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硝化细菌

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硝化细菌英语:nitrifying bacteria)是一群好氧化能自營生物之統稱,细菌能通过食用无机氮化合物生长[1]。硝化細菌以二氧化碳为碳源,通过代谢铵盐氧化成硝酸盐。硝化細菌可以用不含有机碳培养基培养。许多品种的硝化细菌具有复杂的内部膜系统在关键位置为硝化酶:氨单加氧酶英语Ammonia monooxygenase將氨氧化為羟胺 ,和亚硝酸盐氧化还原酶英语nitrite oxidoreductase亞硝酸鹽氧化成硝酸盐。

生态[编辑]

硝化细菌是一个生活在狭窄环境中的物种,并且被发现在存在大量氨的地方有相當数量(具有广泛的蛋白分解区,以及污水处理厂)[2]。在自然界中硝化细菌在湖泊和河流中得以茁壮成长,是因为生物排放了氨含量高的污水,废水和淡水有很高的氨氮输出入,海水則略低一些。

氨氧化成硝酸盐[编辑]

在自然界硝化作用是铵(NH+
4
)或氨(NH3),以由两个无处不细菌群体催化硝酸盐(NO
3
)一个两步氧化过程。第一反应为由“亚硝化”物种代表的氨氧化细菌(AOB)把铵的氧化为亚硝酸盐。第二个反应是由硝化物种代表的亚硝酸氧化细菌(NOB)把亚硝酸盐(NO
2
)的氧化硝酸盐,[3][4]

第一步硝化 - 分子机制[编辑]

图1. 由氨氧化细菌(AOB)氧化铵的分子机制

在自养硝化氨氧化是一个复杂的过程,需要几种酶,蛋白质和氧气的存在。,必要铵氧化为亚硝酸盐过程中获取的能量关键的酶是氨单加氧酶英语Ammonia monooxygenase(AMO)和羟胺氧化还原酶英语Hydroxylamine oxidoreductase(HAO)。

NH3 + O2NO
2
+ 3 H+ + 2 e (1)
NH3 + O2 + 2 H+ + 2 eNH2OH + H2O (1.1)
NH2OH + H2ONO
2
+ 5 H+ + 4 e (1.2)

第二步硝化 - 分子机制[编辑]

在自养硝化的第一步骤中产生的亚硝酸盐是由亚硝酸盐还原酶(NXR)(2)氧化成硝酸盐。

NO
2
+ H2ONO
3
+ 2 H+ + 2 e (2)

氨和亚硝酸氧化细菌的特性[编辑]

氨氧化的硝化细菌[5][编辑]

系统发生组 DNA (mol% GC) 栖息地 特性
Nitrosomonas Beta 45–53 土壤,污水,淡水,海洋 革兰氏阴性短到长棒,游动(极生鞭毛)或无动力;外周膜系统
Nitrosococcus Gamma 49–50 淡水,海洋 大型球菌,游动,囊泡或外周细胞膜
Nitrosospira Beta 54 土壤 螺旋,游动(周毛鞭毛);没有明显的膜系统

亚硝酸盐氧化的硝化细菌[5][编辑]

系统发生组 DNA (mol% GC) 栖息地 特性
Nitrobacter Alpha 59–62 土壤,淡水,海洋 Short rods, reproduce by budding, occasionally motile (single subterminal flagella) or non-motile; membrane system arranged as a polar cap
Nitrospina Delta 58 海洋 Long, slender rods, nonmotile, no obvious membrane system
Nitrococcus Gamma 61 海洋 Large Cocci, motile (one or two subterminal flagellum) membrane system randomly arranged in tubes
硝化螺旋菌門 Nitrospirae 50 土壤,海洋 Helical to vibroid-shaped cells; nonmotile; no internal membranes

參照[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Mancinelli RL. The nature of nitrogen: an overview. Life support & biosphere science : international journal of earth space. 1996, 3 (1–2): 17–24. PMID 11539154. 
  2. ^ Belser LW. Population ecology of nitrifying bacteria. Annu. Rev. Microbiol. 1979, 33: 309–333. doi:10.1146/annurev.mi.33.100179.001521. PMID 386925. 
  3. ^ Schaechter M. „Encyclopedia of Microbiology", AP, Amsterdam 2009
  4. ^ Ward BB. Nitrification and ammonification in aquatic systems. Life support & biosphere science : international journal of earth space. 1996, 3 (1–2): 25–9. PMID 11539155. 
  5. ^ 5.0 5.1 Michael H. Gerardi. Nitrification and Denitrification in the Activated Sludge Process.. John Wiley & Sons,. 2002.