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亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)所桃源站
土壤中的好氧反硝化細(xì)菌
地球的皮膚
2016年01月11日
大家都知道，土壤的反硝化作用是環(huán)境中氮循環(huán)過程中至關(guān)重要的過程。反硝化作用是將NO3-最終還原成N2，具體過程為：NO3-？ NO2- NO N2O N2。然而大家可知道這一系列過程全是由土壤中的微生物共同協(xié)作完成的。包括：真菌、細(xì)菌、古菌，其中反硝化細(xì)菌占有主導(dǎo)地位，但大家熟知的反硝化細(xì)菌大多數(shù)都是厭氧反硝化細(xì)菌，殊不知好氧反硝化細(xì)菌的重要作用。
好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用，在有氧條件下進(jìn)行反硝化作用的一類反硝化菌。20世紀(jì)80年代，Robertson等人報(bào)道了好氧反硝化細(xì)菌和好氧反硝化酶系的存在，并證實(shí)了泛養(yǎng)硫球菌 (現(xiàn)更名為脫氮副球菌)在生長過程中，O2和N03共同存在時(shí)，其生長速率比兩者單獨(dú)存在時(shí)都高。越來越多的研究證明細(xì)菌好氧反硝化的存在，并發(fā)現(xiàn)了一些在有氧條件下有較高反硝化率的細(xì)菌。
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好氧反硝化菌的反硝化作用過程包括4個(gè)還原步驟，分別由硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶、一氧化氮還原酶、一氧化二氮還原酶催化完成。目前提出好氧反硝化菌的假想呼吸途徑中，NO3、O2均可作為電子最終受體:即電子可從被還原的有機(jī)物基質(zhì)傳遞給O2，也可傳遞給NO3-、NO2-和N2O，并分別將它們還原。
與厭氧反硝化菌的反硝化相比，好氧反硝化菌的反硝化的特征為:1、一般好氧反硝化菌的反硝化的主要產(chǎn)物是N2O，而厭氧反硝化菌的反硝化則主要產(chǎn)生N2以及少量的N2O和NO。2、能在好氧條件下進(jìn)行反硝化，使其與硝化能夠同時(shí)進(jìn)行。3、可將銨態(tài)氮在好氧條件下直接轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)物。4、反硝化速率慢一些。5、好氧反硝化菌的反硝化中，NO3-、O2均可作為電子最終受體，除去NO3-的同時(shí)還消耗了O2。6、催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸鹽還原酶是周質(zhì)酶而不是膜結(jié)合酶。7、特殊的好氧反硝化假單胞菌TR2和K50主要產(chǎn)生N2，這類特殊菌株可能有助于構(gòu)建一種不產(chǎn)生N2O的好氧反硝化模式。
好氧反硝化菌主要存在于假單胞菌屬(Pseudomonas)、產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes)、副球菌屬(Paracoccus)和芽孢桿菌屬(Bacillus)等，是一類好氧或兼性好氧、以有機(jī)碳作為能源的異養(yǎng)硝化菌。
假單胞菌屬(Pseudomonas)：假單胞菌科的 1屬。專性需氧的革蘭氏染色陰性無芽胞、無莢膜桿菌，呈桿狀或略彎。菌體大小(0.5~1) (1.5~4)微米。具端鞭毛，能運(yùn)動(dòng)。有些株產(chǎn)生熒光色素或(和) 紅、藍(lán)、黃、綠等水溶性色素，不發(fā)酵糖類。大多數(shù)菌的適溫為30 。DNA中的G+C克分子含量為58~70%。存在于土壤、淡水、海水中。目前已確認(rèn)有 29種，其中至少有3種對(duì)動(dòng)物或人類致病。
產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)： 產(chǎn)堿菌屬細(xì)胞0.5~1.2 m 0.5~2.6 m，通常單個(gè)出現(xiàn)，為桿狀、球桿狀或球狀。革蘭氏染色陰性。以1~8根(偶爾可達(dá)12根)周毛運(yùn)動(dòng)。專性好氧具嚴(yán)格代謝呼吸型，以氧作為電子最終受體。適宜生長溫度為20~37 。氧化酶、接觸酶陽性。不產(chǎn)生吲哚?；苡袡C(jī)營養(yǎng)型，利用不同的有機(jī)酸和氨基酸為碳源。存在于水和土壤中，一些是脊椎動(dòng)物腸道中常見的寄生菌。許多菌株已從臨床標(biāo)本的血、尿、糞便、腦脊液、化膿性耳膿汁和傷口中分離出，常引起人的條件感染。模式種:糞產(chǎn)堿菌(Alcaligenes faecalis)。
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副球菌屬(Paracoccus): 副球菌屬拉丁學(xué)名(Paracoccus Davis，1969) 球狀細(xì)胞，(直徑0.5~0.9 m)或短桿菌(長0.9~1.2 m)。單個(gè)、成對(duì)或堆狀。形成聚- -羥基丁酸鹽顆粒。革蘭氏陰性。不運(yùn)動(dòng)。好氧，呼吸代謝;當(dāng)硝酸鹽、亞硝酸鹽或氧化氮存在時(shí)，能以它們?yōu)殡娮邮荏w營厭氧生長。最適生長溫度25～30 。氧化酶和接觸酶皆陽性。出現(xiàn)在土壤、天然和人工的鹽水中。該屬包括3個(gè)種。 模式種：脫氮副球菌(Paracoccus denitrificans)。
芽孢桿菌屬(Bacillus): 芽孢桿菌屬是大的(4–10um), 革蘭氏陽性，嚴(yán)格需氧或兼性厭氧的有莢膜的桿菌。該屬細(xì)菌的重要特性是能夠產(chǎn)生對(duì)不利條件具有特殊抵抗力的芽孢。細(xì)胞呈直桿狀，0.5~2.5 m 1.2~10 m，常以成對(duì)或鏈狀排列，具圓端或方端。細(xì)胞染色大多數(shù)在幼齡培養(yǎng)時(shí)呈現(xiàn)革蘭氏陽性，以周生鞭毛運(yùn)動(dòng)。每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)一個(gè)芽孢，生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厭氧，具對(duì)熱、pH和鹽各種多樣性的生理特性?；墚愷B(yǎng)菌，具發(fā)酵或呼吸代謝類型。發(fā)現(xiàn)于不同的生境，少數(shù)種對(duì)脊椎動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物致病。模式種:枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)。
好氧反硝化菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：
1、水產(chǎn)養(yǎng)殖
2、廢水生物處理
3、降解有機(jī)污染物
4、使土壤中氮素?fù)p失和對(duì)施肥的指導(dǎo)意義
好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用，在有氧條件下進(jìn)行反硝化作用的一類反硝化菌。20世紀(jì)80年代，Robertson等人報(bào)道了好氧反硝化細(xì)菌和好氧反硝化酶系的存在，并證實(shí)了泛養(yǎng)硫球菌 (現(xiàn)更名為脫氮副球菌)在生長過程中，O2和N03共同存在時(shí)，其生長速率比兩者單獨(dú)存在時(shí)都高。越來越多的研究證明細(xì)菌好氧反硝化的存在，并發(fā)現(xiàn)了一些在有氧條件下有較高反硝化率的細(xì)菌。
好氧反硝化菌的反硝化作用過程包括4個(gè)還原步驟，分別由硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶、一氧化氮還原酶、一氧化二氮還原酶催化完成。目前提出好氧反硝化菌的假想呼吸途徑中，NO3、O2均可作為電子最終受體:即電子可從被還原的有機(jī)物基質(zhì)傳遞給O2，也可傳遞給NO3-、NO2-和N2O，并分別將它們還原。
與厭氧反硝化菌的反硝化相比，好氧反硝化菌的反硝化的特征為:1、一般好氧反硝化菌的反硝化的主要產(chǎn)物是N2O，而厭氧反硝化菌的反硝化則主要產(chǎn)生N2以及少量的N2O和NO。2、能在好氧條件下進(jìn)行反硝化，使其與硝化能夠同時(shí)進(jìn)行。3、可將銨態(tài)氮在好氧條件下直接轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)物。4、反硝化速率慢一些。5、好氧反硝化菌的反硝化中，NO3-、O2均可作為電子最終受體，除去NO3-的同時(shí)還消耗了O2。6、催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸鹽還原酶是周質(zhì)酶而不是膜結(jié)合酶。7、特殊的好氧反硝化假單胞菌TR2和K50主要產(chǎn)生N2，這類特殊菌株可能有助于構(gòu)建一種不產(chǎn)生N2O的好氧反硝化模式。
好氧反硝化菌主要存在于假單胞菌屬(Pseudomonas)、產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes)、副球菌屬(Paracoccus)和芽孢桿菌屬(Bacillus)等，是一類好氧或兼性好氧、以有機(jī)碳作為能源的異養(yǎng)硝化菌。
假單胞菌屬(Pseudomonas)：假單胞菌科的 1屬。專性需氧的革蘭氏染色陰性無芽胞、無莢膜桿菌，呈桿狀或略彎。菌體大小(0.5~1) (1.5~4)微米。具端鞭毛，能運(yùn)動(dòng)。有些株產(chǎn)生熒光色素或(和) 紅、藍(lán)、黃、綠等水溶性色素，不發(fā)酵糖類。大多數(shù)菌的適溫為30 。DNA中的G+C克分子含量為58~70%。存在于土壤、淡水、海水中。目前已確認(rèn)有 29種，其中至少有3種對(duì)動(dòng)物或人類致病。
產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)： 產(chǎn)堿菌屬細(xì)胞0.5~1.2 m 0.5~2.6 m，通常單個(gè)出現(xiàn)，為桿狀、球桿狀或球狀。革蘭氏染色陰性。以1~8根(偶爾可達(dá)12根)周毛運(yùn)動(dòng)。專性好氧具嚴(yán)格代謝呼吸型，以氧作為電子最終受體。適宜生長溫度為20~37 。氧化酶、接觸酶陽性。不產(chǎn)生吲哚?；苡袡C(jī)營養(yǎng)型，利用不同的有機(jī)酸和氨基酸為碳源。存在于水和土壤中，一些是脊椎動(dòng)物腸道中常見的寄生菌。許多菌株已從臨床標(biāo)本的血、尿、糞便、腦脊液、化膿性耳膿汁和傷口中分離出，常引起人的條件感染。模式種:糞產(chǎn)堿菌(Alcaligenes faecalis)。
副球菌屬(Paracoccus): 副球菌屬拉丁學(xué)名(Paracoccus Davis，1969) 球狀細(xì)胞，(直徑0.5~0.9 m)或短桿菌(長0.9~1.2 m)。單個(gè)、成對(duì)或堆狀。形成聚- -羥基丁酸鹽顆粒。革蘭氏陰性。不運(yùn)動(dòng)。好氧，呼吸代謝;當(dāng)硝酸鹽、亞硝酸鹽或氧化氮存在時(shí)，能以它們?yōu)殡娮邮荏w營厭氧生長。最適生長溫度25～30 。氧化酶和接觸酶皆陽性。出現(xiàn)在土壤、天然和人工的鹽水中。該屬包括3個(gè)種。 模式種：脫氮副球菌(Paracoccus denitrificans)。
芽孢桿菌屬(Bacillus): 芽孢桿菌屬是大的(4–10um), 革蘭氏陽性，嚴(yán)格需氧或兼性厭氧的有莢膜的桿菌。該屬細(xì)菌的重要特性是能夠產(chǎn)生對(duì)不利條件具有特殊抵抗力的芽孢。細(xì)胞呈直桿狀，0.5~2.5 m 1.2~10 m，常以成對(duì)或鏈狀排列，具圓端或方端。細(xì)胞染色大多數(shù)在幼齡培養(yǎng)時(shí)呈現(xiàn)革蘭氏陽性，以周生鞭毛運(yùn)動(dòng)。每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)一個(gè)芽孢，生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厭氧，具對(duì)熱、pH和鹽各種多樣性的生理特性?；墚愷B(yǎng)菌，具發(fā)酵或呼吸代謝類型。發(fā)現(xiàn)于不同的生境，少數(shù)種對(duì)脊椎動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物致病。模式種:枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)。
好氧反硝化菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：
1、水產(chǎn)養(yǎng)殖
2、廢水生物處理
3、降解有機(jī)污染物
4、使土壤中氮素?fù)p失和對(duì)施肥的指導(dǎo)意義