土壤中的好氧反硝化细菌

大家都知道,土壤的反硝化作用是环境中氮循环过程中至关重要的过程。反硝化作用是将NO3最终还原成N2,具体过程为:NO3 →NO2→NO→N2O→N2。然而大家可知道这一系列过程全是由土壤中的微生物共同协作完成的。包括:真菌、细菌、古菌,其中反硝化细菌占有主导地位,但大家熟知的反硝化细菌大多数都是厌氧反硝化细菌,殊不知好氧反硝化细菌的重要作用。

好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用,在有氧条件下进行反硝化作用的一类反硝化菌。20世纪80年代,Robertson等人报道了好氧反硝化细菌和好氧反硝化酶系的存在,并证实了泛养硫球菌 (现更名为脱氮副球菌)在生长过程中,O2和N03共同存在时,其生长速率比两者单独存在时都高。越来越多的研究证明细菌好氧反硝化的存在,并发现了一些在有氧条件下有较高反硝化率的细菌。

反硝化细菌

好氧反硝化菌的反硝化作用过程包括4个还原步骤,分别由硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶、一氧化二氮还原酶催化完成。目前提出好氧反硝化菌的假想呼吸途径中,NO3、O2均可作为电子最终受体:即电子可从被还原的有机物基质传递给O2,也可传递给NO3-、NO2-和N2O,并分别将它们还原。

与厌氧反硝化菌的反硝化相比,好氧反硝化菌的反硝化的特征为:1、一般好氧反硝化菌的反硝化的主要产物是N2O,而厌氧反硝化菌的反硝化则主要产生N2以及少量的N2O和NO。2、能在好氧条件下进行反硝化,使其与硝化能够同时进行。3、可将铵态氮在好氧条件下直接转化成气态产物。4、反硝化速率慢一些。5、好氧反硝化菌的反硝化中,NO3-、O2均可作为电子最终受体,除去NO3-的同时还消耗了O2。6、催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸盐还原酶是周质酶而不是膜结合酶。7、特殊的好氧反硝化假单胞菌TR2和K50主要产生N2,这类特殊菌株可能有助于构建一种不产生N2O的好氧反硝化模式。

好氧反硝化菌主要存在于假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等,是一类好氧或兼性好氧、以有机碳作为能源的异养硝化菌。

假单胞菌属(Pseudomonas):假单胞菌科的 1属。专性需氧的革兰氏染色阴性无芽胞、无荚膜杆菌,呈杆状或略弯。菌体大小(0.5~1)×(1.5~4)微米。具端鞭毛,能运动。有些株产生荧光色素或(和) 红、蓝、黄、绿等水溶性色素,不发酵糖类。大多数菌的适温为30℃。DNA中的G+C克分子含量为58~70%。存在于土壤、淡水、海水中。目前已确认有 29种,其中至少有3种对动物或人类致病。

产碱杆菌属(Alcaligenes): 产碱菌属细胞0.5~1.2μm×0.5~2.6μm,通常单个出现,为杆状、球杆状或球状。革兰氏染色阴性。以1~8根(偶尔可达12根)周毛运动。专性好氧具严格代谢呼吸型,以氧作为电子最终受体。适宜生长温度为20~37℃。氧化酶、接触酶阳性。不产生吲哚。化能有机营养型,利用不同的有机酸和氨基酸为碳源。存在于水和土壤中,一些是脊椎动物肠道中常见的寄生菌。许多菌株已从临床标本的血、尿、粪便、脑脊液、化脓性耳脓汁和伤口中分离出,常引起人的条件感染。模式种:粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)。

反硝化细菌2

副球菌属(Paracoccus): 副球菌属拉丁学名(Paracoccus Davis,1969) 球状细胞,(直径0.5~0.9μm)或短杆菌(长0.9~1.2μm)。单个、成对或堆状。形成聚-β -羟基丁酸盐颗粒。革兰氏阴性。不运动。好氧,呼吸代谢;当硝酸盐、亚硝酸盐或氧化氮存在时,能以它们为电子受体营厌氧生长。最适生长温度25~30℃。氧化酶和接触酶皆阳性。出现在土壤、天然和人工的盐水中。该属包括3个种。 模式种:脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)。

芽孢杆菌属(Bacillus): 芽孢杆菌属是大的(4–10um), 革兰氏阳性,严格需氧或兼性厌氧的有荚膜的杆菌。该属细菌的重要特性是能够产生对不利条件具有特殊抵抗力的芽孢。细胞呈直杆状,0.5~2.5μm×1.2~10μm,常以成对或链状排列,具圆端或方端。细胞染色大多数在幼龄培养时呈现革兰氏阳性,以周生鞭毛运动。每个细胞产一个芽孢,生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厌氧,具对热、pH和盐各种多样性的生理特性。化能异养菌,具发酵或呼吸代谢类型。发现于不同的生境,少数种对脊椎动物和非脊椎动物致病。模式种:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。

好氧反硝化菌在农业生产中的应用:

1、水产养殖

2、废水生物处理

3、降解有机污染物

4、使土壤中氮素损失和对施肥的指导意义

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