亚硝化菌的种类,生长特性,亚硝化过程与机理
亚硝化菌的种类，生长特性，亚硝化过程与机理
摘要：从亚硝化细菌的生长特性出发，主要介绍了亚硝化细菌的种类，包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化弧菌属，并探讨了亚硝化过程中的氧化和生化机理。
关键词：亚硝化菌，亚硝化作用，机理
1 亚硝化细菌生长特性
亚硝化细菌又叫氨氧化细菌，有自养型与异氧型之分，一般认为自养型氨氧化细菌是硝化作用的主要菌群。所有自养型氨氧化细菌，都是革兰氏阴性细菌，自养生长时，以氨为唯一能源，以CO2为唯一碳源；混合营养生长时，可同化有机物质。亚硝酸细菌的生长极为缓慢。在适宜的条件下需 24h 才能完成一次分裂周期。在进行固体培养的过程中一般需数月才能见到菌落生长[1]。亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的环境，适合大多数氨氧化细菌生长的条件为：温度25-30℃，pH 7.5-8.0，氨浓度2-10mmol/L。倍增时间8小时至数天。在纯培养中，培养基中若加入有机物质如酵母提取物等将会抑制亚硝酸细菌的生长，因此在进行亚硝酸细菌的分离培养时所培养分离的细菌的纯度可利用在培养基中加入(酵母粉、牛肉膏、蛋白胨等)有机物的方法进行检测[2]。但是自然环境中有机物质对亚硝酸细菌的影响不如在纯培养中的大大亚硝酸细菌对污水组成、pH和温度等的改变都敏感[3]。
2亚硝酸细菌的分类
亚硝酸细菌的分类主要根据细菌形态的表型特征、细胞内细胞质膜的分布及它们16SRNA 序列的同源性。1984-1989 年的《伯杰氏细菌系统分类学》把硝化细菌分为九个属：硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和亚硝化弧菌属等。而目前则倾向于把亚硝酸细菌分为两个单一细胞起源的群体，它们分别属于变形菌纲的β亚纲和γ亚纲。在对这两个亚纲的亚硝酸细菌作进一步的分类时，不同的学者还有些细微的差别。Votek 等认为除了海洋亚硝酸球菌属于变形菌γ亚纲外，其它的亚硝酸细菌即亚硝酸单孢菌和亚硝酸螺旋菌两个种群属于变形菌β亚纲。其中亚硝酸单孢菌包括欧洲亚硝酸单孢菌和亚硝酸运动球菌，亚硝酸螺旋菌包括亚硝酸螺旋菌属、亚硝酸颤菌属和亚硝酸叶菌属[2]。这种分类方法可用图1表示。
图1 Votek 亚硝酸细菌分类法
Philips等认为海洋亚硝化球菌和 N. halophilus属于变形菌γ亚纲，其它的亚硝酸细菌属于变形菌β亚纲，包括亚硝化单孢菌属和亚硝化螺旋菌属[4]。
Juretschko 同样认为海洋亚硝化球菌和 N.halophilus 属于变形菌γ亚纲，但是他认为于变形菌β亚纲亚硝酸细菌应包括四个属，即亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化
叶菌属和亚硝化弧菌属，而且后三个属彼此关系密切[5]。
除了亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)外，其它能把氨氧化成亚硝酸的细菌属包括亚硝化螺菌属（Nitrosospira）、亚硝化球菌属（Nitrosococcus）、亚硝化弧菌属（Nitrosovibrio）、亚硝化叶菌属（Nitrosolobus）、亚硝化胶团菌属（Nitrosogloea）、亚硝化囊菌属（Nitrosocystis）。土壤生境中常见的是亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化螺菌属。海洋生境中常见的是亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属。盐湖生境中则有亚硝化单胞菌属[6]。
2.1亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas) [7]
在亚硝化单胞菌属中，N.europaea是最早被分离并描述的种。除此以外，已确定的种还有8个，随着研究的深入，新种还会继续增加。
亚硝化单胞菌属菌株呈杆状或椭球状。菌体单生，很少成链。菌体游离或包埋在黏液内。细胞有内膜，呈扁平泡囊，分布于四周。革兰氏染色阴性，好氧生长。生长温度范围5-30℃ ，最适生长温度30℃左右。生长pH值范围5.8-8.5,最适生长Ph值范围7.5-8.0。能量(主要指ATP)和还原力[主要指NAD(P)H2]来源于氨的氧化。许多菌株产生脲酶，能够利用尿素。以CO2为碳源，进行自养生长；细胞拥有羧酶体(carboxysome)，内含Calvin循环中固定CO2的关键酶——二磷酸核酮糖羧化酶。也能以CO2或有机物作为碳源，进行混养（混合营养）生长，但不能以有机物作为碳源，进行异氧生长。细胞产生丰富的细胞色素，使细胞悬液呈黄色或红色。强光照和高氧分压可抑制生长。
2.2亚硝化球菌属(Nitrosococcus)
Nitrosococcus包含N.oceanus、N.mobilis和N.halophilus三个种。菌体呈球状至椭球状，可以是单球菌、双球菌和四联球菌，常包埋于黏液内而形成菌胶团。细胞有内膜，呈扁平泡囊，分布于四周或堆积于中央。革兰氏染色阴性。依靠丛生鞭毛或单生鞭毛运动。好氧生长。生长温度范围5-30℃，最适生长温度30℃左右。生长pH 范围6.0-8.0，最适生长Ph 范围7.5-8.0。能量和还原力来源于氨的氧化。一些菌株产生脲酶，能够利用尿素，能自养生长，也能混养生长，但不能异样生长。细胞内含有丰富的细胞色素，使细胞悬液呈黄色或红色。
2.3亚硝化螺菌属(Nitrosospira)
Nitrosospira只有N.briensis一个种。菌体呈螺旋状，有3-20圈。细胞没有内膜，也没有羧酶体。革兰氏染色阴性。好氧生长。生长温度范围20-35℃。生长pH范围7.0-8.0。能量和还原力来源于氨的氧化。严格自养生长。细胞内含细胞色素，但不含其他色素。
2.4亚硝化叶菌属(Nitrosolobus)
Nitrosolobus只有N.multiformis一个种。菌体形态多样，裂片形细胞被内陷的细胞膜分隔，每个细胞有1-4个中心小室，其外面有5-20个膜结合的小室环绕。以缢缩的方式分裂。革兰氏染色阴性。好氧生长。能量和还原力来源于氨的氧化。主要自养生长，也能混养生长，但不能异样生长。最适生长温度25-30℃。最适生长pH 7.5。
2.5亚硝化弧菌属(Nitrosmdbrio)
Nitrosmdbrio只有N.tenuis一个种。菌体细长弧状，细胞没有内膜，羧酶体不明显。革兰氏染色阴性。严格好氧生长。最适生长Ph 范围7.5-7.8。能量和还原力来源于氨的氧化。主要自养生长，也能混养生长，但不能异样生长。
表1 各种氨氧化细菌的特征
1:为最适温度范围；2:为最低温度范围。
3亚硝化反应过程与机理
亚硝化作用则是硝化作用从 NH4+或NH3到 NO2-的反应过程，是氮素循环的重要环节，由氨氧化细菌（NH3-oxidizers，又被称为初级硝化细菌primary nitrifiers）、亚硝化细菌（ammonia-oxidizingbacteria）来完成。
生化氧化[8]：
NH4+ + 1.5O2 + 2HCO3-亚硝酸菌 NO2- + 2H2CO3 + （240-350kJ/mol）（1）
生化合成：
13NH4+ + 23HCO3-亚硝酸菌 10NO2- + 8H2CO3 + 3C5H7NO2 + 19H20 （2）
则第一阶段的总反应式（包括氧化和合成）为：
55NH4+ + 76O2 +109HCO3-亚硝酸菌 C5H7NO2 + 54NO2- +104H2CO3 + +57H20 （3）
氨氧化细菌是一类化能自养型细菌，氨是其进行自养生长的唯一能源。从热力学观点来看，亚硝化细菌利用的基质为低级能源。相对于呼吸链上的电子载体而言，氨氧化的氧化还原电位值E0′(NO2- / NH4+)= 340 mV，氧化磷酸化效率很低，所能产生的ATP非常有限。
亚硝化细菌中不存在基质水平磷酸化，它们依靠氧化磷酸化来贮存能量。在25 ℃，pH 7 的条件下，NH3氧化为NO2- 的吉布斯自由能为 -274.7 kJ·(mol N)-1，即使全部转化为ATP，最多仅产生8.4 mol ATP·(mol NH4+)-1。NH3氧化所释放的电子只能传递给呼吸链上较低端的物质，因此NH3的氧化反应不可能直接耦联到呼吸链上第一个成分烟酰胺腺嘌呤二核苷酸( nicotine amide dinucleotide,NAD )的还原反应，能量不得不用于使电子跃迁到这一较高能级，即用于所谓的逆电子流过程中。这些因素使得亚硝化细菌生长很缓慢，世代期为8～36 h，经过7～10 d的培养菌落很微小，大多直径在100μm 左右。利用相同数量的能量，亚硝化单胞菌所产生的细胞物质仅为异养菌的 1 %～4 %，这是因为需要消耗ATP和还原力来还原CO2[6]。
但从生化水平上看，硝化作用远非如此简单，它涉及多种酶催化的代谢途径，并伴随着
复杂的物质和能量转化。
在亚硝化细菌的作用下, 氨转变为亚硝酸的氧化过程中, 氮原子价从-3变至+3, 电子的移动达6个, 故必然会有中间产物, 但中间产物究竟有几个, 现仍不大清楚现已证明, 其中一种中间体是羟胺（NH2OH），认为由羟胺进一步氧化成亚硝酸必需经过两个阶段, 即羟胺脱氢形成像硝酰(NOH)那样的氧化态中间体, 然后在酶的作用下由硝酰转变成亚硝酸。而亚硝酸在硝化细菌的作用下可直接氧化成NO3-[9]。亚硝化作用涉及多种酶催化的代谢途径，即为：NH3 氨单加氧酶 NH2OH 羟胺氧还酶 NO 羟胺氧还酶 NO2-。
氨氧化为羟胺的生化反应可表示为[7] ：
NH3 + 0.5O2 NH2OH △G = +17 kJ/ mol（4）
0.5O2+2H++2e- H2O △G = -137 kJ/ mol （5）
NH3 + O2 + 2[H] 氨单加氧酶 NH2OH + H2O △G = -120kJ/ mol （6）根据化学反应的自由能变化判断，在标准状态下，氨的羟化反应不易进行（4）式；需要氧的还原反应（5）式来拉动。只有当两个反应耦合时（6）式氨的氧化才能顺利进行。
羟胺氧化成亚硝酸盐被认为是一个分两步进行的反应，中间产物可能是与酶结合的HNO，也可能是NO。羟胺氧化为亚硝酸盐的生化反应可表示为[7] ：
NH2OH + 5H2O HNO2 + 4H+ +4e-△G =+23 kJ/ mol
0.5O2 + 2H+ + 2e- H2O △G =-137 kJ/ mol
NH2OH +0.5O2羟胺氧还酶 HNO2 + 2H+ + 2e-△G =-114 kJ/ mol
首先在氨单加氧酶( AMO)的催化下将氨氧化成羟氨，再经羟氨氧化还原酶（HAO）的催化下将羟氨氧化成亚硝酸，进而由硝化细菌的亚硝酸盐氧化还原酶催化形成硝酸[10]。
图2 亚硝化菌的氨氧化机制
参考文献
[1] Nejidat A ,et al. Isolation and characterization of a functional promoter from Nitrosrmonas europaea [J] . FEMS Microbiol Lett , 1996 ,137 :9～12.
[2] Homes N G,et al. Mutagenesis and expression of amo ,which codes for ammonia
monooxygenase in Ntrosomonas europaea[J] . J Bacteriol ,1998 ,180 ,13 :3353～3359.
[3] Voytek M A , Ward B B. Detection of ammonium-oxidizing bactetia of beta-subclass of the class proteobacteria in aquatic samples with the PCR[J] . Appl Environ Microbiol ,1995 ,61 :1444～1450.
[4] J uretschko S , et al. Combined molecular and conventional analyses of nitrifying bacterium diversity in activated sludge :nitrosococcus mobilis and nitrospira-like bacteria as dominant populations[J] . Appl Environ Microbiol , 1998 , 64 : 3042～3051.
[5] Phillips CJ ,et al. Phylogenetic differences between particle-associated and planktonic ammonia-oxidizing bacteria of the B subdivision of the class proteobacteria in the northwestern Mediterranean sea [J] . Appl Environ Microbiol ,1999 ,65 :779～786.
[6]唐咸来，微生物的氨氧化作用机理研究进展，化工技术与开发，2008，37(11):36-39
[7]郑平,徐向阳,胡宝兰.新型生物脱氮理论与技术[M].北京：科学出版
社,2004,16-18,36-38
[8]娄金生,谢水波,何少华.生物脱氮除磷原理与应用[M].湖南：国防科技大学出版
社,2002,76
[9]黄秀梨.微生物的硝化作用和反硝化作用[J ].生物学通报,1985, (7):3-5
[10]刘志培,刘双江.硝化作用微生物的分子生物学研究进展[J],应用与环境生物学报, 2004 ,10 4 :521～525
硝化反应的原理
硝化反应的原理 一、引言 硝化反应是化学中一种非常重要的反应类型，广泛应用于农业、化工和环境工程等领域。本文将从硝化反应的原理出发，探讨其相关机理和应用。 二、硝化反应的概念与过程 硝化反应是指将氨氮逐步氧化为亚硝酸氮和硝酸氮的过程。这一过程一般包含两个步骤：氨氮的氧化为亚硝酸氮（亚硝化反应）和亚硝酸氮的进一步氧化为硝酸氮（硝化反应）。 1. 亚硝化反应 亚硝化反应是指氨氮被氧化为亚硝酸氮的过程。该反应在自然界中主要由氨氧化细菌（如亚硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为亚硝酸还原酶。亚硝化反应的反应式如下所示： NH3 + H2O + 1.5O2 → NO2- + 2H+ + H2O 2. 硝化反应 硝化反应是指亚硝酸氮进一步被氧化为硝酸氮的过程。该反应同样由特定的细菌（如硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为硝酸还原酶。硝化反应的反应式如下所示： NO2- + 0.5O2 → NO3-
三、硝化反应的机理 硝化反应的机理较为复杂，涉及多种氧化还原反应和酶的催化作用。下面将分别介绍亚硝化反应和硝化反应的机理。 1. 亚硝化反应机理 亚硝化反应主要由亚硝酸还原酶催化完成。亚硝酸还原酶是一种铜铁蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和水（H2O）转化为一氧化氮（NO）、亚硝酸离子（NO2-）和氢离子（H+）。具体机理如下： NO2- + H2O + 2H+ → NO + NO2- + 2H2O 2. 硝化反应机理 硝化反应主要由硝酸还原酶催化完成。硝酸还原酶是一种铜蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和氧气（O2）转化为硝酸离子（NO3-）。具体机理如下： NO2- + 0.5O2 → NO3- 四、硝化反应的应用 硝化反应在农业、化工和环境工程等领域有着重要的应用价值。 1. 农业领域 硝化反应在土壤中起着重要的作用。亚硝酸氮和硝酸氮是植物生长的必需元素，硝化反应能够将氨氮转化为植物可吸收的亚硝酸氮和硝酸氮，从而促进作物的生长和发育。
硝化细菌的有关知识
硝化细菌的有关知识 2011-05-16 硝化细菌的有关知识?其结构和生理特征是什么? 硝化细菌(nitrifying)是一种好气性细菌,能在有氧的水中或砂层中生长,并在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。它们包括形态互异类型的一种杆菌、球菌或螺旋菌。属于自营性细菌的一类,包括两种完全不同代谢群：亚硝酸菌属(nitrosomonas)及硝酸菌属(nitrobacter)。 亚硝酸细菌(又称氨氧化菌),将氨氧化成亚硝酸。硝酸细菌(又称硝化细菌),将亚硝酸氧化成硝酸。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量,但其能量利用率不高,故生长较缓慢,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。这两类菌通常生活在一起,这样便避免了亚硝酸盐在土壤中的积累,有利于机体正常生长,而土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐。从而增加植物可利用的氮素营养。两类菌均为专性好气菌,在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能自养型,不能在有机培养基上生长,例如亚硝化单胞菌(nitrosomonas)、亚硝化螺菌(ni-trosospira)、亚硝化球菌(nitrosococcus)、亚硝化叶菌(ni-trosolobus)、硝化刺菌(nitrospina)、硝化球菌(nitrococcus)等。只有少数为兼性自养型,也能在某些有机培养基上生长,例如维氏硝化杆菌(nitrobacterwinogradskyi)的一些品系。从形态上看,也有多样,如球形、杆状、螺旋形等,但均为无芽孢的革兰氏阴性菌；有些有鞭毛能运动,如亚硝化叶菌,借周身鞭毛运动；有些无鞭毛不能运动,如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中,有些菌仅发现于海水中,例如硝化球菌、硝化刺菌。硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。农业上可通过深耕、松土提高细菌活力,从而增加土壤肥力。但硝酸盐也极易通过土壤渗漏进入地下水,成为一种潜在的污染源,造成对人类健康的威胁。因此农业上既可采用深耕、松土方法,亦可通过用施入氮肥增效剂(即硝化抑制剂),以降低土壤硝化细菌的活动,减低土壤氮肥的损失和对环境的污染。
水处理用硝化菌知识
硝化细菌( nitrifying ) 是一种好氧性细菌，包括亚硝化菌和硝化菌。生活在有氧的水中或砂层中，在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。 分类 硝化细菌分类：硝化细菌属于自营性细菌，包括两种完全不同的代谢群：亚硝酸菌属( nitrosomonas ) 及硝酸菌属( nitrobacter )，它们包括形态互异的杆菌、球菌和螺旋菌。亚硝化菌包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌。硝化菌包括硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌。两类菌均为专性好气菌，在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能自养型，不能在有机培养基上生长，例如亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、亚硝化螺菌（Ni-trosospira）、亚硝化球菌（Nitrosococcus）、亚硝化叶菌（Ni-trosolobus）、硝化刺菌（Nitrospina）、硝化球菌（Nitrococcus）等。只有少数为兼性自养型，也能在某些有机培养基上生长，例如维氏硝化杆菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。从形态上看，也有多样，如球形、杆状、螺旋形等，但均为无芽孢的革兰氏阴性菌；有些有鞭毛能运动，如亚硝化叶菌，借周身鞭毛运动；有些无鞭毛不能运动，如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中，有些菌仅发现于海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。 生命活动 硝化细菌的生命活动：亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。反应式：2NH3＋3O2→2HNO2＋2H2O＋158kcal(660kJ)。硝酸细菌（又称硝化细菌），将亚硝酸氧化成硝酸。反应式：HNO2 + 1/2 O2 = HNO3, -⊿G = 18 kcal。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。这两类菌通常生活在一起，避免了亚硝酸盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长。土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐，从而增加植物可利用的氮素营养。时至今日，人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸，所以说，硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。我们知道，亚硝酸对于人体来说是有害的，这是因为亚硝酸与一些金属离子结合以后可以形成亚硝酸盐，而亚硝酸盐又可以和胺类物质结合，形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。然而，土壤中的亚硝酸转变成硝酸后，很容易形成硝酸盐，从而成为可以被植物吸收利用的营养物质。在硝化细菌的作用下，土壤中往往出现较多的酸性物质。这些酸性物质可以提高多种磷肥在土壤中的速效性和持久性，可以防治马铃薯疮痂病等植物病害，甚至可以使碱性土壤得到一定程度的改良。所以说，硝化细菌与人类的关系十分密切。农业上可通过深耕、松土提高细菌活力，从而增加土壤肥力。但硝酸盐也极易通过土壤渗漏进入地下水，成为一种潜在的污染源，造成对人类健康的威胁。因此农业上既可采用深耕、松土的方法提高细菌活力，亦可通过用施入氮肥增效剂（即硝化抑制剂），以降低土壤硝化细菌的活动，减低土壤氮肥的损失和对环境的污染。 存活条件 硝化细菌的存活条件：硝化细菌的存活需要水分，还需要很高的氧气，所以只能生活在生化棉、生化球、玻璃环、陶瓷环等各种有微孔的滤材中。只有同时满足了水分与氧气的供应，它们才能存活。硝化细菌最适宜在在弱碱性的水中生活，在温度达到25度左右时生长繁殖最快。它的繁殖不遵循分离定律和自由组合定律. 硝化细菌与鱼类养殖 误区 不少鱼友对硝化细菌的认识产生了一定的误解，有的人认为硝化细菌能够分解粪便；有的认为可以净化水质，中和水中的悬浮物，这些认识是不准确的，或者可以说是错误的。
亚硝化菌的种类,生长特性,亚硝化过程与机理
亚硝化菌的种类，生长特性，亚硝化过程与机理 摘要：从亚硝化细菌的生长特性出发，主要介绍了亚硝化细菌的种类，包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化弧菌属，并探讨了亚硝化过程中的氧化和生化机理。 关键词：亚硝化菌，亚硝化作用，机理 1 亚硝化细菌生长特性 亚硝化细菌又叫氨氧化细菌，有自养型与异氧型之分，一般认为自养型氨氧化细菌是硝化作用的主要菌群。所有自养型氨氧化细菌，都是革兰氏阴性细菌，自养生长时，以氨为唯一能源，以CO2为唯一碳源；混合营养生长时，可同化有机物质。亚硝酸细菌的生长极为缓慢。在适宜的条件下需 24h 才能完成一次分裂周期。在进行固体培养的过程中一般需数月才能见到菌落生长[1]。亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的环境，适合大多数氨氧化细菌生长的条件为：温度25-30℃，pH 7.5-8.0，氨浓度2-10mmol/L。倍增时间8小时至数天。在纯培养中，培养基中若加入有机物质如酵母提取物等将会抑制亚硝酸细菌的生长，因此在进行亚硝酸细菌的分离培养时所培养分离的细菌的纯度可利用在培养基中加入(酵母粉、牛肉膏、蛋白胨等)有机物的方法进行检测[2]。但是自然环境中有机物质对亚硝酸细菌的影响不如在纯培养中的大大亚硝酸细菌对污水组成、pH和温度等的改变都敏感[3]。 2亚硝酸细菌的分类 亚硝酸细菌的分类主要根据细菌形态的表型特征、细胞内细胞质膜的分布及它们16SRNA 序列的同源性。1984-1989 年的《伯杰氏细菌系统分类学》把硝化细菌分为九个属：硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和亚硝化弧菌属等。而目前则倾向于把亚硝酸细菌分为两个单一细胞起源的群体，它们分别属于变形菌纲的β亚纲和γ亚纲。在对这两个亚纲的亚硝酸细菌作进一步的分类时，不同的学者还有些细微的差别。Votek 等认为除了海洋亚硝酸球菌属于变形菌γ亚纲外，其它的亚硝酸细菌即亚硝酸单孢菌和亚硝酸螺旋菌两个种群属于变形菌β亚纲。其中亚硝酸单孢菌包括欧洲亚硝酸单孢菌和亚硝酸运动球菌，亚硝酸螺旋菌包括亚硝酸螺旋菌属、亚硝酸颤菌属和亚硝酸叶菌属[2]。这种分类方法可用图1表示。 图1 Votek 亚硝酸细菌分类法 Philips等认为海洋亚硝化球菌和 N. halophilus属于变形菌γ亚纲，其它的亚硝酸细菌属于变形菌β亚纲，包括亚硝化单孢菌属和亚硝化螺旋菌属[4]。 Juretschko 同样认为海洋亚硝化球菌和 N.halophilus 属于变形菌γ亚纲，但是他认为于变形菌β亚纲亚硝酸细菌应包括四个属，即亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化
亚硝化细菌脱氮原理
亚硝化细菌脱氮原理 脱氮是指将水中的氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，从而降低水体中的氨氮浓度。亚硝化细菌是一类重要的微生物，在自然界中广泛存在。它们能够利用氨氮作为能源，通过亚硝化反应将氨氮转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐进一步通过硝化反应转化为硝酸盐，最终实现脱氮的目的。 亚硝化细菌脱氮的原理主要涉及两个反应过程：亚硝化反应和硝化反应。 亚硝化反应是指亚硝化细菌将氨氮（NH4+）氧化为亚硝酸盐（NO2-）。这一过程由亚硝化细菌中的亚硝化酶催化完成。亚硝化酶是一种特殊的酶，它能够将氨氮与氧气反应，生成亚硝酸盐和水。亚硝酸盐是一种含有氮的化合物，其在水中溶解度较大，可以很容易地通过水体流动迁移。亚硝化细菌通常生活在水体的表层或底层沉积物中，其活性会受到温度、pH值、氧气浓度等环境因素的影响。 硝化反应是指亚硝酸盐进一步被硝化细菌氧化为硝酸盐（NO3-）。硝化反应也是一种氧化反应，由硝化细菌中的硝化酶催化完成。硝化酶能够将亚硝酸盐与氧气反应，生成硝酸盐和水。硝酸盐是一种无机盐类，其在水中溶解度也较大，与亚硝酸盐一样，能够通过水体迁移。硝化细菌通常生活在水体的深层或沉积物中，其活性会受到温度、pH值、氧气浓度等因素的影响。
亚硝化细菌脱氮的过程是一个复杂的微生物生态系统。在自然界中，亚硝化细菌和硝化细菌通常同时存在，并且相互依赖。亚硝化细菌将氨氮转化为亚硝酸盐，为硝化细菌提供了氮源；而硝化细菌则将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，从而将氮气固定在水体中。这一过程不仅能够实现水体的脱氮，还能够维持氮循环的平衡，对水体生态系统的稳定性起到重要作用。 亚硝化细菌脱氮技术已经被广泛应用于水处理领域。通过培养和管理亚硝化细菌群落，可以实现高效的脱氮效果。在实际应用中，常常采用生物膜反应器等装置，为亚硝化细菌提供适宜的生长环境，从而提高脱氮效率。此外，通过调节温度、pH值、氧气浓度等条件，也可以优化亚硝化细菌的生长和活性，进一步提高脱氮效果。 亚硝化细菌脱氮是一种利用微生物代谢特性实现水体脱氮的方法。通过亚硝化反应和硝化反应，亚硝化细菌和硝化细菌协同作用，将水中的氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。该技术在水处理中具有广泛的应用前景，可以帮助改善水体质量，维护生态环境的稳定。
亚硝化细菌的分离纯化及诱变育种
亚硝酸菌的分离纯化及诱变育种 1.硝化细菌背景介绍： 硝化细菌-一类专性化能自养（无机营养）细菌，包括亚硝化菌和硝化细菌两个菌群，一般种类不能生长在有机培养基中。在有氧的条件下，亚硝化细菌群将氨氮转化亚硝酸氮，硝化细菌群将亚硝酸氮转化硝酸氮，两者常生长在一起。硝化细菌分离比较困难，由于它生长缓慢，平均代时10-20h以上，且不同菌株间差异较大。亚硝化菌单细胞杆状以单根极生鞭毛运动，无荚膜，革兰氏阴性严格好氧，在有机培养基不能生长，能利用CO2唯一碳源。菌落以小圆淡黄色为主，个别呈无色或乳白色。个别菌株为球状，无鞭毛。氨转化为亚硝酸盐过程中获得能量。硝化细菌单细胞杆状不运动好气在有机培养基不能生长，能利用CO2唯一碳源。亚硝酸细菌用格里斯试剂检测，呈现红色；硝酸细菌用二苯胺检测，呈现蓝色。 2.亚硝化细菌培养基配置： 2.1.富集培养基的配置： 硫酸铵2g/l，氯化钠0.3g/l，硫酸铁0.03g/l，磷酸氢二钾1.0g/l，硫酸镁0.03g/l，碳酸氢钠1.6g/l，pH7.2。将该培养基在0.1MPa下灭菌30min。 2.2.分离培养基的配置: 硫酸铵0.5g/l，氯化钠2g/l，硫酸铁0.4g/l，磷酸氢二钾1.0g/l，硫酸镁0.5g/l，碳酸钙5g/l，pH7.2。将该培养基在0.1MPa下灭菌30min。 亚硝化细菌固体分离培养基:在上述亚硝化细菌分离培养基中加入质量分数为2%的琼脂。 3.实验方法: 3.1.亚硝酸细菌的富集培养 将2mL活性污泥加入装有80m L富集培养基的300mL锥形瓶中，在30℃、130r/min的条件下振荡培养, 每隔几天取样, 采用格里斯试剂检验亚硝酸盐的生成情况, 呈现红色表示有亚硝酸盐存在, 然后移取1mL富集培养液接入新鲜富集培养基, 继续培养并进行上述测试。经几次重复操作, 不断淘汰其他异养菌。 3.2.亚硝酸细菌的分离培养： 将1mL上述富集培养液涂布于固体分离培养基平板上,在30℃的培养箱中培养7～10d，得到单菌落，再进一步纯化获得纯菌落，对纯菌落尽心编号，置于4℃冰箱中保存，备用。 3.3.亚硝化细菌的活性： 取分离出的菌株，以20%的接种量接种于富集培养基中，通过氨氮去除率或亚硝酸盐氮的质量浓度来考察亚硝化细菌的活性。 3.4.亚硝化细菌的诱变育种： 3.4.1.诱变育种: 是选合适的诱变因素、处理剂量及处理方法，人为地对出发菌株进行诱变处理，然后运用合理的筛选程序及适当的筛选方法把优良的变异菌株筛选出来。 首先，通过诱变雨中可以提高产物的产量，即可以获得高产突变株。其次，通过诱变育种可以改善菌种特性、提高产品质量。减少或去除发酵副产物的生成量既可以提高产品质量，又可以简化产品分离提取工艺，降低成本。第三，通过诱变育种可以选育出更合适于工业化发酵要求的突变株，简化工艺条件。第四，通过诱变育种可以开发新产品 3.4.2.诱变因素: 3.4.2.1.物理诱变因素：紫外线（UV），X射线和γ射线，快中子（电离辐射） 3.4.2.2.化学诱变因素：碱基类似物，烷化剂，移码诱变剂，脱氨剂，羟化剂 3.4.2.3.生物诱变因素：转位因子（位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列）3.4.3.诱变剂的选择：
亚硝化菌的种类生长特性亚硝化过程与机理
亚硝化菌的种类生长特性亚硝化过程与机理亚硝化菌是一类能够将氨氮氧化成亚硝酸盐的微生物。它们主要分为 两个属：亚硝化颤杆菌（Nitrosomonas）和亚硝化弯杆菌（Nitrobacter）。 亚硝化颤杆菌是一类好氧微生物，能够利用氨氮作为其能量源和氮源。在该菌的新陈代谢中，氨通过氨单氧酶（ammonia monooxygenase，AMO） 酶群被氧化为亚硝酸。亚硝化颤杆菌具有较高的温度和pH范围适应性， 可以在4℃到40℃的温度下生长，并且在pH为6-9之间的条件下仍能正 常进行生活活动。亚硝化颤杆菌对初级氮源（如氨氮）的浓度较为敏感， 较低的氨浓度会限制它们的生长，而较高的氨浓度则可能限制其亚硝化活性。此外，当氨浓度过高时，亚硝化颤杆菌还可能出现抑制现象。 亚硝化弯杆菌是一类好氧微生物，能够将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。在 该菌的新陈代谢中，亚硝酸盐通过亚硝酸氧化酶（nitrite oxidoreductase，NXR）酶群被氧化为硝酸盐。亚硝化弯杆菌的生长温度 范围较窄，通常在20℃到35℃之间。相较于亚硝化颤杆菌，亚硝化弯杆 菌对温度变化的适应能力较差。此外，亚硝化弯杆菌对亚硝酸盐的浓度较 为敏感。过高或者过低的亚硝酸盐浓度都可能对其生长和亚硝化活性产生 不良影响。 亚硝化过程是指氨氮被氧化为亚硝酸盐的反应。亚硝化反应一般分为 两个步骤，首先是氨被亚硝化颤杆菌氧化为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐被亚 硝化弯杆菌氧化为硝酸盐。整个反应的化学方程式如下： 氨+1.5O2→亚硝酸+H2O 亚硝酸+0.5O2→硝酸
亚硝化过程几乎在所有自然界中存在，包括土壤、水体和废水处理系 统中。亚硝化反应是氮循环中重要的一个步骤，它使得氨氮通过氨化作用 最终转化为硝酸盐，从而可以被植物吸收利用。此外，亚硝化过程还能够 使水体中的氨氮减少，减少对生物的毒害作用。 亚硝化的机理主要涉及亚硝酸还原酶、亚硝化蛋白、亚硝化酶等多种 酶的作用。这些酶能够催化亚硝化反应中的氧化和还原步骤，从而完成氨 氮到亚硝酸盐的转化。在亚硝化颤杆菌中，氨单氧酶（AMO）催化氨的氧 化反应；而在亚硝化弯杆菌中，亚硝酸氧化酶（NXR）催化亚硝酸盐的氧 化反应。 总之，亚硝化菌是一类重要的微生物，在氮循环和废水处理等方面具 有重要作用。通过研究亚硝化菌的种类、生长特性以及亚硝化过程和机理，可以更好地理解和应用亚硝化反应，从而更好地控制和利用氮循环过程。
亚硝化菌的种类,生长特性,亚硝化过程与机理
亚硝化菌的种类，生长特性，亚硝化过程与机理摘要：从亚硝化细菌的生长特性出发，主要介绍了亚硝化细菌的种类，包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化弧菌属，并探讨了亚硝化过程中的氧化和生化机理。 关键词：亚硝化菌，亚硝化作用，机理 1 亚硝化细菌生长特性 亚硝化细菌又叫氨氧化细菌，有自养型与异氧型之分，一般认为自养型氨氧化细菌是硝化作用的主要菌群。所有自养型氨氧化细菌，都是革兰氏阴性细菌，自养生长时，以氨为唯一能源，以CO2为唯一碳源；混合营养生长时，可同化有机物质。亚硝酸细菌的生长极为缓慢。在适宜的条件下需24h 才能完成一次分裂周期。在进行固体培养的过程中一般需数月才能见到菌落生长[1]。亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的环境，适合大多数氨氧化细菌生长的条件为：温度25-30℃，pH ，氨浓度2-10mmol/L。倍增时间8小时至数天。在纯培养中，培养基中若加入有机物质如酵母提取物等将会抑制亚硝酸细菌的生长，因此在进行亚硝酸细菌的分离培养时所培养分离的细菌的纯度可利用在培养基中加入(酵母粉、牛肉膏、蛋白胨等)有机物的方法进行检测[2]。但是自然环境中有机物质对亚硝酸细菌的影响不如在纯培养中的大大亚硝酸细菌对污水组成、pH和温度等的改变都敏感[3]。 2亚硝酸细菌的分类 亚硝酸细菌的分类主要根据细菌形态的表型特征、细胞内细胞质膜的分布及它们 16SRNA 序列的同源性。1984-1989 年的《伯杰氏细菌系统分类学》把硝化细菌分为九个属：硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和亚硝化弧菌属等。而目前则倾向于把亚硝酸细菌分为两个单一细胞起源的群体，它们分别属于变形菌纲的β亚纲和γ亚纲。在对这两个亚纲的亚硝酸细菌作进一步的分类时，不同的学者还有些细微的差别。Votek 等认为除了海洋亚硝酸球菌属于变形菌γ亚纲外，其它的亚硝酸细菌即亚硝酸单孢菌和亚硝酸螺旋菌两个种群属于变形菌β亚纲。其中亚硝酸单孢菌包括欧洲亚硝酸单孢菌和亚硝酸运动球菌，亚硝酸螺旋菌包括亚硝酸
硝化细菌
硝化细菌 硝化细菌( Nitrifying bacteria ) 是一类好氧性细菌，包括亚硝酸菌和硝酸菌。生活在有氧的水中或砂层中，在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。 中文学名：硝化细菌 界：细菌界 纲：α-变形杆菌纲和β-变形杆菌纲[1] 外文名：nitrifying bacteria 种类：好氧性细菌 包括：亚硝酸菌和硝酸菌
目录 分类 (3) 生命活动 (3) 存活条件 (4) 注意事项 (4) 分解有机物 (4) 悬浮物 (4) 有害原因 (5) 提高含量 (5) 硝化使用 (6) 注意事项 (7) 脆弱之处 (8)
分类 硝化细菌分类：硝化细菌属于自养型细菌，原核生物，包括两种完全不同的代谢群：亚硝酸菌属( nitrosomonas ) 及硝酸菌属( nitrobacter )，它们包括形态互异的杆菌、球菌和螺旋菌。亚硝酸菌包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌。硝酸菌包括硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌。两类菌均为专性好氧菌，在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能合成自养型，不能在有机培养基上生长，例如亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、亚硝化螺菌（Ni-trosospira）、亚硝化球菌（Nitrosococcus）、亚硝化叶菌（Ni-trosolobus）、硝化刺菌（Nitrospina）、硝化球菌（Nitrococcus）等。只有少数为兼性自养型，也能在某些有机培养基上生长，例如维氏硝化杆菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。从形态上看，也有多样，如球形、杆状、螺旋形等，但均为无芽孢的革兰氏阴性菌；有些有鞭毛能运动，如亚硝化叶菌，借周身鞭毛运动；有些无鞭毛不能运动，如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中，有些菌仅发现于海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。 硝化细菌完全无需专门购买，鱼缸中氧含量和有机物多达到正常水平后，1周左右就可以建立起稳定的菌落。硝化细菌也不是药物，一旦稳定之后，只要环境不发生剧烈变化（如放入杀菌剂、或开水倒入），就可以长期不断繁殖，完全无需添加。 生命活动 硝化细菌的生命活动： 亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。反应式： 2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。 硝酸细菌（又称亚硝酸氧化菌），将亚硝酸氧化成硝酸。反应式： HNO2+ 1/2 O2 = HNO3, -⊿G= 18 kcal。 这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。这两类菌通常生活在一起，避免了亚硝酸盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长。土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐，从而增加植物可利用的氮素营养。时至今日，人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸，所以说，硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。（2015年圣诞节
硝化细菌高二生物知识点
硝化细菌高二生物知识点 硝化细菌是一类常见于土壤和水体中的微生物，它们具有重要的生态功能，对于氮循环和环境保护具有重要作用。下面将为大家介绍硝化细菌的生物学知识点。 一、硝化细菌的分类和特征 硝化细菌包括硝化氨氧化细菌和亚硝化细菌。硝化氨氧化细菌是一类能将氨氧化为亚硝酸盐的细菌，主要有氨氧化细菌属和次氯酸盐氧化细菌。亚硝化细菌则能将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。这两类细菌共同参与了硝化作用的过程。 硝化细菌具有一些独特的特征。首先，它们能在富含氨的环境中繁殖，并利用氨作为能量来源进行氧化反应。其次，硝化细菌需要氧气才能正常进行代谢活动。此外，硝化细菌在高浓度氨的环境下也能生存，并对其产生一定的耐受性。 二、硝化细菌的生态功能 硝化细菌在自然界中具有重要的生态功能，主要通过参与氮循环来维持生态平衡。硝化氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸盐，这是氮素从有机形式转化为无机形式的重要步骤。亚硝化细菌进一步
将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，完成了氮素的氧化过程。这些硝化细 菌的活动使氮素得以释放到环境中，供其他生物利用。 三、硝化细菌的应用 硝化细菌在农业生产和环境保护中有一定的应用价值。在农业 生产中，硝化细菌参与了土壤中氮肥的转化过程，使氮素能够被 作物充分吸收利用，提高农作物的产量。此外，硝化细菌还可以 在废水处理中用来进行氨氮的去除，减少氮污染对环境的影响。 四、与硝化细菌相关的注意事项 在实际应用过程中，需要注意硝化细菌的生长和活动条件。硝 化细菌需要适宜的温度、pH值和氧气浓度才能正常进行代谢活动。此外，硝化细菌对于一些杀菌剂和毒性物质也较为敏感，应避免 使用对其产生不利影响的化学物质。 结语： 通过对硝化细菌的学习，我们可以更好地了解其在自然界中的 生态功能和应用价值。硝化细菌在氮循环和环境保护中起到了重 要的作用，对于维持生态平衡和农业生产具有积极的意义。因此，在实际应用中需充分考虑硝化细菌的特征和生长条件，以确保其
硝化细菌改变水质的原理
硝化细菌改变水质的原理 硝化细菌是一类重要的水生微生物，它们能够将废水中的氨氮通过氧化过程转化为硝酸盐。这一生物转化过程被称为硝化，它在自然环境中具有重要的生态功能，能够改变水质，维持水体的生态平衡。本文将从硝化细菌的分类、生理特性、作用机制等方面，详细论述硝化细菌改变水质的原理。 硝化细菌主要通过两个连续的氧化过程将氨氮转化为硝酸盐。硝化细菌可分为亚硝化菌和硝化菌两类。亚硝化菌通过将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐，而硝化菌进一步将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。这两个过程分别由不同的细菌群体完成。 硝化细菌的生理特性对其在水质改变中起到了重要的作用。首先，硝化细菌对温度、pH值、氧气含量等环境因素有一定的适应性。它们一般适应在25-30摄氏度的温度下最为活跃，pH值在7.5-8.5之间较为理想。硝化细菌需要充足的氧气供给，因此在水体中，溶解氧的含量对硝化细菌的生长和活性有着直接影响。 硝化细菌的作用机制主要是通过氧化反应转化废水中的氨氮。先是亚硝化菌通过氧化还原反应将氨氮氧化为亚硝酸盐，此步骤由亚硝化细菌完成，反应方程式如下： NH4+ + 2O2 →NO2- + 2H+ + H2O 而硝化菌通过进一步的氧化反应将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，此步骤由硝化细菌完成，反应方程式如下：
2NO2- + O2 →2NO3- 硝化细菌通过这一氧化反应过程，将氨氮转化为硝酸盐。这对于废水处理具有重要的意义，原因有以下几点： 首先，氨氮作为一种常见的水体污染物，过量的氨氮会带来环境问题，如水体富营养化、水生生物死亡等。通过硝化细菌的作用，将氨氮转化为硝酸盐，可以减少水体中的氨氮浓度，从而改善水质。 其次，硝化细菌的作用会增加水体中的硝酸盐含量。硝酸盐是植物生长所必需的氮源之一，水体中的硝酸盐含量的增加有利于植物生长，促进水生生物的繁衍。 此外，硝化细菌的作用还与氮素循环密切相关。硝酸盐可以作为氮的最终氧化形式进入氮素循环，参与到多种环境过程中，如植物的养分吸收、土壤肥力的维持等。硝酸盐的形成使得氮素循环得以顺利进行，有利于生态系统的稳定。 综上所述，硝化细菌通过将氨氮转化为硝酸盐，改变了水体中氮素的形态，减少了氨氮的污染，增加了硝酸盐的含量，促进了氮素循环。硝化细菌在水质改变中发挥着重要的作用，对于维持水体生态平衡具有重要意义。
硝化作用原理
硝化作用原理 硝化作用是指一种微生物过程，通过该过程将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝酸氮的过程。该过程主要由氨氧化细菌（AOB）和亚硝化细菌（NOB）参与，分别将氨氮氧化为亚硝酸氮，再将亚硝酸氮氧化为硝酸氮。硝化作用在自然界中起着非常重要的作用，不仅参与了氮的循环过程，还对环境中的氮污染物的处理具有重要意义。 硝化作用的原理主要是通过氨氧化和亚硝化两个过程实现的。首先是氨氧化过程，该过程由氨氧化细菌（AOB）负责。AOB将氨氮氧化为亚硝酸氮，反应式如下： NH3 + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+ 在氨氧化过程中，AOB利用氨氧化酶将氨氮转化为亚硝酸氮，并产生一定量的氢离子。氨氧化酶是AOB细胞内的一种酶，具有氧化氨的能力。氨氧化过程是一个能量产生的过程，产生的能量用于细胞的代谢活动。 接下来是亚硝化过程，该过程由亚硝化细菌（NOB）负责。NOB将亚硝酸氮进一步氧化为硝酸氮，反应式如下： NO2- + 0.5O2 → NO3- 亚硝化过程中，NOB利用亚硝酸氮还原酶将亚硝酸氮进一步氧化为硝酸氮。亚硝酸氮还原酶是NOB细胞内的一种酶，具有氧化亚硝酸
氮的能力。与氨氧化过程类似，亚硝化过程也是一个能量产生的过程。 总的来说，硝化作用是通过氨氧化和亚硝化两个过程实现的。氨氧化将氨氮氧化为亚硝酸氮，亚硝化将亚硝酸氮氧化为硝酸氮。硝化作用在自然界中起着重要作用，可以将氨氮转化为更稳定的硝酸氮，参与氮的循环过程，维持生态系统的平衡。 除了在自然界中起到重要作用外，硝化作用还可以应用于环境中的氮污染物处理。氨氮是一种常见的污染物，通过硝化作用可以将氨氮转化为硝酸氮，从而减少氮污染。在水处理领域，硝化作用被广泛应用于废水处理和水源净化等过程中。通过合理利用硝化作用，可以有效去除水体中的氨氮，减少对环境的污染。 硝化作用是一种通过氨氧化和亚硝化实现的微生物过程，可以将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝酸氮。它在自然界中起着重要作用，参与氮的循环过程，维持生态系统的平衡。同时，硝化作用还可以应用于环境中的氮污染物处理，通过将氨氮转化为硝酸氮，减少氮污染。硝化作用的研究和应用对于环境保护和水资源管理具有重要意义。
亚硝化菌的种类生长特性亚硝化过程与机理
亚硝化菌的种类生长特性亚硝化过程与机理亚硝化菌（Nitrosifying bacteria）是一类可以利用氨氧化产生亚硝酸盐的微生物。在氮循环中，亚硝化是氨氧化和硝化的两个关键步骤之一 根据细菌的形态和性质，亚硝化菌可以分为两类：鞭毛亚硝化菌和非鞭毛亚硝化菌。 1. 鞭毛亚硝化菌：鞭毛亚硝化菌属于Autotrophic nitrifiers，可以自养细菌，主要分为Ammoniaoxidizing bacteria（AOB）和Nitrite-oxidizing bacteria（NOB）两个类群。 - AOB：AOB属于革兰氏阴性细菌，它们能够将氨氧化成亚硝酸，产生能量供给细胞使用。AOB主要存在于土壤和水体中，它们的代表性物种是亚硝梭菌（Nitrosomonas spp.）。此外，还有一些梭菌属（Nitrosospira spp.）和球菌属（Nitrosococcus spp.）的AOB也被发现。 - NOB：NOB是AOB的下游菌种，它们能够将亚硝酸氧化成硝酸。NOB 也属于革兰氏阴性细菌，主要存在于土壤和水体中。NOB的代表性物种是亚硝酸盐氧化梭菌（Nitrobacter spp.）。另外，还有一些硝酸盐氧化球菌（Nitrospira spp.）也属于NOB。 2. 非鞭毛亚硝化菌：非鞭毛亚硝化菌属于Heterotrophic nitrifiers，需要有机物来获得能量和碳源。与鞭毛亚硝化菌不同，它们能够将氨氧化成亚硝酸，并且也有一部分菌株能够将亚硝酸氧化成硝酸。然而，非鞭毛亚硝化菌在自然环境中的分布相对较少。 亚硝化过程的机理如下：
1. 氨氧化过程：AOB利用氨氧化酶（Ammonia monooxygenase, AMO）将氨利用氧氧化成亚硝酸。此过程是一种两步的反应，第一步是氧解NH3 到NH2OH，第二步是氧解NH2OH到亚硝酸。氨氧化过程产生能量并释放氢 电子。 2. 亚硝化过程：NOB利用亚硝酸氧化酶（Nitrite oxidoreductase, NXr）将亚硝酸利用氧氧化成硝酸。亚硝化过程也是一种两步的反应，第 一步是亚硝酸通过氧化底物的氧化还原反应将底物的电子移至辅基化学团，第二步是通过利用硝酸还原底物释放电子，使底物重新恢复原来的状态 （亚硝酸）。 1.温度和pH：亚硝化菌对温度和pH值非常敏感。大部分亚硝化菌的 最适生长温度是25-30摄氏度，但也有一些菌株能够在低温（0-20摄氏度）和高温（40-50摄氏度）下生长。至于pH值，亚硝化菌最适生长pH 一般在7-8之间。 2.氨浓度：亚硝化菌对氨浓度较为敏感，低浓度的氨有助于亚硝化菌 的生长和亚硝化过程的进行。然而，高浓度的氨会抑制亚硝化菌的生长。 3.溶解氧：亚硝化菌对氧的需求较高，它们需要足够的氧来进行氨氧 化和亚硝化过程。缺乏氧气会抑制亚硝化菌生长和活性。 4.有机负荷：有机负荷是指废水中存在的有机物的含量和负荷量。高 有机负荷会抑制亚硝化菌的生长和活性。 总之，亚硝化菌的种类和生长特性各异，适应性较强，但对于温度、pH、氨浓度、溶解氧和有机负荷等条件有较严格的要求。通过了解亚硝化 菌的生长特性和亚硝化过程的机理，可以更好地控制亚硝化过程，提高废 水处理效率。
亚硝化菌的种类范文
亚硝化菌的种类范文 亚硝化菌是一类微生物，能够参与氮循环中的亚硝化过程，将氨氮氧 化为亚硝酸盐，是氮素转化的关键环节之一、根据其代谢产物和特征，亚 硝化菌可以分为多个不同的种类。下面将介绍几种常见的亚硝化菌。 1. 亚硝化细菌（Nitrosomonas） 亚硝化细菌是最常见的亚硝化菌之一、它们能够将氨氮氧化为亚硝酸盐。亚硝化细菌是厌氧条件下生长的微生物，通常生活在土壤、水体和底 泥中。它们利用氨氮和氧气进行亚硝化反应，产生亚硝酸盐和水。 2. 亚硝化古菌（Nitrosopumilus） 亚硝化古菌是一类较新发现的亚硝化菌。它们属于古菌（Archaea）门，与细菌具有不同的生物学特性。亚硝化古菌存在于海洋和淡水环境中，是海洋亚硝化特别是低氧环境下的重要参与者。亚硝化古菌能够在低氧条 件下进行亚硝化反应，并形成亚硝酸盐。与亚硝化细菌相比，亚硝化古菌 对环境条件的适应性更强。 3. 亚硝化螺旋菌（Nitrospira） 亚硝化螺旋菌是一类直立发展的螺旋状菌群，以其独特的形态在亚硝 化过程中起重要作用。亚硝化螺旋菌包括多个属，如Nitrospira、Nitrobacter等。它们首先将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，再通过细胞内催化 剂将硝酸盐转化为氧气和氮气。亚硝化螺旋菌主要分布在水体和土壤中， 能够在较宽的环境范围内进行亚硝化反应。 4. 亚硝化放线菌（Nitrososphaera）
亚硝化放线菌属于放线菌纲，是一类耐严酷环境的微生物。它们生长缓慢，对营养物质需求较高。亚硝化放线菌主要存在于土壤和温泉等环境中，能够参与亚硝化过程并将氨氮氧化为亚硝酸盐。亚硝化放线菌的代谢特征和生理适应机制不同于其他亚硝化菌。 5. 亚硝化链球菌（Nitrospina） 亚硝化链球菌是海洋环境中的一类亚硝化菌。它们以链球状的形态存在，是淡水和海洋生态系统中重要的亚硝化微生物。亚硝化链球菌利用氨氮和氧气进行亚硝化反应，并产生亚硝酸盐。它们的生长速率较慢，但对低氧环境的适应能力强，是海洋亚硝化中的主要参与者之一 总结起来，亚硝化菌的种类多样，包括亚硝化细菌、亚硝化古菌、亚硝化螺旋菌、亚硝化放线菌和亚硝化链球菌等。它们在氮循环中起到重要作用，使得氨氮能够被有效转化为亚硝酸盐和硝酸盐，并参与生态系统中的氮素转化过程。对这些亚硝化菌的研究有助于进一步理解氮循环和环境氮素的利用。
水产养殖中硝化细菌的应用
水产养殖中硝化细菌的应用 作者：王丹薇 来源：《山西农经》 2018年第8期 摘要：在目前的集约化水产养殖模式下，养殖水体中常会累积大量的氨氮类污染物，对养 殖生物造成危害。硝化细菌可分解水中的氨氮，并将其转化为可被生物利用的硝酸盐，是水产 养殖中常用的有益微生物。本文主要探讨其在水产养殖中的应用。 关键词：水产养殖；硝化细菌 文章编号：1004-7026（2018）08-0061-02中国图书分类号：S948文献标志码：A 1硝化细菌的特性及作用 硝化细菌是一类自养型细菌，利用氨或亚硝酸盐作为主要能源，利用二氧化碳作为主要碳源。硝化细菌是好氧性细菌，分为硝化细菌和亚硝化细菌两种。亚硝化细菌可以将氨氮转化为 亚硝酸盐，硝化细菌则可以将亚硝酸盐转化为硝酸盐。 目前常见的水产养殖模式多为集约化养殖，养殖密度大、周期短，养殖生物的营养来源主 要依靠投入品如饲料和肥料。因此养殖水体中往往会累积大量的剩残饵料、肥料药品、养殖生 物排泄物、水生动植物尸体等有机物质。在异养性细菌的作用下，有机物质中的蛋白质及核酸 会被分解，产生氨等含氮有害物质。氨氮可在亚硝化细菌或光合细菌的作用下转化成亚硝酸， 与金属离子结合可形成亚硝酸盐。氨氮和亚硝酸盐均对水生动物具有毒性，对水产养殖业有很 大威胁。 1.1氨氮的危害 非离子氨态氮具有脂溶性，能穿透细胞膜，对水生动物具有很强的毒性。氨氮的毒性与水 体PH、溶氧量相关，通常水体PH越高，溶氧浓度越低，毒性越大。 氨氮进入鱼、虾等的体内后会导致血液pH上升，抑制生物体内多种酶的活性，影响养殖动物的正常生长和代谢；氨氮还会损伤鱼鳃组织，降低鳃的血液吸收和输氧能力。氨氮对水生动 物的危害可分为急性和慢性。慢性氨氮中毒表现为动物摄食量降低、生长缓慢、蜕壳不遂，鱼 虾贝类的产卵能力降低等，中毒会使水生生物长期处于应激状态，导致动物抵抗力下降，更易 感染疾病。急性氨氮中毒会导致水生生物表现亢奋、抽搐、丧失平衡甚至直接死亡。 1.2亚硝酸盐的危害 亚硝酸盐具有较强的毒性，较低浓度就能使鱼类中毒，严重时会造成大批死亡。亚硝酸盐 也受水体pH的影响，pH越低时毒性越高。 亚硝酸盐能够与血液中的血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，高铁血红蛋白无法与氧结合，会造成血液输氧能力下降，导致生物体缺氧，代谢功能下降。亚硝酸盐对苗种的伤害作用更大，会导致苗种生长发育迟缓或停止。亚硝酸盐长期积累中毒，会引起水生动物摄食量减少、反应 缓慢、活动能力下降、抵抗力降低、易感染疾病。严重中毒时，会出现大面积浮头，甚至导致 死亡。 1.3硝化作用的意义
硝化细菌全解析
硝化细菌全解析 一、硝化细菌是什么？ 硝化细菌 ( nitrifying ) 是一种好气性细菌，能在有氧的水中或砂层中生长，并在氮循环水质净化过程中扮演著很重要的角色。它们包括形态互异类型的一种杆菌、球菌或螺旋菌。属於自营性细菌的一类，包括两种完全不同代谢群：亚硝酸菌属( nitrosomonas ) 及硝酸菌属( nitrobacter )。 亚硝酸菌属细菌一般被称为「铵之氧化者」，因其所维生的唯一食物来源是铵，铵和氧化合所生成的化学能足以使其生存。什么是铵？这须要解释一下。其实铵是一种氨气 ( nh3 ) 溶於水中所生成的阳离子 ( nh4+ )，因为它在化学上的行为就好像是一种金属离子，故命名为「铵」。气体的氨具有刺鼻的臭味，而离子态的铵则无特别的气味，故很容易加以辨认。 在有空气存在时，铵可被亚硝酸菌属细菌吸收利用。它们将其氢原子氧化成水，用氧取代之，所以铵变成水及溶於水中的氧化氮，後者化学家称为「亚硝酸」，其反应式如下：藉由氧将铵氧化为亚硝酸 ( no2- ) 可以产生能量，亚硝酸菌可利用该能量从二氧化碳或硷度 ( 如 co32- 或hco3- ) 中制造有机物，所以这类细菌根本不需要有机物就能生存及繁衍。 硝酸菌属细菌一般被称为「亚硝酸之氧化者」，因其所维生的主要食物来源是亚硝酸，亚硝酸和氧化合所生成的化学能足以使其生存，而且生成硝酸为氮循环的终产物，其反应式如下：硝酸菌可利用此反应所产生之能量，用於合成自己所需之有机物，故这类细菌同样不需要摄取有机物也能生存及增殖。 铵被硝化细菌氧化成亚硝酸，随後又被氧化成硝酸的反应被化学家称为「硝化反应」。这个反应系由两种不同的细菌所进行的，须密切配合，才不致使反应的中间物 no2- 滞留累积於水中。 二、硝化细菌对水产养殖的重要性为何？ 任何水产养殖池都会自产有机废物，它们绝大部份属於养殖生物的排泄物，除非立刻将这些有机废物由水中完全移除，否则水中自生之异营性细菌将很快地加以摄取利用，并排泄出氨於水中。 水中的的氨有两个不同的形式：一是氨 ( nh3 )，另一是铵 ( nh4+ )。氨有毒，而铵无毒。两者在水中相对百分率由水中之 ph 值来决定，若水中 ph 值越高，则水中所含有毒氨的百分率也越高，但在酸性的水中，有毒的氨几乎不存在。 养殖池中如果没有硝化细菌存在，必然会面临氨含量激增的危险，不论您采取何种方法都不能彻底解决这个问题。因为氨是剧毒物，只要水质偏向硷性，一部份的铵就会自然地转化成氨，当水中的氨浓度达到养殖生物的致死浓度时，造成重大意外损失也就不足为奇。但如果水中含有足够数量的硝化细菌为您不断地清除水中的铵，则整个池水的生态平衡系统的稳定性将可获得确保，并使养殖生物安全地成长於饲养环境中。 问题是一般的养殖池中常缺乏足够的硝化细菌，尤其是在初期养殖水中硝化系统尚未完全建立时更是如此，理由是一般养殖池中的生态环境，常缺乏硝化细菌繁殖之基本生活条件，无形中限制了它们数量及处理铵污染之能力及效率，而使铵被逐渐累积下来，这对硷性化水质及海水养殖的情况将具有极大的潜在危险性。复因硝化系统之建立需要相当时日，故放养初期的危险性更高。 总之，在一个封闭的养殖环境中，水族生态平衡系统之建立，主要是靠连显微镜下亦不易观察