢的关联。文章综述了羟胺在不同氮循环微生物中的角色，包括其在好氧氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）、完全氨氧化细菌（comammox）以及厌氧氨氧化细菌（anammox）中的代谢途径、积累机制及其对温室气体排放的影响。
主要观点与论据
1. 羟胺在好氧氨氧化细菌（AOB）中的角色
羟胺是AOB代谢氨氧化过程中的关键中间产物。传统观点认为，羟胺通过羟胺氧化还原酶（HAO）直接转化为亚硝酸盐（nitrite）。然而，近年来的研究表明，HAO可能首先将羟胺转化为一氧化氮（NO），随后由另一种未知的酶将NO进一步氧化为亚硝酸盐。这一发现对理解AOB的氮代谢机制提出了新的挑战。此外，羟胺的积累与AOB的代谢不平衡有关，尤其是在从低活性状态切换到高活性状态时，羟胺会在胞外积累。这种积累不仅影响AOB的代谢，还可能与其他微生物（如亚硝酸盐氧化细菌，NOB）产生相互作用。
2. 羟胺在氨氧化古菌（AOA）中的代谢途径
AOA与AOB在氨氧化过程中有相似的代谢途径，但AOA缺乏HAO同源基因。因此，AOA如何将羟胺转化为亚硝酸盐仍是一个未解之谜。目前有两种假设：一是铜基酶复合物（Cu-ME）将NO和羟胺转化为亚硝酸盐；二是NO通过未知的酶进一步氧化为亚硝酸盐。此外，AOA在低氧条件下不进行硝化反硝化，但其羟胺代谢与N2O排放的关系仍需进一步研究。
3. 羟胺在完全氨氧化细菌（comammox）中的作用
comammox是近年来发现的一类能够将氨完全氧化为硝酸盐的微生物。其代谢途径涉及氨单加氧酶（AMO）、羟胺氧化还原酶（HAO）和亚硝酸盐氧化还原酶（NXR）。然而，comammox是否通过NO作为中间产物将羟胺转化为亚硝酸盐仍存在争议。此外，羟胺在comammox中的积累及其对N2O排放的贡献也尚未完全阐明。
4. 羟胺在厌氧氨氧化细菌（anammox）中的代谢
anammox细菌能够利用羟胺作为底物，并通过羟胺氧化酶（HOX）将其转化为NO。尽管NO被认为是anammox代谢的主要中间产物，但羟胺在anammox中的具体作用仍不明确。研究表明，anammox细菌中HOX的高表达可能与羟胺的泄漏有关，但这一假设仍需进一步验证。
5. 羟胺对亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的抑制作用
羟胺对NOB具有显著的抑制作用，尤其是在废水处理系统中，羟胺的添加可以抑制NOB的活性，从而促进部分硝化（partial nitritation）过程的稳定运行。这一现象在工程应用中具有重要意义，特别是在实现部分硝化-厌氧氨氧化（PN/A）工艺时，羟胺的添加可以有效抑制NOB的生长。
6. 羟胺在废水处理中的潜在应用
羟胺在废水处理中具有广泛的应用前景。例如，通过添加羟胺可以加速部分硝化反应器的启动，并抑制NOB的活性。此外，羟胺在N2O排放中的作用也引起了广泛关注，进一步研究羟胺的代谢途径及其对温室气体排放的影响，将有助于优化废水处理工艺并减少环境影响。
7. 羟胺测量技术的瓶颈
羟胺的高反应性和低浓度使得其测量成为研究中的一大挑战。目前常用的测量方法包括分光光度法和气相色谱法，但这些方法操作复杂且耗时。开发更简便、灵敏的羟胺测量技术将有助于推动相关研究的发展。
论文的意义与价值
本文首次系统综述了羟胺在氮循环中的多重角色，特别是在废水处理中的应用。通过总结羟胺在不同微生物中的代谢途径、积累机制及其对温室气体排放的影响，本文为未来的研究提供了重要的理论基础。此外，本文还提出了多个未解之谜和研究方向，例如羟胺在AOA和comammox中的代谢机制、羟胺对NOB的抑制机理以及羟胺在N2O排放中的具体作用。这些问题的解决将有助于进一步优化废水处理工艺，减少氮污染和温室气体排放，从而为环境保护和可持续发展做出贡献。
总结
本文全面综述了羟胺在氮循环中的多重角色，特别是在废水处理中的应用。通过总结羟胺在不同微生物中的代谢途径、积累机制及其对温室气体排放的影响，本文为未来的研究提供了重要的理论基础。此外，本文还提出了多个未解之谜和研究方向，例如羟胺在AOA和comammox中的代谢机制、羟胺对NOB的抑制机理以及羟胺在N2O排放中的具体作用。这些问题的解决将有助于进一步优化废水处理工艺，减少氮污染和温室气体排放，从而为环境保护和可持续发展做出贡献。