洪义国, 焦黎静, 吴佳鹏, 龙爱民 , 王伟,

1. 广州大学大湾区环境研究院, 珠三角水质安全与保护教育部重点实验室, 广东 广州 510007;

2. 广州大学环境科学与工程学院, 广东 广州 510007;

3. 热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所), 广东 广州 510301;

4. 中国科学院大学, 北京 10049

硝化过程是指微生物将氨(NH4+)氧化成为亚硝酸盐(NO2−), 并进一步氧化成为硝酸盐(NO3−)的过程, 是全球氮循环过程的一个重要环节, 在维持自然生态系统的运行中发挥重要作用(Ward et al, 2007; Zehr et al, 2011; Kuypers et al, 2018)。一般认为硝化过程由两类功能微生物介导: 氨氧化微生物(Ammonia-oxidizing microbes, AOM)和亚硝酸盐氧化微生物(Nitrite-oxidizing microbes, NOM)。其中, AOM 包括氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA), 催化硝化过程的第一阶段, 即NH4+氧化生成NO2−的过程。而NOM 目前只发现亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria, NOB), 催化硝化过程的第二阶段, 即NO2−氧化生成NO3−的过程。相较于AOM, 目前对NOB 的认知相对较少, 这严重制约了对硝化过程以及相关微生物功能类群的了解, 原因主要有两个: 1) 氨氧化过程是硝化过程的限速步骤, 环境中很少有NO2−的累积。因此, 对于NOB的群落结构及生理特性的探究没有受到足够的重视; 2) NOB 通常在生长过程中聚集成簇, 被胞外聚合物包围, 所以相较于AOB 和AOA, NOB 的分离与鉴定更加困难, 制约了在纯培养水平上对NOB 生理功能和遗传特征的认识。随着现代分子生态技术的进步, 例如变性梯度凝胶电泳技术(Denatured Gradient Gel Electrophoresis, DGGE)、鸟枪测序技术(Shotgun sequencing)、全基因组测序技术(Whole-genome sequencing)、荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ Hybridization, FISH)、高通量测序(High-throughput sequencing)等技术的发展, 我们对NOB 的多样性、生态分布以及代谢途径都有了更深入的了解, 同时也认识到NOB 在海洋生态系统的物质和能量代谢中发挥重要生态功能, 从而推动了海洋亚硝酸盐氧化过程的研究。……