三种农田土壤中氨氧化细菌amoA基因多样性比较分析

比较分析中国东部不同季风气候区中海伦黑土(HL)、封丘潮土(FQ)和鹰潭红壤(YT)3种土壤氨氧化细菌amoA基因多样性。采用非培养方法直接从土壤中提取微生物总DNA,用氨氧化细菌amoA基因特异引物扩增总DNA,构建了3种土壤amoA基因文库,并对文库进行限制性长度多态性(RFLP)分析。HL、FQ和YT的amoA基因文库克隆数量分别为49、50和48个,相应的RFLP类型数为10、10和14个OTUs,其中有4个OTUs为三种土壤共有;YT中氨氧化细菌amoA基因多样性指数最高,FQ最低;HL和FQ群落的相似为70%,HL与YT的相似度为50%,而FQ和YT之间仅为42%,说明氨氧化细菌具有地理分布的规律:17个amoA基因序列可以被聚成6个cluster,分属Nitrosospira和Nitrosomonas两个属。三种农田土壤中均存在丰富的氨氧化细菌,表明氨氧化细菌在农田土壤氮素循环中具有重要作用。

亚硝酸细菌研究进展

从硝化细菌的生长特性 ,分类 ,检测 ,亚硝酸细菌氨单加氧酶等方面概要的叙述了国外在硝化细菌方面研究的进展 。

pH对酸性紫色土中硝化作用与硝化微生物的影响

硝化作用是对pH高度敏感的典型生物学过程.本实验以重庆市永川区pH=3.8的紫色土为研究对象,pH=6.5紫色土为对照,通过室内培养实验研究了土壤硝化动力学过程,并采用荧光实时定量PCR技术对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)定量.结果显示:pH=3.8的紫色土净硝化速率为0.56mg/(kg·d)(全文均以N质量分数计),而pH=6.5紫色土的净硝化速率是pH=3.8紫色土的12.8倍,为7.14mg/(kg·d).研究同时发现不同pH的紫色土均符合一级动力学方程,动力学拟合参数表明pH高的紫色土具有更高的潜在硝化速率.硝化反应底物NH_3质量分数随土壤pH增加呈数量级增加,经计算pH=6.5紫色土中NH_3质量分数为1.08×10^(-1) mg/kg,是pH=3.8紫色土(2.46×10^(-4) mg/kg)的439倍.土壤中AOB,AOA丰度测定显示,pH=3.8紫色土中AOB,AOA的氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数分别为3.23×10~6,7.17×10~6/g干土,而pH=6.5的紫色土中AOB,AOA的amoA基因拷贝数分别为3.58×10~7,1.67×10~8/g干土.虽然结果显示pH=6.5的紫色土中氨氧化微生物丰度明显高于pH=3.8的紫色土,但pH=3.8的紫色土中氨氧化微生物仍有较高的硝化潜力.结论认为,pH主要通过影响硝化底物NH_3质量分数而直接影响紫色土的硝化强度.

循环海水养殖系统硝化滤器中氨氧化微生物分析

研究循环水养殖硝化滤器载体上附着生物膜的微生物群落结构可以为提高其处理速率和效率,并为特异性工程菌构建提供依据。采用改良的AFLP方法分析了循环水养殖硝化滤器载体上附着的氨氧化细菌16S rRNA基因和氨单加氧酶amoA基因片段及其系统发育情况。结果表明:分析16S rRNA基因得到的序列片段比分析amoA基因片段得到了更多信息,准确度较高,可作为分析循环水养殖硝化滤器氨氧化菌群组成的有效方法。克隆测序所得序列与网上公布数据比对,可见存在于循环水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌与Nitrosomonas cryotolerans、Nitrosomonas oligotropha、Nitrosospira tenuis、Nitrosomonas marina相似度达100%,与Nitrosomonas aestuarii相似度为87%。大部分属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),仅少数序列属于亚硝化螺菌属(Nitrosospira)。采用16S rRNA基因和amoA片段分析方法得到的附着于封闭循环海水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌主要为变形菌(Proteobacteria)的β-亚类的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和少量的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)氨氧化细菌,以及一定数量的γ-亚类氨氧化细菌。

南海北部陆坡表层沉积物氨氧化古菌多样性初探

基于南海北部陆坡不同深度梯度3个站位表层沉积物古菌氨单加氧酶基因(amo A)文库,对3个站位氨氧化古菌进行多样性和系统发育学分析。多种方法构建的系统发育树表明:3个站位所有的amo A基因序列都隶属于奇古菌门中Group I分枝内的Group I.1a系群,且各站位之间氨氧化古菌多样性没有明显的差异。501站位黑色砂质沉积物中古菌amo A基因与该站位的16S r RNA基因的系统发育比对显示:这2种基因标记的系统发育树整体上具有潜在的对应关系,说明对样品的氨氧化古菌多样性分析比较全面且可靠;并进一步暗示该样品中氨的硝化作用主要由奇古菌门下的Group I.1a系群来执行。由此可以推测:Group I.1a系群可能在南海北部表层沉积物中氮素的生物地球化学循环过程中扮演重要的角色。

基于氨单加氧酶基因的自养脱氮菌群结构分析

全程自养脱氮是一种在高氨氮低溶氧条件下完全由自养菌群作用脱除氮素的现象。以全程自养脱氮污泥为研究对象,特异性扩增氨单加氧酶活性基因amoA片段,建立克隆文库并对克隆序列进行系统发育学分析,考察全程自养脱氮系统从建立到退化过程中氨氧化菌的结构变迁。结果表明:Nitrosomonas oligotropha和Nitrosomonas europaea细菌是系统中的主要氨氧化菌,而随着系统的退化前者逐渐被后者完全取代,而氨氧化菌的种群变迁可能并不是全混流系统全程自养脱氮效率下降的原因。

中华根瘤菌NP1氨单加氧酶基因的克隆与功能鉴定

以中华根瘤菌NP1(Sinorhizobium sp.NP1)为原始菌株,通过同源克隆与Tail-PCR方法,获得1089bp的氨单加氧酶基因(amo)全长序列.该基因编码362个氨基酸,其二级结构与Sinorhizobium meliloti1021AMO的二级结构相似,该蛋白有9个跨膜区段.以自杀穿梭质粒pJQ200SK为原始载体,构建NP1amo基因敲除质粒pJQ200SK-amo-Tc.采用三亲本杂交的方法将该质粒转入原始菌株NP1中,获得amo基因敲除菌株NP1∷amo.通过本贝洛氏(Berthelot)法对氨氮进行测定,发现NP1∷amo的脱氮效率比原始菌株NP1下降约35%.该结果表明,本实验中所克隆的氨单加氧酶基因为脱氮关键酶基因.

季节性河流好氧氨氧化微生物的时空分布及网络互作研究——以漕河为例

好氧氨氧化是硝化过程的关键步骤,第3种好氧氨氧化微生物—完全氨氧化细菌(Complete Ammonia Oxidizer,Comammox)的发现进一步完善了人们对硝化过程的认识.Comammox被发现广泛分布于自然和人工生态系统,但其在季节性河流的时空分布及生态网络互作关系的研究较少.本研究应用实时荧光定量q PCR、宏基因组测序和氨单加氧酶功能基因(amo A)特异性分析等方法,探究了不同水文时期漕河岸边带和开阔水体表层沉积物中Comammox等好氧氨氧化微生物的丰度、分布、群落结构、共生模式及关键环境因子.结果表明,Comammox的amo A基因丰度(106~108copies·g-1)最高,显著高于氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing Archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing Bacteria,AOB),与宏基因组分析得到相对丰度结果一致.Spearman相关性和冗余分析表明,含水率(Moisture content)是Comammox等好氧氨氧化微生物丰度的关键影响因子.生物多样性和主坐标分析(Principle Coordinate Analysis,PCo A)表明,Comammox等好氧氨氧化微生物的群落结构具有明显的时间异质性,其α多样性在丰水期高于枯水期.季节性河流沉积物中Comammox菌主要为Nitrospira sp.SCGC AG-212-E16,相对丰度可达21.4%±6.4%;其次为Nitrospira sp.SG-bin-1、Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nirosa.结合分子生态网络分析进一步发现,Nitrospira sp.SCGC AG-212-E16是Comammox群落的关键菌种,起主要的群落内部连接功能.本研究揭示了Comammox细菌在河流生态系统中的高丰度和时空异质性,对进一步研究Comammox等好氧氨氧化微生物在硝化过程中的贡献以及河流氮污染的治理具有重要意义.

白洋淀流域岸边带土壤全程氨氧化菌的分布特征及其生态网络研究

氨氧化途径一直被认为是硝化过程的限速步骤.新型氨氧化微生物—全程氨氧化菌(Complete Ammonia O_(x)idizer,Comammox)的出现更新了人们的认识.虽然全程氨氧化过程已被发现于多种自然生态系统,但其在水位波动环境,尤其是工程引水的岸边带系统,尚缺乏报道.采用宏基因测序技术及氮循环基因特异性分析,研究南水北调典型受水区Comammox的时空特征和潜在生态网络关系.结果表明,在白洋淀流域尺度,入淀河流岸边带系统中,Comammox相对丰度具有明显的时空分布特征.时间尺度上,Comammox相对丰度在枯水期(1455 TPM)显著高于丰水期(1115 TPM);空间尺度上,Comammox在上游山区丰度最高(1403 TPM),显著高于中游(山区/平原生态过渡区;515 TPM)和下游平原区(653 TPM).Spearman相关性分析结果表明,MC对Comammox相对丰度具有显著影响(p<0.05).与其他好氧氨氧化微生物相比,Comammox相对丰度显著高于氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing Bacteria,AOB),却低于氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing Archaea,AOA).其中,AOB与Comammox时空分布规律相似,而AOA与Comammox仅在时间上分布规律一致.通过构建分子生态网络分析,发现在中游山区/平原过渡区,好氧氨氧化微生物具有最高模块化水平,其中,Comammox是关键物种,Nitrospira nitrificans是关键群落连接者.本研究结果将为我们认识生态补水背景下河流氨氧化过程时空演替和功能趋势提供理论依据.

典型对虾养殖水体中参与硝化与反硝化过程的微生物群落结构

【目的】本研究旨在分析典型虾塘养殖水体中参与氮循环关键过程的菌群多样性,为指导实际对虾养殖水体中NH 4+和NO 2-的微生物降解、水体氮素污染控制以及虾塘养殖氮素循环的有效管理提供科学依据。【方法】使用聚合酶链式反应及变性梯度凝胶电泳技术(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient GelElectrophoresis,PCR-DGGE)从8个不同地点的虾塘水样中确定代表性水样,以此为典型水样进行研究,构建了氨单加氧酶基因(amoA)、亚硝酸盐氧化还原酶基因(nxrA)、亚硝酸盐还原酶基因(nirS)的克隆文库。利用限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)技术将克隆文库进行酶切分析。【结果】通过序列多态性分析,表明amoA基因克隆文库中所有序列都属于变形杆菌门β亚纲(β-Proteobacteria),分别为亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas)(81%)和亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)(19%)2个属。nxrA基因克隆文库检测到α-Proteobacteria和δ-Proteobacteria两个亚纲,其中硝化杆菌属(Nitrobacter)是优势菌群,占整个文库的92%,仅有一个类群属于δ亚纲的脱硫杆菌科(Desulfobacteraceae)(8%)。nirS基因文库群落结构相对于amoA和nxrA基因文库较复杂,分别为α-Proteobacteria、β-Proteobacteria亚纲和Actinobacteria,序列分析表明,25%的类群为固氮弧菌属(Azoarcus),25%的类群为(Polymorphum),20%的类群为需氧去氮菌属(Thauera),10%的类群为(Sophophora),10%的的类群为链霉菌属(Streptomyces),5%的类群为(Brachymonas),5%的类群为(Ruegeria)。【结论】典型虾塘养殖水环境中氮素循环关键过程的菌群多样性丰富,其中亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter)分别是此环境中主要的氨氧化作用推动者和亚硝酸盐氧化作用推动者,而在反硝化重要环节中,固氮弧菌属等多种菌群都起着推动作用。

氨氧化古核生物

氨氧化古核生物(AOA)是新为人们所知的氨氧化微生物。AOA的生理特征、生态分布,以及在不同生境中与氨氧化细菌(AOB)的比较等研究,显示了他们在自然环境中有着数量大,分布广,种类多等特征。本文对近年来AOA的研究现状、争论、前景和应用进行了综述。

一株Agrobacterium sp.异养硝化菌的分离鉴定及其氨氧化性能

针对传统污水处理工艺中存在的工艺复杂、脱氮效率低等问题,从江苏无锡市桃花山垃圾渗滤液生化反应池活性污泥中富集、分离及筛选出一株异养硝化菌BT1.通过16S rRNA序列分析,对分离菌株进行鉴定,同时对其异养硝化特性、氨氧化功能基因及氨氧化性能影响因素进行研究.结果显示:分离到的异养硝化菌为农杆菌属Agrobacterium sp..该菌经过32 h培养后,NH_4^+-N去除率为99.77%;TN去除率为96.99%.其中,59.62%TN转换为胞内氮,37.37%TN转化为气态氮;检测不到NO_3^--N和NO_2^--N的积累.结合氨单加氧酶基因(amo A)的PCR成功扩增,进一步证明了BT1菌株具有氨氧化能力.单因子试验结果显示,在温度为30℃、C/N为10-15、pH为7.0-9.0、转速为120-160 r/min的条件下,菌株均能去除98.51%以上NH_4^+-N,体现出良好的氨氧化性能.BT1菌株能够适应较宽的氨氮负荷,在高氨氮浓度(500和1 000 mg/L)下生长良好且NH_4^+-N去除率均超过64.69%.本研究表明BT1菌株具有高效的异养硝化性能及优异的氨氮耐受性,具有进一步处理高浓度氨氮废水的应用前景.(图9参39)

纳帕海高原湿地氨氧化微生物群落结构及多样性研究

由微生物主导的氨氧化作用是硝化过程的限速步骤,同时也是氮素循环过程中的关键步骤.本研究基于氨单加氧酶基因(amoA),对纳帕海高原湿地旱季的沼泽土(DS. YN1)、沼泽化草甸土(DS. SD1)和泥炭土(DS. NT1)中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落多样性、系统发育和丰度及其与土壤理化因子的响应机制进行了初步研究.结果表明,AOA amoA基因克隆文库在DS. SD1中多样性最高,AOB amoA基因克隆文库在DS. YN1中多样性最高.系统发育分析表明,AOA菌群主要来自Thaumarchaeota Group1. 1a;,AOB菌群主要来自Nitrosomonas和Nitros-opira. AOA amoA基因拷贝数达104～105copies/g,AOB amoA基因拷贝数达105copies/g,仅DS.NT1采样区中AOA amoA基因拷贝数高于AOB amoA.理化因子相关性分析表明,在DS. YN1采样区中,AOA和AOB群落组成受p H和氨态氮(NH4+-N)影响较为显著;在DS. NT1采样区中,AOA和AOB群落组成受亚硝态氮(NO2--N)的影响较为显著. Pearson相关性表明,仅AOBamoA基因拷贝数与土壤理化因子具有显著相关性.本研究初步阐明AOA和AOB在纳帕海高原湿地氨氧化过程中的作用及其对土壤理化因子变化的响应机制,进一步为研究该高原湿地氮素循环奠定理论基础.