氨氧化古核生物
氨氧化微生物生态学与氮循环研究进展^
第２９卷第１期２００９年１月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶ０１．２９，Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２００９氨氧化微生物生态学与氮循环研究进展贺纪正，张丽梅’（城市与区域生态国家重点实验室，中国科学院生态环境研究中心，北京１０００８５）摘要：氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动，除固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用外，近年还发现厌氧氨氧化是微生物参与氮循环的一个重要过程。
同时，随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用，参与氮循环的新的微生物类群——氨氧化古菌也逐渐被发现。
这两个重要的发现大大改变了过去人们对氮循环的认识，就近年有关厌氧氨氧化细菌、氨氧化古菌和氨氧化细菌的生态学研究进展作一简要综述。
关键词：氮循环；氨氧化作用；厌氧氨氧化作用；中温泉古菌；氨氧化细菌文章编号：１０００－０９３３（２００９）ｏｌ－０４０６—１０中图分类号：Ｑ１４２，Ｑ９３８文献标识码：ＡＡｄｖａｎｃｅｓｉｎａｍｍｏｎｉａ·ｏｘｉｄｉｚｉｎｇｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｎｄｇｌｏｂａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｃｌｅＨＥｊｉ—Ｚｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｉ－Ｍｅｉ’Ｓｔａｔｅ研ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎａｎｄＲｅｇｉｏｎａｌＥｃｏｌｏｇｙ，Ｒｍｅ∞ｃｈＣｅｎｔｅｒ扣，Ｅｃｏ·ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｌｌｉｎ９１０００８５，Ｃｈ／ｎａＡｃｔａＥｃｏｌｏ＃ｃａ盛厅蛔，２００９，２９（１）：０４０６—０４１５．Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｌｏｂａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｙｃｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙｄｒｉｖｅｎｂｙｂａｃｔｅｒｉａｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：Ｎ２ｆｉｘａｔｉｏｎ，ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｍｍｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ．董ｎｅｗｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎａｅｒｏｂｉｃａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄａｔｉｏｎ（Ａｎａｍｍｏｘ），ｗｈｉｃｈｉｓｍｏｒｅｒｅｃｅｎｔｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｃｌｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｇｅｎｏｍｉｃｓａｎｄｏｔｈｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒａｐｐｒｏａｃｈｅｓ，ｎｅｗ“ｐｌａｙｅｒｓ”ｉｎｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｃｌｅ—ａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄｉｚｉｎｇａｒｃｈａｅａ（ＡＯＡ）ｈａｖｅａｌｓｏｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｏｕｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｃｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｔｈａｔｍｅｄｉａｔｅｔｈｅｍｈａｓｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｅｔｗｏｍａｊｏｒｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｓｏｍｅｍａｊｏｒａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｅｃｏｌｏｇｙｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃ，ａｒｃｈａｅａｌ，ａｎｄｂａｃｔｅｒｉａｌａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄｉｓｅｒｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｃｌｅ；ａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ａｎａｅｒｏｂｉｃａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ；ａｍｍｏｎｉａ—ｏｘｉｄｉｚｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ氮（Ｎ）是所有生物必需的营养元素。
氨氧化古细菌(AOA)的研究进展②
氨氧化古细菌（AOA）的研究进展周博（生物技术4班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080 ）摘要：一直以来，氨氧化细菌（AOB）是硝化反应中负责将NH4+ 转化成为NO2- 的一类无机自养微生物。
近几年来国外一些学者于海洋中发现氨氧化古细菌（AOA）存在，它们同样广泛存在于土壤、自然水体、污水处理厂、垃圾渗滤液等产生硝化反应的环境中，负责将氨转化为亚硝酸盐。
甚至在某些生态环境中，AOA 占主导地位。
概述了国外对不同环境下氨氧化古细菌种群多样性的差异，以及各类环境中共有的氨氧化古细菌种类。
最后，对今后氨氧化菌深入研究的方向及其功能作了进一步的展望。
关键字：氨氧化古细菌系统发育生态分布Advances on Ecological Research of AmmoniaoxidizingZhouBo（The 4th class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin, 150080）Abstract：For long times, ammonia oxidation by ammonia-oxidizing bacteria （AOB）is the key process in thenitration reaction. These ammonia-oxidizing bacteria are a kind of inorganic autotrophic microorganism who have theresponsibility of transferring NH4+ to NO2-. But in these several years, some foreign researchers found ammonia-oxidizingarchaea （AOA）who exist in the marine. They are generally in the environment which contains nitration reaction,such as soils, fresh water, wastewater treatment systems. soils and even wastewater treatment. AOA have thesame function as AOB, and in some certain habit, the AOA are the predominant oxidizer. We also summarize thediversity difference between the AOA in various environments. Here we describe our perspectives for the future researchof AOA in applied ecology and environmental protection．Keywords：Ammonia-oxidizing archaea; Phylogeny; Ecological distribution氨氧化古细菌（AOA）有关16SrRNA和amoA基因的研究进展针对硝化反应限制速率的第一步———氨氧化反应的研究，一直都集中在AOB。
古菌研究进展
古菌研究进展邓霏【摘要】从古菌的发现出发,综述古菌的分类、分布、系统进化关系、研究方法及现状,分析古菌发展存在的一些问题,对今后古菌发展的方向进行展望.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2018(046)028【总页数】5页(P11-14,47)【关键词】古菌;分类;研究方法【作者】邓霏【作者单位】天水师范学院生物工程与技术学院,甘肃天水741000【正文语种】中文【中图分类】X172古菌以其既不同于细菌也有别于真核生物的特点，在全球的生物地球化学作用中扮演着不可替代的角色。
古菌研究对阐明生命运动的基本规律，揭示生命起源和物种进化，生物与生物、生物与环境的相互作用具有重要意义。
1 古菌的发现多年以来，人们认为地球上的生命形式只分为原核生物和真核生物。
但在后续的研究过程中，人们从火山口、盐湖等高热、高盐、缺氧等极端环境下分离得到一些微生物，这些微生物中包含大量产甲烷的微生物，当时的科学家认为这些微生物可能是产甲烷的细菌，但发现这些微生物与已知的细菌有本质的区别。
1977年Woese等[1]提出的16S rRNA生命树将这些微生物划归为新的生命类型——archaebacteria。
他在比较了3类生物的小亚基核糖体RNA序列后，发现三域生物间的序列相似性都低于60%，而域内的序列相似性高于70% [2]，因而认为生命是由细菌域(Bacteria)、真核生物域(Eucarya)和古菌域(Archaea)组成，并在1990年首次提出三域学说，把自然界的生物分成不同的三大领域，并把archaebacteria改名为archaea，正式提出古菌概念[3]。
作为三域之一的生物，古菌有着特殊的性质。
古菌细胞壁不含肽聚糖，细胞骨架由蛋白质或假肽聚糖构成，细胞膜由甘油分子和支链烃以醚键相连。
古菌虽与细菌同为原核生物，但却与真核生物在进化树上具有更近的亲缘关系。
例如，在遗传信息传递方面，古菌具有明显的真核生物特征。
氨氧化古菌及其在氮循环中的重要作用
氨氧化古菌及其在氮循环中的重要作用3刘晶静1 吴伟祥1,233 丁 颖1,2 石德智1 陈英旭1,2(1浙江大学环境保护研究所,杭州310029;2浙江省水体污染控制与环境安全技术重点实验室,杭州310029)摘 要 氨氧化作用作为硝化过程的第一步,是氮素生物地球化学循环的关键步骤.长期以来,变形菌纲β和γ亚群中的氨氧化细菌一直被认为是氨氧化作用的主要承担者.然而,近年来研究发现氨氧化古菌广泛存在于各种生态系统中,并且在数量上占明显优势,在氮素生物地球化学循环中起着非常重要的作用.本文概述了氨氧化古菌的形态、生理生态特性及其系统发育特征,对比分析了氨氧化古菌和氨氧化细菌的氨单加氧酶及其编码基因的异同,综述了氨氧化古菌在水生和陆地等生态系统氮素循环中的作用,同时就氨氧化古菌在应用生态和环境保护领域今后的研究重点进行了展望.关键词 氨氧化古菌 氨单加氧酶 氮循环文章编号 1001-9332(2010)08-2154-07 中图分类号 X172 文献标识码 A Amm on i a 2ox i d i z i n g archaea and the i r i m port an t roles i n n itrogen b i ogeoche m i ca l cycli n g:Arev i ew .L I U J ing 2jing 1,WU W ei 2xiang 1,2,D I N G Ying 1,2,SH I De 2zhi 1,CHE N Ying 2xu 1,2(1Institu te of Environm ental S cience and Technology,Zhejiang U niversity,Hangzhou 310029,Chi 2na;2Zhejiang P rovince Key L aboratory forW ater Pollution Control and Environm en tal Safety,Hang 2zhou 310029,China ).2Chin .J.A ppl .Ecol .,2010,21(8):2154-2160.Abstract:A s the first step of nitrificati on,a mmonia oxidati on is the key p r ocess in gl obal nitr ogen bi ogeoche m ical cycling .So far,the aut otr ophic ammonia 2oxidizing bacteria (AOB )in the β2and γ2subgr oup s of p r oteobacteria have been considered as the most i m portant contribut ors t o a mmonia oxidati on,but the recent researches indicated that a mmonia 2oxidizing archaea (AOA )are widely distributed in vari ous kinds of ecosyste m s and quantitatively p redom inant,p laying i m portant r oles in the gl obal nitr ogen bi ogeoche m ical cycling .This paper revie wed the mor phol ogical,physi ol ogical,and ecol ogical characteristics and the molecular phyl ogenies of AOA,and compared and analyzed the differences and si m ilarities of the a mmonia monooxygenase (AMO )and its encoding genes be 2t w een AOA and AOB.I n additi on,the potential significant r oles of AOA in nitr ogen bi ogeoche m ical cycling in aquatic and terrestrial ecosyste m s were summarized,and the future research directi ons of AOA in app lied ecol ogy and envir onmental p r otecti on were put f or ward .Key words:a mmonia 2oxidizing archaea;a mmonia monooxygenase;nitr ogen cycling .3国家“863”计划项目(2006AA06Z327)和浙江省科技计划项目(2006C13066)资助.33通讯作者.E 2mail:weixiang@zju .edu .cn 2009212231收稿,2010206201接受. 氨氧化作用是好氧微生物将铵态氮转化为亚硝酸盐氮的过程[1-2].作为硝化作用的限速步骤,氨氧化作用微生物学研究在氮素生物地球化学循环过程中一直倍受关注.长期以来,研究者普遍认为变形菌纲的氨氧化细菌(a mmonia 2oxidizing bacteria,AOB )是地球氮素循环过程中最主要的承担者[3].然而,近年来随着环境微生物分子生态学技术的发展和研究的深入[4],研究者发现另一类具有氨氧化能力的微生物———氨氧化古菌(a mmonia 2oxidizing archaea,AOA ).它们是一类以重碳酸盐为碳源、利用铵态氮氧化产生细胞能量进行化能无机自养生长的独立于AOB 进化分枝外的进化类群,属于泉古菌门(Cren 2archaeota ).AOA 广泛分布于海洋[5-7]、土壤[8]、温泉[9-10]和湿地[11]等各种类型的生态系统中,在地球生态系统的氮素循环过程中可能起着相当重要的作用.本文介绍了AOA 的形态、生理生态特性及其系统发育特征,对比分析了AOA 和AOB 的氨单加氧酶及其编码基因的异同,并从水生生态系统、陆地生态系统和其他生态系统等方面综述了AOA 的生应用生态学报 2010年8月 第21卷 第8期 Chinese Journal of App lied Ecol ogy,Aug .2010,21(8):2154-2160态分布、丰度、活性及其在氮循环中的重要作用.1 氨氧化古菌的形态、生理生态特性及其系统发育2004年,Venter 等[12]在Sargass o Sea 海水微生物宏基因组测序分析中发现泉古菌编码氨单加氧酶(AMO )各亚基的基因,首次提出了海洋泉古菌可能具有氨氧化能力.2005年,Treusch 等[13]在对土壤泉古菌基因组分析时也发现泉古菌氨单加氧酶编码基因.同年,K nneke 等[14]成功分离并获得具有氨氧化能力的中温泉古菌N itrosopum ilus m ariti m us 纯培养物,Francis 等[15]将具有氨氧化能力的泉古菌命名为氨氧化古菌(a mmonia 2oxidizing archaea,AOA ).自此,古菌的氨氧化引起了全世界氮循环研究者的广泛关注.AOA 定二氧化碳,进行化能无机自养生长,受缺氧环境,域等缺氧环境中氨氧化的优势微生物类群[生存环境温度划分,低于45℃环境中的中温泉古菌(mes ophilic Crenarchaeota ),高于环境中的AOA 属于嗜热泉古菌(ther mophilic archaeota )[17-18].研究者推测氨氧化能力起源于嗜热泉古菌[10,18-19].地球早期高温环境产生的铵态氮可以为化能无机自养的嗜热泉古菌提供能量来源,这与地球早期的氮循环由化学驱动相一致.中温AOA 则可能是嗜热AOA 随着环境温度的变化采用独立的次级响应机制进化而来[18].随着地球环境的变化,氨氧化泉古菌可能随地壳运动而分布到各种生态系统中[10,19].生物进化使得泉古菌营养类型丰富,严格自养和兼养型的泉古菌都能够进行铵态氮氧化而获得细胞能量[14,20].氨氧化能力起源的问题涉及到能量起源和生物进化,尚需大量假设和模型进一步论证.迄今为止,研究者仅从环境中纯培养了1株中温AOA N.m a riti m us [14].该菌是以西雅图水族馆热带水域沙砾层为接种物富集、分离培养获得;细胞直杆状,长015～019μm ,切面直径0117～0122μm;有机碳源的加入会对其生长产生抑制作用.嗜热AOA N itrososphaera gargensis [18]和N itrosocaldus yel 2lo w ston ii [19]以及中温AOA Cenarchaeum sym bio 2sum [20]均为富集培养产物.富集培养的AOA 为杆状或球状,世代周期约为20h,与废水处理厂中AOB的生长速度相似[21].N.gargensis 对铵态氮浓度变化较为敏感,铵态氮浓度>3108mmol ・L -1时会抑制其活性,这远低于文献报道AOB 对铵态氮200mmol ・L -1以上的耐受能力[22-23].C.sym biosum 不仅能够通过32羟基丙酸循环将二氧化碳转化为有机碳进行化能无机自养生长,还能够通过三羧酸循环以有机化合物为碳源产生细胞能量进行混合营养型生长[24].C.sym biosum 基因组中不仅具有氨单加氧酶的am o A 、am o B 和am o C 基因,还具有氨通透性酶、脲酶、尿素转运系统、亚硝酸盐还原酶以及一氧化氮还原酶,但是没有检测到AOB 铵态氮代谢途径中涉及到的羟胺氧化还原酶和电子传递体细胞色素c 554及c m 552. 在系统发育与进化方面,AOA 形成了一类完全独立于AOB 的进化分支.16S r RNA 系统发育揭示了AOA 的亲缘关系(图1).海洋、大多数水体以及征以及细胞生物化学和分子生物学的研究尚处于图1 泉古菌系统发育树及分支结构[25]F i g .1 Phyl ogenetic tree of maj or crenarchaeota and branch structure .A:海洋水体及沉积物来源Marine water and sedi m ents (Gr oup 1.1a );B:土壤和其他环境来源Ubiquit ous in most s oil and other envir on 2ments (Gr oup1.1b );C:牧草地和针叶林土壤来源Grassland and co 2nifer ous f orest s oils;D:沉积物来源Sedi m ents;E:淹水土壤、沉积物、淡水及其他环境来源Fl ooded s oils,sedi m ents,freshwater and other envir onments;F:深海分支B Marine benthic gr oup B;G:深海分支C Marine benthic gr oup C;H:地下植物根系来源Subsurface p lant r oots;I :陆地温泉和热液喷口中可培养嗜热泉古菌分支Terrestrial hot s p rings and hydr other mal vents .55128期 刘晶静等:氨氧化古菌及其在氮循环中的重要作用 起步阶段,AOA碳氮代谢机制也需要进一步探明. 2 氨氧化古菌的氨单加氧酶及其编码基因氨单加氧酶(a mmonia monooxygenase,AMO)是由AmoA、AmoB和AmoC3个亚基组成的三聚体膜结合蛋白[26],是好氧氨氧化微生物所特有的一种胞内酶.尽管3个亚基的编码基因am o A、am o B和am o C在AOA与AOB之间存在一定的差异,但是AOA和AOB的AMO氨基酸序列在金属离子结合位点具有较强的保守性,大约25%的序列相同, 40%的序列相似[25],跨膜结构也很相似[24].AOA和AOB的AmoA亚基氨基酸序列相似性虽然也较低,却非常重要,都具有氨单加氧酶家族特有的10个氨基酸序列[13].因此,可以推测AOA和AOB的AMO 具有相同的进化史,同属于单加氧酶蛋白家族.AmoA是AMO活性多肽位点[27-28],以其编码纲AOB只有1个拷贝;自然环境中的AOA有2～3个拷贝,富集培养的AOA只有1个拷贝[5,30].现阶段只能采用am o A基因拷贝数研究环境样品中AOA 与AOB的相对丰度.am o的系统发育分析表明,AOA和AOB的am o 基因同源性较小,在进化树上两者属于不同的分支[25],而且am o A、am o B和am o C在AOA与AOB中的排列顺序也存在明显差异(图2).AOB的am o基因簇排列较保守,am o A和am o B位于同一操纵子, am o B位于am o A下游,am o C位于am o A上游[30]. AOA的am o基因簇排列多变[25],与细菌存在明显差异.N.m ariti m us和马尾藻海AOA的am o基因簇中,am o B位于am o C下游,am o A位于am o C上游, am o C和am o A基因之间有未知功能基因插入.土壤来源的AOA缺少am o C基因,am o B与am o A基因中也有与海洋AOA相同的未知功能基因插入[13].嗜热AOA的am o基因簇中也缺少am o C基因,且am o A位于am o B的下游[18-19].N.yello w ston ii的Amo B亚基氨基酸序列与土壤和海洋来源AOA的Amo B一致性<50%,并有30个氨基酸插入序列,图2 AOA和AOB中不同种am o基因排列示意图[19]F i g.2 Sche matic rep resentati on of am o genes in different s pe2 cies of AOA and AOBN itroso m onas europaea:欧洲亚硝化单胞菌;Sargass o Sea scaffold CH004643:马尾藻海泉古菌AMO基因片段;Soil Crenarchaeota fos2土壤泉古菌AMO基因片段;Cenarchaeum sym biosum,N i2Candidatus“N itr os ocaldus yell owst onii”:富集培obtained by enrichment culture;D:保守假设Con2E:连接Connecti on.在高温环境生长及其蛋白表达,AOA能够将无机的氮源和碳源转化为细胞能量和细胞生物有机体,在地球生物化学循环中起着至关重要的作用.虽然目前的研究还不足以确定AOA对全球氮素循环的具体贡献,但是泉古菌在脂质分析、荧光原位杂交分析、16S r RNA基因聚类分析以及am o A基因定量分析中特有的结果均可证实AOA在自然界中分布广泛,并在生态系统氮素循环中起着极其重要的作用. 311 氨氧化古菌在水生生态系统氮素循环中的作用中温AOA大量分布于水生生态系统中的各个区域,包括海洋透光层[5-6,31]和深海缺氧层[7,32-33]、深海沉积物[32,34]、珊瑚和暗礁[35]、江河口[36-37]、地下暗河[38]、淡水沉积物[37],甚至在南北两极的海水中也检测到泉古菌am o A基因存在[39].相反,部分海域AOB的am o A基因含量较低甚至难以检测[5-6].虽然最近有文献报道高盐度水域AOB的am o A基因数量高于AOA,例如弗罗里达州河口[37]、地下河入海口[38]以及圣弗朗西斯科海湾[40]的高盐度水体和沉积物中,AOB的am o A基因拷贝数均略高于AOA.但是总体而言,在大多数的水生6512 应 用 生 态 学 报 21卷生态系统中,AOA的am o A基因在水体中拷贝数为10～105copy・m l-1,在沉积物中拷贝数高达107～108copy・g-1,比AOB的am o A基因数量高1～3个数量级.AOA与AOB的am o A基因数量比值在北极圈海水中更是高达11071[5-6,34,39].在水生生态系统中,AOA数量上占优势,而且am o A基因拷贝数与氨氧化速率存在很好的相关性,因而可以推测AOA对硝化作用的贡献可能大于AOB.研究者发现,在阿拉伯海[41]、圣芭芭拉海峡[42]、加利福尼亚海湾[31]和荷兰西斯海尔德河口[43]等水体中,亚硝酸盐浓度和氨氧化速率均与泉古菌am o A基因数量呈显著正相关.弗罗里达州9个不同河口底层水体和沉积物中,硝化速率与泉古菌am o A基因数量也呈正相关,但与AOB的am o A 数量没有显著的相关性[37].W uchter等[5]对北海沿岸海水进行连续12个月的监测发现,泉古菌am o A 基因数量与海水中铵态氮浓度呈显著负相关.最近, La m等[7]研究发现AOA为黑海中厌氧氨氧化过程提供了大约一半的亚硝酸盐.在太平洋上中层海域中,绝大多数泉古菌都具有铵态氮氧化的代谢机制,这些AOA是海洋氮素循环非常活跃的贡献者[44].AOA在贫营养水体的氮素循环中也可能起着主导作用.AOA的半饱和速率常数Km与海洋原位氨氧化作用的Km非常接近[16].当铵态氮浓度低至10～20n mol・L-1时,AOA仍可进行氨氧化作用,这一浓度比富集培养的AOB最低生长浓度(>1μmol ・L-1)还要小100倍以上[45].N.m a riti m us对底物铵态氮的亲和力是已报道生物底物亲和力中最高的,达68700g-1・h-1,比AOB高出200多倍,比贫营养区硅藻属高30多倍.因此,在氨氮浓度极低的贫营养海域尤其是深海,AOA不仅丰度远高于AOB,而且在与AOB、异养微生物和浮游藻类竞争底物铵态氮的过程中占有绝对优势,可以推测AOA 在贫营养海域的氮素循环和能量转换中扮演着极为重要的角色.312 氨氧化古菌在陆地生态系统氮素循环中的作用AOA在陆地生态系统中的分布也非常广泛.迄今为止,研究者已在碱性沙地[46]、农业土壤[8]、半干旱森林土壤[47]、牧草土壤[48-49]、盐沼湿地[50]、稻田土壤[51-52]、淡水大型植物L ittorella uniflora根系土壤[11]以及高山永久冻结带[53]等陆地生态系统中检测到AOA的存在.Zhang等[53]发现珠穆拉玛峰北坡高海拔(>5700masl)土壤中,AOB的am o A基因拷贝数比AOA略高1～2个数量级.但是总体而言,陆地生态系统AOA的am o A基因数量在104～108 copy・g-1,比AOB的am o A基因数量高出约2～3个数量级.铵态氮浓度、pH和温度的变化都会影响土壤生态系统中AOA的群落结构和活性.高钙草原土壤中铵态氮浓度的升高会显著促进AOA am o A基因表达量的增加[13];稻田土壤中氮肥的施用也会显著促进AOA的生长和表达活性[52].酸性土壤硝化作用可能主要由AOA承担.N icol等[54]发现在土壤pH 值为419～715时,AOA am o A基因的拷贝数及表达活性均随土壤pH值的降低而升高;当pH最低时, AOA与AOB的am o A转录活性比值达到最大;而碱性土壤中,pH值(813～817)对AOA丰度和群落结构没有明显影响[46].培养温度(10℃～30℃)变化对AOA群落结构和转录活性都有明显影响[55].高丰度和高效基因表达说明AOA对土壤生态系统的氮循环可能起着非常重要的作用.Tourna 等[55]研究发现,土壤中AOA的am o A基因不仅数量远高于AOB,其转录活性和转录产物数量也高于AOB.Offre等[56]利用乙炔对氨单加氧酶活性的抑制研究了土壤硝化过程中AOA与AOB的生长,结果表明土壤硝化过程中只有AOA在生长,AOA对土壤硝化作用起主要作用.Chen等[52]发现,AOA对淹水稻田土壤氨氧化过程也起着主导性作用,其am o A基因数量以及转录水平均显著高于AOB.但是也有研究指出,在铵态氮浓度较高的生态系统中, AOB可能对硝化作用贡献更大.长期施用氮肥的碱性沙质土壤中,铵态氮浓度升高对AOA的am o A基因拷贝数影响不大,而AOB的am o A基因拷贝数与硝化速率有明显的正相关关系[48].在高氮草原土壤中,AOA的丰度和活性并没有随氮肥的施入而增大,而AOB的数量和活性不仅与土壤硝化活性呈正相关,而且随土壤铵态氮浓度的升高而增大[49].这表明过高的铵态氮浓度可能会抑制AOA活性;与AOB相比,AOA更适合于低浓度铵态氮的环境条件,并且在低浓度铵态氮硝化作用中起主导作用. 313 氨氧化古菌在其他生态系统氮素循环中的作用AOA不仅对海洋、陆地等自然生态系统的氮素循环做出了重要的贡献,在人工污水处理系统中也发挥着重要作用.在水族馆生物膜系统[57]、地下水处理生物滤器[58]和污水处理厂活性污泥反应器[59-60]中均发现了泉古菌am o A基因的存在.虽然75128期 刘晶静等:氨氧化古菌及其在氮循环中的重要作用 目前对这些系统中AOA的具体贡献尚不明确,但是可以确定AOA是这些系统中微生物群落结构的重要组成部分.AOA对地热环境中的氮素循环也起着至关重要的作用.嗜热AOA对温度和pH的变化具有很高的耐受能力,它们能够活跃在38℃～97℃和pH 215～910的温泉、地矿等受地热影响的环境中[9-10,61-62].氨氧化能力在嗜热泉古菌中的发现不仅拓展了硝化作用上限温度,而且AOB在地热环境中鲜有发现也证明了高温环境中的氨氧化作用可能主要由AOA承担.4 结论与展望AOA是地球生态系统中非常丰富的氨氧化微生物,广泛存在于海洋、淡水流域、土壤、温泉等生态系统.AOA不仅丰度显著高于AOB,而且在部分生境中其转录和表达活性也高于AOB,尤其在低浓度铵态氮生态系统和贫营养海域,AOA对硝化作用的贡献远大于AOB.嗜热AOA更是高温环境氨氧化作用的主要承担者.因此,AOA在自然界氮素生物地球化学循环中可能起着非常重要的作用.但是,目前对AOA的研究主要集中在对比各种类型生态系统中AOA和AOB对硝化作用的贡献,许多领域的研究工作尚不完善,急需深入研究,主要包括以下几个方面:1)分离、筛选不同生态环境条件下的AOA 菌种,研究其生理生态和细胞生物化学特征,并结合现代微生物分子生物学和生态学技术揭示AOA铵态氮氧化以及二氧化碳固定机制;2)克隆AOA氨氧化过程中相关酶的基因,研究酶学性质,尤其是其氨单加氧酶的作用机理;3)开展各种类型生态系统中AOA的分子生态学研究,阐明生态结构和环境因素对AOA群落结构和硝化活性的影响以及氮素循环中AOA与AOB及其它微生物之间的相互作用机制;4)研究污水处理系统硝化过程中AOA的群落生态结构,开发以AOA为主的脱氮工艺技术,利用AOA处理低浓度铵态氮的养殖废水,对减缓我国日趋严重的流域水环境氮素污染具有非常重要的意义.参考文献[1] Kowalchuk G A,Stephen JR.Ammonia2oxidizing bacte2ria:A model f or molecular m icr obial ecol ogy.A nnualR evie w of M icrobiology,2001,55:485-529[2] Dong L2H(董莲华),Yang J2S(杨金水),Yuan H2L(袁红莉).Research advances in molecular ecol ogy ofa mmonia oxidizing bacteria.Chinese Journal of A ppliedEcology(应用生态学报),2008,19(6):1381-1388(in Chinese)[3] Purkhold U,Pommerening2R ser A,Juretschko S,etal.Phyl ogeny of all recognized s pecies of a 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古菌氨氧化与amoA基因的扩增
古菌氨氧化与amoA基因的扩增蒋敏芝;黄秋雨【摘要】Ammonia oxidation is a obligate aerobic： chemoautotrophic process taken by a small part bacterial community of Hymenomycetes. Ammonia-oxidizing bacteria （AOB） is a inorganic： autntrophic micro-organism, responsible for converting NH4＋ to NO2- in the nitrification reaction, ammonia oxidizing archaea （AOA） is independent of the AOB clade. The paper introduced discovery and ammonia oxidation of AOA, extracted, purified and amplified amoA genes according to its features.The results confirmed exist of AOA, and provided basis for follow-up study.%氨氧化过程是由变形菌纲中的一小部分细菌类群所进行的专性好氧的化能自养过程,氨氧化细菌（AOB）是硝化反应中负责将NH4＋转化为NO2-的一类无机自养微生物,氨氧化古菌（AOA）是独立于AOB进化枝之外的能进行氨氧化作用的古菌。
介绍了AOA古菌的发现过程及其氨氧化作用,提取、纯化了amoA基因并利用amoA基因的特征,对它进行扩增,证实了AOA古菌的存在,并为后续研究提供了依据。
【期刊名称】《上海化工》【年(卷),期】2012(037)006【总页数】5页(P5-9)【关键词】氨氧化古细菌;amoA基因;PCR扩增【作者】蒋敏芝;黄秋雨【作者单位】华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海200062;华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】X11 氨氧化古菌的发现过程多年来,科学家们一直认为地球上生命由原核生物和真核生物两大类组成，到20世纪70年代，这个概念受到了Woese研究的挑战。
氨氧化古细菌(AOA)的研究进展②
氨氧化古细菌（AOA）的研究进展周博（生物技术4班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080 ）摘要：一直以来，氨氧化细菌（AOB）是硝化反应中负责将NH4+ 转化成为NO2- 的一类无机自养微生物。
近几年来国外一些学者于海洋中发现氨氧化古细菌（AOA）存在，它们同样广泛存在于土壤、自然水体、污水处理厂、垃圾渗滤液等产生硝化反应的环境中，负责将氨转化为亚硝酸盐。
甚至在某些生态环境中，AOA 占主导地位。
概述了国外对不同环境下氨氧化古细菌种群多样性的差异，以及各类环境中共有的氨氧化古细菌种类。
最后，对今后氨氧化菌深入研究的方向及其功能作了进一步的展望。
关键字：氨氧化古细菌系统发育生态分布Advances on Ecological Research of AmmoniaoxidizingZhouBo（The 4th class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin, 150080）Abstract：For long times, ammonia oxidation by ammonia-oxidizing bacteria （AOB）is the key process in thenitration reaction. These ammonia-oxidizing bacteria are a kind of inorganic autotrophic microorganism who have theresponsibility of transferring NH4+ to NO2-. But in these several years, some foreign researchers found ammonia-oxidizingarchaea （AOA）who exist in the marine. They are generally in the environment which contains nitration reaction,such as soils, fresh water, wastewater treatment systems. soils and even wastewater treatment. AOA have thesame function as AOB, and in some certain habit, the AOA are the predominant oxidizer. We also summarize thediversity difference between the AOA in various environments. Here we describe our perspectives for the future researchof AOA in applied ecology and environmental protection．Keywords：Ammonia-oxidizing archaea; Phylogeny; Ecological distribution氨氧化古细菌（AOA）有关16SrRNA和amoA基因的研究进展针对硝化反应限制速率的第一步———氨氧化反应的研究，一直都集中在AOB。
淡水池塘氨氧化微生物研究取得进展
大数据将会对智慧农业产生颠覆式的影响近日，在中国农业科学院举办的“农科讲坛”上，中国农科院农业信息研究所所长、海外农业研究中心主任、农业农村部大数据重点实验室主任孙坦研究员讲述了大数据驱动的智慧农业思考与实践。
孙坦介绍，智慧农业是以大数据和人工智能为基础和主要驱动力的新兴农业生产模式，使用智能机械来实现农畜牧产品的种管采收等方面，以最少的投入实现最大的回报，主要用来解决更高的产量和环保要求。
现阶段智慧农业的主要应用集中在农业的可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理和计算育种。
在智慧农业领域的研发和创新，需做到“眼尖、脑快、手灵”，看重全局数据控制和信息管理，在一个区域以及农业和其他产业的相互关联上起到解决整个过程的数据分析、控制、挖掘以及决策支持、传递的作用。
信息所根据现有的研究布局和特长，通过大数据的融合治理与并行计算、机器视觉与表型、农作物模型和全局的信息管理以及计算育种等关键技术和方法，构建了数字果园、智慧蜂业、数字小麦、数字玉米等模型，智慧兽药、物联牧场、物联菜园等全局信息管理平台，计算育种大数据平台和智慧农业大数据平台等应用平台，推出了“1+1+N”的模式，一个智慧农业的大数据中心，支撑一个智慧农业大数据的决策指挥平台，带动N个面向区域特色的智慧农业的具体应用，将政府的监管、电子商务、质量溯源、监测控制应用和整个生产过程全部集成到一个平台。
大数据将会对智慧农业产生颠覆式的影响，最终智慧农业的模式必将为节本提质增效发挥作用。
（来源：中国农业新闻网-农民日报）我科学家成功克隆出杂交稻种子据中国农科院最新消息，中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室王克剑团队，利用基因编辑技术建立了水稻无融合生殖体系，成功克隆出杂交稻种子，首次实现杂交稻性状稳定遗传到下一代。
该项成果近日在线发表于《自然·生物技术》杂志。
王克剑介绍，我国杂交水稻年种植面积超过2.4亿亩，占水稻总种植面积的57%，产量约占水稻总产的65%；杂交水稻每年增产约250万t，可多养活7000万人口。
典型生境中氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌的分布和丰度
典型生境中氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌的分布和丰度徐相龙;陈祥春;刘国华;范强;王皓;任争光;齐鲁;王洪臣【摘要】运用分子生物学方法研究了某富营养化湖泊污泥(以下简称湖泊污泥)、某长期施肥的稻田土壤(以下简称稻田土壤)和某污水处理厂硝化污泥(以下简称硝化污泥)中氨氧化古菌(AOA)和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌的分布及丰度.结果表明,湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中AOA的amoA基因Shannon指数分别为1.64、2.14、0.57,稻田土壤的生物多样性最丰富;但以上3种生境中AOA的amoA基因丰度分别为(1.45±0.13)×107、(7.24士0.25)×105、(3.46±0.22)×10 5拷贝数/g(以干质量计,下同),湖泊污泥中最大.湖泊污泥和稻田土壤中的AOA与水/沉积物中的古菌亲缘关系相近,既有来自水/沉积物分支,又有来自土壤/沉积物分支;硝化污泥中的AOA与土壤/沉积物中的古菌亲缘关系相近,全部来自土壤/沉积物分支.湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中ANAMMOX细菌的16S rRNA基因Shannon指数都较小,生物多样性不丰富,但hzsB基因的丰度分别达到(1.32土0.17)×108、(2.88±0.28)×108、(7.76±0.25)×108拷贝数/g.湖泊污泥、稻田土壤中ANAMMOX细菌的优势种属于Brocadia属;硝化污泥中ANAMMOX细菌的Brocadia和Kuenenia几乎各占一半.【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2016(038)012【总页数】6页(P59-64)【关键词】氨氧化古菌;厌氧氨氧化细菌;生物多样性;基因丰度【作者】徐相龙;陈祥春;刘国华;范强;王皓;任争光;齐鲁;王洪臣【作者单位】中国人民大学环境学院,北京100872;济南热力有限公司,山东济南250100;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872【正文语种】中文氨氧化作用作为硝化反应的第1步，是硝化过程的限速步骤，其反应机制是利用好氧微生物将转化为一直以来，研究者们普遍认为这一反应中起主要作用的是好氧氨氧化细菌(AOB)。
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文章编号： １０００－１３３６（２００９）05－0755-05氨氧化古核生物魏 博 张舒婷 于 鑫（中国科学院城市环境研究所，厦门 ３６１０２１）摘要：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。
关键词：氨氧化古核生物；氨氧化细菌；氨单加氧酶基因中图分类号：Ｑ８９收稿日期：２００９－０４－２８国家自然科学基金（５０６７８０８０）资助作者简介：魏博（１９８１－），男，博士，助理研究员，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｗｅｉ＠ｉｕｅ．ａｃ．ｃｎ；张舒婷（１９８５－），女，硕士生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｔｚｈａｎｇ＠ｉｕｅ．ａｃ．ｃｎ；于鑫（１９７３－），男，博士，研究员，联系作者，Ｅ－ｍａｉｌ： ｘｙｕ＠ｉｕｅ．ａｃ．ｃｎ硝化作用是全球氮循环中的关键一环，氨氧化则是硝化作用的限速步骤。
因此微生物的氨氧化作用显得至关重要。
过去的研究认为氨氧化细菌（ａｍｍｏｎｉａ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ， ＡＯＢ）是主要的氨氧化者。
然而近年来的环境基因组学研究发现，泉古核生物（Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ）中存在有氨氧化能力的成员［１，２］，它们被称作氨氧化古核生物（ａｍｍｏｎｉａ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ａｒｃｈａｅａ，ＡＯＡ）。
氨氧化古核生物也具有能够将氨转化为羟胺的氨单加氧酶（ａｍｍｏｎｉａ ｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ， ＡＭＯ）。
越来越多的证据表明，ＡＯＡ广泛分布在各种非极端环境，且丰度和多样性高于ＡＯＢ，不再仅局限于最初认为的嗜热泉古核生物（ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ）中。
本文主要讨论了ＡＯＡ在氮素生物地球化学循环过程中的作用以及与污染治理与环境保护相关的一些特性等。
１． 已发现的氨氧化古核生物１．１ Ｎｉｔｒｏｓｏｐｕｍｉｌｕｓ ｍａｒｉｔｉｍｕｓ 已知的氨氧化古核生物来自泉古核生物类群，可培养的种类非常稀少。
分离于海水水族箱生物滤池的古核生物Ｎｉｔｒｏｓｏｐｕｍｉｌｕｓｍａｒｉｔｉｍｕｓ，被证实能够将ＮＨ＋４氧化成ＮＯ−２，通过氧化ＮＨ４＋而获得生长所需能量［３］。
Ｎ． ｍａｒｉｔｉｍｕｓ菌体短杆状，直径约０．１７￣０．２２ ｍｍ，长约０．５￣０．９ ｍｍ，体积小于ＡＯＢ。
该菌以重碳酸盐作为惟一碳源，属于化能自养型。
生长１２天后可达对数生长期，黑暗培养，温度２８ºC ，ｐＨ值７．０￣７．２；最大比生长率为０．７８／ｄａｙ，高于自然条件下生长率；氨氧化作用主要发生在对数生长期［３］。
无机培养基上生长，微量的有机物即可明显抑制该菌。
该菌含有二烷基甘油酯四醚（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｄｉｂｉｐｈｙｔａｎｙｌ ｇｌｙｃｅｒｏｌｔｅｔｒａｅｔｈｅｒ， ＧＤＧＴ）膜脂［４］。
而且，Ｎ． ｍａｒｉｔｉｍｕｓ是已知氨氧化古核生物中惟一量化了氨氧化反应的菌株，经测定该菌氨氧化的反应式［３］为：ＮＨ３＋１．５Ｏ２ → ＮＯ２−＋Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋ （∆Ｇ０＝−２３５ ｋＪ·m ｏｌ−１ ）１．２ Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｃａｌｄｕｓ ｙｅｌｌｏｗｓｔｏｎｉｉ 嗜热泉古核生物（Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｎｉｔｒｏｓｏｃａｌｄｕｓ ｙｅｌｌｏｗｓｔｏｎｉｉ）发现于黄石公园热泉沉积物中，是可通过氨氧化作用获取能量的化能自养菌［５］。
形状为球型或短棒状，以ＮＨ３Ｃｌ和重碳酸盐作为惟一能源和碳源、黑暗生长、最适生长温度为６０￣８０ºC ，最适氨氧化反应温度在７２ºC 。
该菌在自然界中存在的温度上限达到７４ºC 。
ＣａｎｄｉｄａｔｕｓＮ． ｙｅｌｌｏｗｓｔｏｎｉｉ在好氧环境下生长，经过１４４小时的培养，几乎将浓度为０．９ ｍＭ的ＮＨ４＋完全氧化［５］。
该菌也含有ＧＤＧＴ［５］。
１．３ Ｃｅｎａｒｃｈａｅｕｍ ｓｙｍｂｉｏｓｕｍ Ｃｅｎａｒｃｈａｅｕｍ ｓｙｍｂｉｏｓｕｍ是与海绵Ａｘｉｎｅｌｌａ ｍｅｘｉｃａｎａ共生的海洋泉古核生物，最早发现于１９９６年，基因组学研究证实了该菌有氧化ＮＨ４＋的能力［６］。
它的自然最适温度为１０ºC ，推测温度范围在８￣１８ºC［６］。
尽管目前还未能室内培养，通过基因组分析以及对它的能量代谢和碳同化进行预测，研究者们推测该菌有同时利用ＣＯ２和有机碳的能力，属混合营养型［６］。
Ｃ． ｓｙｍｂｉｏｓｕｍ的基因组平均ＧＣ含量为５７．７４％，拥有２０１７个编码蛋白的基因。
基因组包含编码氨透性酶的基因和氨氧化功能的基因，缺少细胞色素Ｃ基因，研究者认为该菌的能量来源于氨氧化作用［６］。
１．４ 其他 Ｈａｔｚｅｎｐｉｃｈｌｅｒ等［７］经过六年的富集培养，从热泉样品中分离出氨氧化古核生物富集物，并确定其中不含ＡＯＢ。
该富集物被命名为ＣａｎｄｉｄａｔｕｓＮｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ ｇａｒｇｅｎｓｉｓ。
４６ºC条件下，ＣａｎｄｉｄａｔｕｓＮ． ｇａｒｇｅｎｓｉｓ在ＮＨ４＋浓度为０．１４￣０．７９ ｍＭ时的氨氧化活性最大，而在ＮＨ４＋浓度为３．０８ ｍＭ时生长受到抑制［７］。
这样低的ＮＨ４＋抑制浓度在ＡＯＢ中未曾发现。
已知的ＡＯＡ与ＡＯＢ菌种在生长速度，最适生长条件以及营养能量代谢方面均有显著不同。
但目前对ＡＯＡ其他的代谢途径了解有限，众所周知泉古核生物使用３－羟基丙酸固碳途径，ＡＯＢ则利用开尔文循环。
可利用相同底物的特征必然导致它们之间的竞争，而不同的碳代谢特征意味着两者生态位的不同。
２． 古核生物氨单加氧酶基因（ａｍｏ）２．１ 古核生物ａｍｏ的发现和证实 氨单加氧酶（ａｍｍｏｎｉａｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ， ＡＭＯ）是负责将氨转化为羟胺的关键酶，也是ＡＯＡ和ＡＯＢ的共同特征，但两者的ＡＭＯ的编码基因又存在明显差异。
ＡＭＯ由Ａ、Ｂ和Ｃ三个亚基组成（分别是ａｍｏＡ、ａｍｏＢ和ａｍｏＣ三个基因的编码产物）［１］。
ａｍｏ是ＡＯＡ氨氧化的最初证据，马尾藻海中的环境基因组研究中，也发现了携带ａｍｏ的古核生物基因组片段，证明了海洋中可能存在古核生物介导的硝化途径［１］。
在Ｎ． ｙｅｌｌｏｗｓｔｏｎｉｉ菌的基因组中ａｍｏＣ并未与其他两个基因连锁［５］，而Ｃ．ｓｙｍｂｉｏｓｕｍ菌除了含有ａｍｏＡ、ａｍｏＢ和ａｍｏＣ基因外，还具有化能自养氨氧化过程相关的其他基因［６］。
Ｔｒｅｕｓｃｈ等［８］在土壤样品中进行的原位ＲＴ－ＰＣＲ实验证明了古核生物ａｍｏＡ在环境中的表达。
通过施加氨水孵育土壤样品的实验还证明了古核生物ａｍｏＡ表达量随加入ＮＨ４Ｃｌ量的增加而提升［８］。
这些实验证实了古核生物ａｍｏ与氨氧化作用的关系。
目前古核生物ａｍｏＡ已经成为判定ＡＯＡ的分子标记并广泛使用。
截至２００９年３月ＧｅｎＢａｎｋ中古核生物ａｍｏＡ的序列信息已经大于１６，０００条，而古核生物ａｍｏＢ和ａｍｏＣ的序列信息分别仅约８０条和２０条。
目前最常被用于检测古核生物ａｍｏＡ的引物和Ｔａｑｍａｎ探针的序列信息见表１。
２．２ ａｍｏＡ的序列特征 选择ａｍｏＡ作为分子标记，是因为ａｍｏＡ序列更加保守，有学者认为ａｍｏＡ的核酸序列相似度大于７０％，氨基酸序列大于６５％［１］。
古核生物ａｍｏＡ与古核生物１６Ｓ ｒＲＮＡ基因的系统发育关系相一致［２］。
而且ａｍｏＡ在细胞内的拷贝数也相对稳定，在海洋ＡＯＡ基因组中有１￣３个ａｍｏＡ的拷贝［１０］；对应的ＡＯＢ基因组中含有２￣３个ａｍｏＡ的拷贝［１１］。
我们随机选择了ＧｅｎＢａｎｋ中两类ＡＭＯ氨基酸序列进行比对，并使用ＰＡＭＬ［１２］软件包中ｃｏｄｅｍｌ程序对相应的ＤＮＡ序列进行分析，发现两类序列的各位点ｄＮ／ｄＳ（非同义突变率／同义突变率）都小于１，即说明两类ａｍｏＡ都受到净化选择（排除有害突变的选择）的影响。
但是，古核生物ａｍｏＡ序列比细菌ａｍｏＡ序列的变异更大，保守区域更短，存在许多相似度很低的区域（图１）。
这样的特征说明古核生物的ａｍｏＡ受到的选择压力可能小于细菌ａｍｏＡ，拥有更高的多样性。
３． 氨氧化古核生物的自然分布泉古核生物是自然界重要的微生物类群，数量巨大，约占总海洋超微型浮游生物（ｐｉｃｏｐｌａｎｋｔｏｎ）的２０％，占土壤总原核生物量的５％［１３］。
目前ＡＯＡ的群落调查主要基于分子生物学技术。
对取自不同环境的古核生物ａｍｏＡ进行系统发育分析后发现，ＡＯＡ的遗传多样性丰富，可分为土壤、沉积物和水三大类，相互很少重叠［１４］。
我国北方长期施氮肥的盐碱土壤样品中，古核生物ａｍｏＡ的多样性以及拷贝数都高于ＡＯＢ［１５］。
土壤ｐＨ值条件会影响ａｍｏＡ基因的多样性、丰度和表达，古核生物ａｍｏＡ的多样性和表达量随ｐＨ值升高而降低［９］。
欧洲草原和农田土壤样品里，古核生物ａｍｏＡ的拷贝数高于ＡＯＢ的，二者的比例在１．５倍至３０００倍之间，该比例随土层深度增加而增大，７０ ｃｍ深处比值达到最大；ａｍｏＡ表达量的比率变化也一致［１６］。
Ｔｏｕｒｎａ等［１７］的研究结果显示土壤温度变化对ＡＯＡ的群落结构影响大于ＡＯＢ。
Ｓａｎｔｏｒｏ等［１８］发现河口沉积物中，盐度和溶解氧是影响ＡＯＡ与ＡＯＢ比例的重要原因，在好氧环境中β－ＡＯＢ约为ＡＯＡ的３０倍，而在低溶解氧环境中ＡＯＡ是ＡＯＢ的１０倍。
在淡水沉水植物Ｌｉｔｔｏｒｅｌｌａｕｎｉｆｌｏｒａ的根际，古核生物ａｍｏＡ拷贝是细菌ａｍｏＡ的５００￣８０００倍［１９］。
Ｐａｒｋ等［２０］对９家污水处理厂的活性污泥分析研究结果表明，ＡＯＡ主要在低溶解氧和停留期长的系统中存在。
Ｕｒａｋａｗａ等［２１］在水族箱生物滤池中发现，低温可以同时降低ＡＯＡ与ＡＯＢ的多样性和丰度，但ＡＯＡ在低温环境中的多样性高于ＡＯＢ。
Ｙａｋｉｍｏｖ等［２２］在东地中海深海缺氧层发现ＡＯＡ是主要的物种。
同年，Ｌａｍ等［２３］的研究认为在黑海的低溶氧区，ＡＯＡ承担环境中７４．５％的氨氧化反应。
在北太平洋海水和沿岸中，ＡＯＡ则占据了明显的优势［２４］。
这些结论说明在多种环境中溶解氧和温度都是影响ＡＯＡ／ＡＯＢ比例变化的主要因素。
４． 氨氧化古核生物的氨氧化活性以上多数基于分子生物学的研究表明ＡＯＡ的数量在较低溶解氧或低ｐＨ环境中大于ＡＯＢ。
但使用稳定同位素探针标记土壤中氨氧化生物固碳作用的结果显示，使用１３Ｃ标记的ＣＯ２分子几乎都被ＡＯＢ所利用，ＡＯＡ的固碳量微乎其微［２５］。
说明在土壤中利用氨氧化过程产能并进行自养生长的生物主要是ＡＯＢ，并非ＡＯＡ；虽然土壤中ＡＯＡ的数量和多样性较高，但主要发挥作用的还是ＡＯＢ［２５］。
这可能与ＡＯＡ拥有混合营养生长的代谢机制有关，当环境中营养条件充足时，多数ＡＯＡ采用异养的生存方式；氨氧化机制给ＡＯＡ带来额外的能量来源，可提高其对环境变化的适应性，但并非多数ＡＯＡ赖以生存的唯一途径。