ANAMMOX菌的微生物学研究进展

厌氧氨氧化具有运行成本低、节约能源和资源的特点,是目前最有前途的脱氮途径。厌氧氨氧化是一个生物过程,已确定的细菌有3种:Brocadia、Kuenenia和Scaliadua。综述了其分离和鉴定的方法、生物化学途径、生态生理学特性和分布。     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。     

厌氧氨氧化菌火山口结构

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)是微生物学、地质学和环境学领域的重要反应,厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, AnAOB)是厌氧氨氧化的驱动器,探明AnAOB的生物学性状对厌氧氨氧化的应用具有重要意义。火山口结构是AnAOB的标志性微观结构,也是AnAOB的重要识别特征。由于迄今没有获得AnAOB纯培养物,相关研究进展缓慢。本文对AnAOB及其所归属的浮霉状菌的火山口结构研究进展作了综述,探讨了火山口结构的形态特征、生理功能和生态意义,得出以下结论:(1) AnAOB的火山口结构均匀分布在细胞表面,其直径约5 nm;(2) AnAOB的火山口结构推测向外可连通细胞外膜和内膜,向内可与厌氧氨氧化体膜相连,对于物质转运及转化具有重要意义;(3)火山口结构具有遗传稳定性,其形成可能与鞭毛脱落相关;(4) AnAOB的火山口结构可能通过促进细胞物质交流、信息通讯等在维持其生态位稳定方面起作用。     

海洋厌氧氨氧化细菌分子生态学研究进展

厌氧氨氧化细菌是能在厌氧的条件下将氨氧化为氮气的一类细菌,这类细菌执行着以前未被人们所认知的一个独特的过程--氧氨氧化过程,据估计厌氧氨氧化过程对于海洋氮气的形成有30%～50%的贡献率;海洋厌氧氨氧化细菌能与氨氧化细菌及氨氧化古菌存在潜在的耦合作用,对于海洋氮循环复杂机制的阐述有着非常重要的意义;同时海洋厌氧氨氧化细菌独特的细胞和基因组结构,也成为了解海洋细菌进化重要的模式微生物之一.本文综述了近年来国内外厌氧氨氧化细菌分子生态学方面的进展,并结合作者的工作对未来的研究进行展望.     

河口生态系统氨氧化菌生态学研究进展

由amoA基因编码的氨单加氧酶(AMO)所调控的氨氧化作用,是硝化作用的限速步骤和中心环节,而含有amoA基因的氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)多样性与环境因子关系密切,对缓解河口生态系统因人类活动造成的富营养化等环境问题具有特别重要的意义。水、陆和海交汇形成高度变异的具环境因子梯度的河口生态系统,是研究AOA和AOB生态学的天然实验室。河口AOA与AOB的群落组成、丰富度特征和生物有效性,与河口主要环境因子盐度、富营养化程度、植被、温度、碳、氮、硫、铁等,尤其是对盐度和富营养化有着较为强烈的响应。AOA和AOB多样性变化规律及其与河口特有的环境因子之间的相关性,应当是今后我国河口氨氧化菌研究的方向和重点。包括:(1)建立有效的氨氧化菌活性评价方法;(2)研究AOA的同化作用方式;(3)依据氨氧化菌分类和组成对河口环境变化的适应进化机制,建议可作为指示河口环境质量变化的生物标记;(4)将传统的分离培养方法与现代分子生物学研究方法相结合,筛选我国河口高效的氨氧化菌,并将其应用于生产。     

氨氧化微生物生态学与氮循环研究进展

氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动,除固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用外,近年还发现厌氧氨氧化是微生物参与氮循环的一个重要过程.同时,随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用,参与氮循环的新的微生物类群--氨氧化古菌也逐渐被发现.这两个重要的发现大大改变了过去人们对氮循环的认识,就近年有关厌氧氨氧化细菌、氨氧化古菌和氨氧化细菌的生态学研究进展作一简要综述.     

太湖竺山湾沉积物中氨氧化原核生物的垂直分布与多样性

原核生物驱动的氨氧化过程对于富营养化湖泊的氮循环具有重要意义。为了解太湖藻型湖区沉积物中氨氧化原核生物的垂直分布和多样性特征,采用分子生态学方法,对竺山湾沉积物剖面中氨单加氧酶基因(amoA)或16S rRNA基因等特征分子标记的变化和序列特征进行了分析。结果表明,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)共存于沉积物各层。AOB的优势种在5cm深度以下发生明显改变,这可能与沉积物氧化还原电位及铵态氮的变化有关;所有细菌amoA序列均属亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)。AOA群落结构自表层至7cm深度变化不大,所有古菌amoA序列分属泉古菌CG1.1b和CG1.1a两大类群,这可能与太湖形成历史上的海陆交替过程有关。此外,沉积物各层均未发现典型厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)细菌16S rRNA基因序列。这些发现丰富了对太湖藻型湖区氨氧化原核生物分布、多样性及环境调控原理的认识,对理解富营养化湖泊氨氧化规律、认识湖泊生态系统氮循环功能具有借鉴意义。     

氨氧化古菌的生态学研究进展

上百年来细菌一直被认为是地球氨氧化过程的主要驱动者,2005年海洋中分离到迄今唯一的非极端环境泉古菌,发现其氧化氨态氮获得能源生长,是氨氧化古菌。氨氧化古菌和细菌对地球氨氧化过程的相对贡献率,是目前全球氮循环研究最重要的微生物生态学问题之一。已有的证据表明古菌在海洋氨氧化过程中发挥了重要作用,细菌则是土壤氨氧化过程的主要驱动者。本文重点探讨了原位自然环境下氨氧化古菌的生态学研究进展。     

污水短程硝化体系氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的生态学研究进展

短程硝化(partial nitrification, PN)是一种绿色低碳的生物脱氮创新技术,伴随厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, Anammox)污水脱氮技术的进一步推广,短程硝化作为提供其电子受体的重要环节,已成为了污水脱氮领域的研究热点。氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria, NOB)是该技术的核心竞争微生物,掌握这两类微生物的生态学特征,借助生态学理论和手段调控AOB淘汰NOB,提高种群的可预测性,对于实现稳定高效的短程硝化具有重要意义。本文基于生态学角度介绍了AOB和NOB基础分类、生理性能及生态位分离,重点综述了短程硝化系统中AOB和NOB的生长动力学、群落构建、环境因素和相互作用,最后对这两类微生物的未来研究重点和研究方法进行了展望,为短程硝化工艺的快速启动和稳定运行提供理论指导。     

厌氧氨氧化菌驱动脱氮途径的研究进展

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria, AnAOB)的代谢多样性,使得该菌群能够在海洋、湿地和陆地等不同的自然生态系统中广泛分布,甚至在一些极热和极寒环境中也检测到了该菌群的存在。本文回顾并总结了厌氧氨氧化菌在不同生态系统中的发现、分布及脱氮贡献等方面的研究,分析了厌氧氨氧化菌分布的主要环境影响因素。该综述将帮助我们更好地理解全球氮循环中厌氧氨氧化菌的实际角色和功能,并基于厌氧氨氧化(anaerobicammoniaoxidation,anammox)过程,探究能与其进行协作的新型生物脱氮工艺,以期为这些工艺的研发和推广提供生态学基础和新的思考,从而实现脱氮工艺的技术变革。     

厌氧氨氧化菌内含物——糖原颗粒

厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, AnAOB)是分类学上新近建立的细菌类群。由于生长缓慢,培养困难,迄今没有获得纯培物。与已知细菌类群相比,AnAOB具有诸多特异性细胞结构和功能。AnAOB是化能自养型细菌,但在其细胞内经常可见贮藏性的内含物——糖原颗粒。探讨这种糖原颗粒的性状与动态,可深化人们对AnAOB的认识。本文结合文献报道及前期研究基础,对厌氧氨氧化菌糖原颗粒的结构、代谢和功能特性进行了探讨,分析认为AnAOB糖原颗粒分布于核糖细胞质内,且处于多途径合成与多位点消耗的动态平衡中;此外,糖原颗粒具有提供能量、碳架和应激保护等能力,对逆境下AnAOB的生存具有重要意义。本综述可为厌氧氨氧化菌的深入研究和工程应用提供支撑。     

海洋氮循环中细菌的厌氧氨氧化

细菌厌氧氨氧化过程是在一类特殊细菌的厌氧氨氧化体内完成的以氨作为电子供体硝酸盐作为电子受体的一种新型脱氮反应.厌氧氨氧化菌的发现,改变人们对传统氮的生物地球化学循环的认识:反硝化细菌并不是大气中氮气产生的唯一生物类群.而且越来越多的证据表明,细菌厌氧氨氧化与全球的氮物质循环密切相关,估计海洋细菌的厌氧氨氧化过程占到全球海洋氮气产生的一半左右.由于氮与碳的循环密切相关,因此可以推测,细菌的厌氧氨氧化会影响大气中的二氧化碳浓度,从而对全球气候变化产生重要影响.另外,由于细菌厌氧氨氧化菌实现了氨氮的短程转化,缩短了氮素的转化过程,因此为开发更节约能源、更符合可持续发展要求的废水脱氮新技术提供了生物学基础.     

厌氧氨氧化菌的研究进展

近年来,有关厌氧氨氧化过程这一特殊的生化机制以及微生物类群的研究引起了人们的极大关注,尤其是这类微生物的生态生境可能比人们预想的范围更加广泛,因而在自然界N循环中可能具有重要意义。对这类菌结构特征、系统发育地位以及厌氧氨氧化小体和厌氧氨氧化机制的更深入认识将大大促进它们在污水处理工程中的应用。综述了近年来有关厌氧氨氧化菌的生理特性、生化机制、结构特点、生态生境以及工程应用等方面的最新进展。     

厌氧氨氧化菌的研究进展

厌氧氨氧化技术是一种新型生物脱氮技术,在废水处理中具有广泛的应用前途,对全球海洋的氮循环起着重要作用。由于反应中不需另加有机物、不消耗氧气、不会产生二次污染等优点,厌氧氨氧化技术受到格外关注。通常认为,厌氧氨氧化的机理在于厌氧氨氧化菌使氨和亚硝酸反应生成氮气。通过16SrRNA分子生物学方法已鉴定出该菌群属于分枝很深的浮霉菌,由于至今未能成功分离到纯的菌株,未正式命名,对其微生态环境以及生理生化特征也未能取得一致的意见。本文综述了国内外对厌氧氨氧化微生物的作用、分布、种类、生理生化特征等研究进展,认为厌氧氨氧化菌的分离纯化、生物特性、小生境等是今后的主要研究方向。     

东湖表层沉积物中氨氧化古菌和氨氧化细菌丰度及多样性研究

研究通过高通量测序和荧光定量PCR等分子生物学分析方法, 以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记, 研究了东湖表层沉积物中AOA和AOB的群落多样性、丰度及其与环境因子的关系。结果表明, 东湖沉积物AOA主要为Nitrosopumilus, 其群落结构与沉积物中总氮含量显著相关, 而AOB主要为Nitrosomonas, 群落结构与沉积物中总有机碳和总磷显著相关。此外, 不同季节AOA丰度均高于AOB, 且沉积物AOA数量与温度呈显著负相关, 但AOB丰度变化不明显。东湖沉积物中AOA可能主导了氨氧化过程。     

完全氨氧化菌的分子生态学研究进展

硝化作用是氮素循环的核心环节,一直是土壤生物化学研究的热点之一。2015年,完全氨氧化菌(Comammox)的发现颠覆了两步硝化的传统观点,丰富了土壤氮素循环的理论体系。完全氨氧化菌能够独立执行整个硝化过程,具有将氨直接氧化成硝酸盐的能力。本文从完全氨氧化菌的定量检测方法、系统发育及组学分析入手对其分子生态学的国内外研究进展进行了系统综述,着重阐述了完全氨氧化菌在土壤中的多样性和分布规律。未来的研究可以针对以下内容开展:1)探索完全氨氧化菌的分子标志物,设计特异性引物,使其具有更高的分子覆盖度,从而完善完全氨氧化菌多样性的研究;2)优化完全氨氧化菌分离培养技术,富集分离得到更多完全氨氧化菌富集物或纯培养,完善完全氨氧化菌生理生化特性的研究;3)对完全氨氧化菌的功能和活性进行原位表征,并解析其对土壤硝化过程的贡献,阐明完全氨氧化菌的生态学特征,为促进土壤氮素良性循环和生态环境保护提供科学依据。     

好氧氨氧化菌的种群生态学研究进展

好氧氨氧化菌是一类能够在好氧条件下将NH4^＋转化为NO2^-的化能无机自养型细菌,其活动将直接或间接影响土壤养分循环、水体富营养化、温室气体（N2O）和生态系统的功能。现代分子生物学技术的发展促进了人们对好氧氨氧化菌种群生态学的研究。介绍了近年来基于16SrRNA和氨单加氧酶amoA基因序列分析的好氧氨氧化菌的系统发育研究,比较了两种基因序列分析在好氧氨氧化菌遗传多样性研究中存在的差异;概述了环境条件诸如铵浓度、酸度、氧的可利用性、温度、盐度等对好氧氨氧化菌种类、数量及其种群生态分布的影响;阐述了好氧氨氧化菌对铵、氧饥饿的响应特征及其在酸性环境中的生存机制;并对今后好氧氨氧化菌的应用生态学研究及其主要方向进行了展望。     

厌氧氨氧化颗粒污泥研究进展

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺是一种新的生物脱氮技术。一经问世即得到人们青睐,现已成为废水脱氮的升级技术。厌氧氨氧化菌(Anaerobicammoniumoxidation bacteria,AnAOB)是Anammox工艺的功能之源。以颗粒污泥形态存在的AnAOB是Anammox颗粒污泥床脱氮系统的重要支柱。由于AnAOB生长缓慢且对环境条件变化敏感,Anammox脱氮系统不仅启动缓慢,而且运行极易失稳甚至崩溃。值得庆幸的是,AnAOB可自主选择、组合和固定功能菌群落而形成Anammox颗粒污泥,并通过其优良的重力沉降性能和高效的基质转化性能保障Anammox脱氮系统的持续工作。本文综述了AnAOB的种类和特性及Anammox颗粒污泥的组成、结构和功能,以期为Anammox工艺的优化和拓展提供参考。     

不同利用方式对红壤坡地微生物多样性和硝化势的影响

采集了中国科学院桃源农业生态试验站红壤坡地农田、自然恢复林和茶园土壤样品,采用末端限制性酶切片段长度多态性分析(T.RFLP)技术分析土壤细菌、古菌、氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的多样性,采用好气培养法测定不同土壤的硝化势,研究不同土地利用方式对微生物多样性和硝化势的影响.结果表明:土壤AOB和AOA多样性指数差异不显著,且在3种不同土地利用方式中呈现相同的趋势,均为农田=茶园>自然恢复林;通过RDA分析发现,不同利用方式造成土壤理化性状的改变是影响土壤AOA和AOB群落结构的主要原因;好气培养法测得不同土壤硝化势农田最高,茶园次之而自然恢复林最低;相关性分析显示,硝化势与细菌16S rRNA、AOA和AOB amoA基因多样性指数呈显著正相关,其中与AOA amoA基因关系最为密切;总体来说,红壤坡地不同利用方式改变了土壤细菌、古菌、AOA和AOB的多样性,土壤AOB和AOA积极参与了土壤的硝化过程,且AOA在氨氧化微生物群落生态功能中占有重要地位,AOA比AOB与硝化势的关系更为密切.     

海洋古菌多样性研究进展

海洋古菌是海洋微生物中的一个大的类群,然而绝大多数的古菌不能分离培养.近年来分子生物学的方法广泛地应用于微生物多样性的研究中,研究发现,海洋古菌广泛地生活在各类海域环境中,而不仅仅是生活在极端的环境中.海洋古菌为海洋生态系统中主要的原核细胞成分,在海洋生态系统中的物质与能量循环中扮演着重要角色.主要阐述了生活在海洋不同环境中海洋古菌的多样性,有海洋浮游古菌的多样性、海底环境及海洋沉积物中古菌的多样性、附着或寄共生古菌多样性等的研究状况,以及研究海洋古菌多样性的分子生物学的主要方法.