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Occurrence and Roles of Comammox Bacteria in Water and Wastewater Treatment Systems:A Critical Review 被引量:3
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作者 Naga Raju Maddela Zhihao Gan +2 位作者 Yabing Meng Fuqiang Fan Fangang Meng 《Engineering》 SCIE EI CAS 2022年第10期196-206,共11页
Nitrogen removal is a critical process in water treatment plants(WIPs)and wastewater treatment plants(WWTPs).The recent discovery of a novel bacterial process,complete ammonia oxidation(comammox,CMX),has refuted a cen... Nitrogen removal is a critical process in water treatment plants(WIPs)and wastewater treatment plants(WWTPs).The recent discovery of a novel bacterial process,complete ammonia oxidation(comammox,CMX),has refuted a century-long perception of the two-step conversion of NH3to NO3-.Compared with canonical nitrifiers,CMX bacteria offer undeniable advantages,such as a high growth yield propensity and adaptability to nutrient-and growth-limiting conditions,which collectively draw attention to validate the aptness of CMX bacteria to wastewater treatment.As there has been no comprehensive review on the relevance of CMX bacteria for sustainable water and wastewater treatment,this review is intended to discuss the roles and applications of CMX in the removal of nitrogen and pollutants from water and wastewater.We took into account insights into the metabolic versatilities of CMX bacteria at the clade and subclade levels.We focused on the distribution of CMX bacteria in engineered systems,niche differentiation,co-occurrence and interactions with cano nical nitrifiers for a better understanding of CMX bacteria in terms of their ecophysiology.Conceptualized details on the reactor adaptability and stress response of CMX bacteria are provided.The potential of CMX bacteria to degrade micropollutants either directly or co-metabolically was evaluated,and these insights would be an indispensable advantage in opening the doors for wider applications of CMX bacteria in WWTPs.Finally,we summarized future directions of research that are imperative in improving the understanding of CMX biology. 展开更多
关键词 comammox bacteria Wastewater treatment Nitrogen removal Micropollutant degradation Reactor operation
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全程氨氧化菌(Comammox)在污水生物脱氮中的应用进展 被引量:4
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作者 李旭 周鑫 +1 位作者 王共磊 陈加波 《中国给水排水》 CAS CSCD 北大核心 2023年第22期46-54,共9页
探索高效污水生物脱氮技术一直是污水处理领域的热点问题,而对具有将氨氮直接氧化为硝酸盐氮能力的全程氨氧化菌(Complete ammonia oxidizers,Comammox)的发现重新定义了人们对氮循环的认识。如何将全程氨氧化应用于污水处理厂的生物脱... 探索高效污水生物脱氮技术一直是污水处理领域的热点问题,而对具有将氨氮直接氧化为硝酸盐氮能力的全程氨氧化菌(Complete ammonia oxidizers,Comammox)的发现重新定义了人们对氮循环的认识。如何将全程氨氧化应用于污水处理厂的生物脱氮可能是未来研究需要重点解决的问题。为此,系统地阐述了Comammox菌的微生物学分类、生化特性和代谢机制,分析了Comammox菌与其他脱氮功能微生物的相互作用,总结了Comammox的影响因素。最后提出了基于Comammox-厌氧氨氧化协同实现城市污水主流脱氮的初步设想,并对Comammox的未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 全程氨氧化菌 污水处理 生物脱氮 厌氧氨氧化
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Soil pH and phosphorus drive the canonical nitrifiers and comammox Nitrospira communities in citrus orchards with different cultivation ages
3
作者 Haiyang Liu Zhikang Tao +4 位作者 Hongen Liu Wei Xu Yuanyi Qin Zhaojun Nie Wenfeng Tan 《Soil Ecology Letters》 CSCD 2024年第2期111-124,共14页
Comammox Nitrospira clade A and B showed contrasting responses to citrus planting.54d9-like AOA and Nitrobacter-NOB dominated in the 5Y and 10Y soils.Nitrososphaera-like AOA and Nitrospira-like NOB dominated in the 20... Comammox Nitrospira clade A and B showed contrasting responses to citrus planting.54d9-like AOA and Nitrobacter-NOB dominated in the 5Y and 10Y soils.Nitrososphaera-like AOA and Nitrospira-like NOB dominated in the 20Y and 30Y soils.Soil pH and P content were the major factors shaping nitrifying communities. 展开更多
关键词 AOB AOA comammox Nitrospira NOB soil pH phosphorus content
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污水处理系统中全程氨氧化细菌的研究进展 被引量:1
4
作者 赫梓轩 陈诗 +2 位作者 徐一峰 梁川州 彭来 《中国环境科学》 北大核心 2025年第5期2546-2557,共12页
完全氨氧化细菌(comammox)的发现为污水处理系统硝化工艺提质增效提供了全新思路.它的代谢途径与功能基因具备实现污水高效脱氮减碳的潜力.但如何实现comammox的高效富集尚无定论,comammox在硝化工艺运行中对氨氮去除与氧化亚氮(N_(2)O... 完全氨氧化细菌(comammox)的发现为污水处理系统硝化工艺提质增效提供了全新思路.它的代谢途径与功能基因具备实现污水高效脱氮减碳的潜力.但如何实现comammox的高效富集尚无定论,comammox在硝化工艺运行中对氨氮去除与氧化亚氮(N_(2)O)产生的贡献有待进一步探究.综述了高效富集comammox的技术手段,并探讨了环境底物浓度、溶解氧、运行工艺和温度等因素对comammox选择性富集的影响.以氯酸盐作为comammox的专性抑制剂,结合1-辛炔,构建双抑制剂实验体系,能够阐明污水处理系统内comammox的硝化贡献与N_(2)O释放能力. 展开更多
关键词 完全氨氧化细菌(comammox) 硝化作用 污水处理 N_(2)O
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溶解氧对短程硝化影响研究进展 被引量:3
5
作者 王世豪 朱易春 +2 位作者 赖雅芬 李晓超 田帅 《环境化学》 北大核心 2025年第2期496-506,共11页
短程硝化作为全程自养脱氮、短程硝化耦合反硝化除磷等新型脱氮工艺的关键步骤,是实现高效生物脱氮的重要环节.通过控制溶解氧浓度启动及维持短程硝化具有广阔的工程应用前景,但溶解氧对短程硝化的影响机制具有争议性,已成为了制约其工... 短程硝化作为全程自养脱氮、短程硝化耦合反硝化除磷等新型脱氮工艺的关键步骤,是实现高效生物脱氮的重要环节.通过控制溶解氧浓度启动及维持短程硝化具有广阔的工程应用前景,但溶解氧对短程硝化的影响机制具有争议性,已成为了制约其工程化应用的瓶颈.论文综述了溶解氧对不同微生物的影响,着重论述了不同溶解氧下氨氧化细菌酶活性与生化反应的关联性,指出溶解氧变化使得亚硝酸盐氧化菌失活是其产生竞争性淘汰的根本原因,并分析了溶解氧变化对全程氨氧化菌的影响,从而揭示控制溶解氧工艺可以成功启动短程硝化的原因,并归纳总结了低溶解氧、高溶解氧、间歇曝气三种模式下短程硝化工艺的控制策略,旨在为溶解氧控制短程硝化的启动及稳定化运行提供参考. 展开更多
关键词 短程硝化 溶解氧 氨氧化微生物 亚硝酸盐氧化菌 全程氨氧化菌
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刈草种林对滨海湿地土壤氨氧化微生物丰度的影响
6
作者 叶瑞超 叶桂萍 +5 位作者 杨平 冯蒙蒙 韩风毅 成于恒 贺纪正 林永新 《土壤》 北大核心 2025年第1期124-131,共8页
依托福建省闽江河口鳝鱼滩湿地建立的短叶茳芏本地植物、互花米草入侵和互花米草刈割种植红树林(刈草种林)样地,利用实时定量PCR方法,研究互花米草入侵和刈草种林对土壤氨氧化微生物丰度的影响。结果表明,植被类型和季节变化均显著影响... 依托福建省闽江河口鳝鱼滩湿地建立的短叶茳芏本地植物、互花米草入侵和互花米草刈割种植红树林(刈草种林)样地,利用实时定量PCR方法,研究互花米草入侵和刈草种林对土壤氨氧化微生物丰度的影响。结果表明,植被类型和季节变化均显著影响土壤理化性质,互花米草入侵提高土壤硝态氮含量,刈草种林则降低硝态氮含量。冬季土壤pH、有机碳、全氮和铵态氮含量均显著高于夏季,盐度则显著低于夏季。植被类型显著影响氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度,主要表现为刈草种林显著降低AOA丰度,但显著增加冬季AOB丰度。虽然植被类型对完全氨氧化菌的影响相对较小,但互花米草入侵显著降低冬季完全氨氧化菌clade A丰度。季节变化仅显著影响AOB丰度,主要表现为3种植被类型冬季的AOB丰度均高于夏季。综上,刈草种林生态恢复措施显著降低AOA丰度,提高冬季AOB丰度,且降低土壤硝态氮含量,可能对土壤的硝化过程产生重要影响。 展开更多
关键词 河口湿地 植被类型 季节 氨氧化微生物 完全氨氧化菌
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紫云英还田对红壤水稻土氨氧化微生物功能基因丰度的影响
7
作者 孙鲁沅 刘佳 +4 位作者 冯蒙蒙 刘晗 马停停 陈晓芬 林永新 《土壤学报》 北大核心 2025年第3期857-869,共13页
硝化作用是氮循环的重要组成部分,会影响土壤氮素有效性,进而引发水体富营养化和温室气体氧化亚氮排放等生态环境问题。为研究水稻-紫云英种植模式下,紫云英还田对红壤水稻土氨氧化微生物功能基因丰度的影响,以不施肥处理(CK)作为对照,... 硝化作用是氮循环的重要组成部分,会影响土壤氮素有效性,进而引发水体富营养化和温室气体氧化亚氮排放等生态环境问题。为研究水稻-紫云英种植模式下,紫云英还田对红壤水稻土氨氧化微生物功能基因丰度的影响,以不施肥处理(CK)作为对照,分别设置紫云英还田(G)、施用100%化肥(C)、紫云英还田+100%化肥(GC),紫云英还田+化肥减量20%(GCT20)处理。通过实时定量PCR的方法,对各处理氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和完全氨氧化菌(Comammox Nitrospira)分支A(Clade A)、分支B(Clade B)功能基因丰度进行研究。结果表明:与不施肥处理相比,紫云英还田可提升红壤水稻土中有机碳和全氮含量,而单施化肥对其无显著影响。土壤AOA和Clade B基因丰度在各处理间均无明显差异,表明这两类氨氧化微生物对化肥氮和绿肥氮的响应均较弱。然而,单施化肥或紫云英还田配施化肥均可显著提高AOB和Clade A基因丰度,但仅紫云英还田处理对AOB和Clade A基因丰度无显著影响,表明AOB和Clade A对化肥氮更敏感,而对绿肥氮的响应相对较小。此外,所有氨氧化微生物丰度均呈成熟期、孕穗期、分蘖期依次降低的趋势,表明水稻的生长和氧气浓度是影响氨氧化微生物生长的重要因素。综上所述,生育期是影响水稻土壤氨氧化微生物丰度的关键因素,但在同一生育期,紫云英还田对AOB和Clade A丰度的提升作用远低于化肥,绿肥可能更有利于氮素的保留和稳定。 展开更多
关键词 红壤水稻土 绿肥 氨氧化古菌 氨氧化细菌 完全氨氧化菌
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长期不同施肥量对全程氨氧化细菌丰度的影响 被引量:19
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作者 王梅 王智慧 +1 位作者 石孝均 蒋先军 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期4727-4734,共8页
全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)的发现彻底改变了对传统硝化作用的认知,其在生物地球化学氮循环中可能具有很重要的作用,并为硝化作用研究提供了新的思路,故需要有更多的工作去评估Comammox Nitrospira在不同生态系统中的分布,本... 全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)的发现彻底改变了对传统硝化作用的认知,其在生物地球化学氮循环中可能具有很重要的作用,并为硝化作用研究提供了新的思路,故需要有更多的工作去评估Comammox Nitrospira在不同生态系统中的分布,本试验选取西南大学长期定位试验田的3种不同施肥量的水稻土,分别为对照组(blank control)、常规施肥量(NPK)、高量施肥(1.5NPKS)处理土壤,进行硝化势及硝化微生物尤其是全程氨氧化细菌的测定.结果表明:(1)3种施肥量处理土壤中均检测出较高数量级的Comammox,分支A(Clade A)丰度(以干土计,下同)分别为9.0×107、1.7×108、7.2×108copies·g^(-1),而分支B(Clade B)丰度分别为1.5×107、1.2×107、1.7×107copies·g^(-1).(2)3种施肥土壤中AOA丰度为1.5×107~1.2×108copies·g^(-1),AOB丰度分别为2.0×105~9.3×107copies·g^(-1),均低于Comammox丰度,而不施肥条件下Comammox丰度与AOA、AOB的比值最大,分别为7.2、524.4.(3)Comammox Clade A丰度与Comammox Clade B的比值随施肥量增加而增加,且比值依次为6.1、14.4、43.1.(4)NPK、1.5NPKS两种N肥施用量下全程氨氧化细菌分支A丰度分别为对照组的1.9、8.0倍,氨氧化古菌(AOA)分别是对照组的3.2、7.2倍,氨氧化细菌(AOB)均比对照组显著增加2个数量级;硝化势也随施肥量增加而增大;但不同施肥量对分支B丰度却无显著影响.本试验结果表明Comammox广泛分布于中性紫色水稻土中,在水稻土中丰度均比AOA、AOB高,因此Comammox很有可能在中性紫色水稻土的硝化作用中有一定贡献;水稻土中Comammox以Comammox Clade A为主. 展开更多
关键词 氮循环 硝化作用 水稻土 氨氧化微生物 亚硝酸盐氧化细菌 全程氨氧化细菌(comammox Nitrospira)
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脱氮系统中全程硝化菌的基因组库构建及特性
9
作者 许少怡 逯慧杰 《中国环境科学》 北大核心 2025年第8期4225-4234,共10页
通过构建全程硝化菌基因组库,定量分析城镇污水脱氮系统,饮用水处理系统等56个不同水处理系统中全程硝化菌基因组的丰度和多样性特性差异,结合统计分析分布影响因子,解析作用机制.结果表明,被调研的城镇污水脱氮系统中全程硝化菌在氨氧... 通过构建全程硝化菌基因组库,定量分析城镇污水脱氮系统,饮用水处理系统等56个不同水处理系统中全程硝化菌基因组的丰度和多样性特性差异,结合统计分析分布影响因子,解析作用机制.结果表明,被调研的城镇污水脱氮系统中全程硝化菌在氨氧化群落占8.2%~99.6%,在Nitrospira群落中占1.4%~48.6%.系统发育分析表明城镇污水脱氮系统的全程硝化菌拼接基因组与Ca.Nitrospira nitrosa基因组系统发育距离较近,核苷酸相似度高于94%,且群落均匀度高于饮用水处理系统,推测Ca.Nitrospira nitrosa种群对城镇污水脱氮系统具有特定的适应能力.相关性分析表明,pH值和COD分别与全程硝化菌的分布显著正相关和负相关,且全程硝化菌在中低浓度NH_(4)^(+),高污泥停留时间,低溶解氧等环境下更易成为优势硝化菌.研究揭示了城镇污水脱氮系统中的优势全程硝化菌Ca.Nitrospira nitrosa及其分布影响因子. 展开更多
关键词 城镇污水脱氮系统 全程硝化菌 Ca.Nitrospira nitrosa 宏基因组组装基因组 影响因子
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基于宏基因组学的酸性森林土壤氨氧化微生物群落特征研究 被引量:4
10
作者 唐修峰 秦华 +8 位作者 匡璐 王欣欣 宋玉翔 高豪 刘林梦 任一 单军 张焕朝 王保战 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1311-1321,共11页
全球30%以上陆地面积是酸性土壤(pH<5.5),而酸性土壤中氨氧化微生物群落特征研究是破译其硝化过程微生物学机理的基础。尤其随着完全硝化微生物(Complete ammonia oxidizer,comammox)的发现,亟需重新认知酸性土壤中氨氧化微生物类群... 全球30%以上陆地面积是酸性土壤(pH<5.5),而酸性土壤中氨氧化微生物群落特征研究是破译其硝化过程微生物学机理的基础。尤其随着完全硝化微生物(Complete ammonia oxidizer,comammox)的发现,亟需重新认知酸性土壤中氨氧化微生物类群。以酸性马尾松林为研究对象,综合利用荧光定量PCR(qPCR)、凝胶电泳半定量和宏基因组测序等技术研究土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和Comammox的相对丰度以及群落组成特征。研究发现AOA和AOB amoA基因丰度分别为2.61×10^(6) copies·g^(-1)和1.45×10^(6)copies·g^(-1);而comammoxamoA基因qPCR结果存在显著的非特异性扩增,导致其丰度被高估,而经凝胶电泳半定量矫正后,约为(1.38~1.47)×10^(6)copies·g^(-1),该结果和土壤宏基因测序揭示的comammox相对丰度基本吻合。此外,宏基因组分析发现经典嗜酸group1.1a-associated仅占AOA总类群的12%,而group1.1b则占88%,尽管目前仍未有嗜酸group 1.1b AOA纯菌株的报道。AOB主要类群为Nitrosospira(约64%),而Nitrosomonas约占36%。Comammox主要类群为clade B(约64%),而clade A仅占36%且均隶属于clade A.1亚枝,这暗示clade B与已报道的嗜中性comammox clade A纯菌株有极大的生理代谢差异。总之,本研究提供了综合利用qPCR、半定量和宏基因组分析土壤氨氧化微生物群落的策略,并建议优化comammox的qPCR引物,同时本研究系统分析了酸性马尾松林土壤中氨氧化微生物的相对丰度和群落组成特征。 展开更多
关键词 酸性森林土壤 氨氧化微生物 comammox AMOA基因 宏基因组学
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完全氨氧化菌及其硝化作用的研究进展 被引量:7
11
作者 史国帅 白莉 周立光 《吉林建筑大学学报》 2018年第5期57-63,共7页
完全氨氧化菌(简称Comammox)系指具有把NH3氧化为NO3-功能的微生物,Comammox的发现终结了传承百年的N-cycle教条,并引发了众多关于自然界中氮循环的重要科学问题.截至目前已发现并得到的富集Comammox (如Candidatus nitrospira nitrosa,... 完全氨氧化菌(简称Comammox)系指具有把NH3氧化为NO3-功能的微生物,Comammox的发现终结了传承百年的N-cycle教条,并引发了众多关于自然界中氮循环的重要科学问题.截至目前已发现并得到的富集Comammox (如Candidatus nitrospira nitrosa,candidatus nitrospira nitrificans和Candidatus nitrospira inopinata)均属于硝化螺菌谱系Ⅱ,广泛分布于饮用水、废水处理以及一系列天然淡水和陆地生态等系统中. Comammox比大多数氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对氨和氧具有更高的亲和力.此外,在低氨和氧浓度等环境中,高丰度和活性的Comammox对于N2O的减排可能具有重要意义. Comammox的生态位分化及其硝化作用是今后重要的研究方向. 展开更多
关键词 完全氨氧化菌(comammox) 硝化螺菌属 氨氧化细菌(AOB) 氨氧化古菌(AOA) 氮循环
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宏基因组技术研究泥岩母质发育的三种不同pH紫色土硝化微生物群落演变规律 被引量:10
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作者 王智慧 蒋先军 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1933-1944,共12页
【目的】揭示典型农田旱地紫色土硝化微生物的群落组成及其对pH的响应规律。【方法】针对同一母质发育但pH差异显著的3种紫色土,利用宏基因组技术深度测序研究土壤中硝化微生物丰度和群落,包括氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AO... 【目的】揭示典型农田旱地紫色土硝化微生物的群落组成及其对pH的响应规律。【方法】针对同一母质发育但pH差异显著的3种紫色土,利用宏基因组技术深度测序研究土壤中硝化微生物丰度和群落,包括氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA),氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB),亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizer,Comammox)。【结果】土壤中硝化微生物的丰度占总微生物的2.130%-6.082%。3种紫色土中AOA、AOB和NOB的相对丰度有显著差异:酸性紫色土中AOA的相对丰度显著大于碱性紫色土,而AOB则相反;NOB的相对丰度在中性紫色土中最高。所有土样中均发现了1种全程氨氧化细菌Candidatus Nitrospira inopinata(Ca.N.inopinata),其在中性紫色土中相对丰度最高,占总微生物的0.203%。3种不同pH紫色土中AOA均以Nitrososphaera为主,NOB均以Nitrospira为主;酸性紫色土中AOB以Nitroscoccus为主,而中性和石灰性紫色土中则以Nitrosospira为主。Pearson相关性分析发现,土壤pH和铵态氮是影响硝化微生物丰度最大的两个因子。【结论】Comammox存在于3种不同pH紫色土中,且偏好中性环境;AOA、AOB和NOB群落结构和相对丰度都存在显著差异,结合相关性分析发现土壤pH和铵态氮是导致差异最重要的两个因子。 展开更多
关键词 氨氧化细菌 氨氧化古菌 亚硝酸盐氧化细菌 全程氨氧化细菌 氮循环
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不同类型稻田中全程氨氧化微生物的分异特征 被引量:3
13
作者 张洁 宋怡轩 +1 位作者 张鑫磊 张耀鸿 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期584-590,共7页
选用微碱性氮贫瘠的上海市崇明岛稻田和微酸性氮丰富的南京市稻田剖面(0~50 cm),比较研究稻田土壤中氨氧化微生物类群丰度的差异及其环境驱动机制,评价其与氨氧化潜力的内在关系。结果表明,崇明稻田的净硝化速率为12.82~22.30 mg/(kg... 选用微碱性氮贫瘠的上海市崇明岛稻田和微酸性氮丰富的南京市稻田剖面(0~50 cm),比较研究稻田土壤中氨氧化微生物类群丰度的差异及其环境驱动机制,评价其与氨氧化潜力的内在关系。结果表明,崇明稻田的净硝化速率为12.82~22.30 mg/(kg·d),明显高于南京稻田[4.26~7.46 mg/(kg·d)]。崇明稻田土壤剖面的Comammox amoA基因总拷贝数(Clade A与Clade B之和)均值为1 g 8.8×106拷贝,是南京稻田的2.4倍,且Clade A与Clade B的比值范围为2.5~12.7,证实了Comammox存在于2种不同类型的稻田土壤中。崇明稻田和南京稻田剖面的氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 3.75×108拷贝和1.23×108拷贝,氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 2.05×107拷贝和0.35×107拷贝,这2种菌群基因拷贝数均在10.1~20.0 cm土层达到最高。回归分析发现,2个稻田中氨氧化细菌(AOB)对氨氧化潜力的贡献率达到90%~94%,而Comammox仅为3%左右,表明氨氧化细菌(AOB)在氨氧化过程中发挥主要作用。 展开更多
关键词 稻田 全程氨氧化细菌 氨氧化细菌 氨氧化古菌 氨氧化潜力
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Insights into the mechanism of the deterioration of mainstream partial nitritation/anammox under low residual ammonium 被引量:3
14
作者 Yandong Yang Yiming Jiang +4 位作者 Yanan Long Jiarui Xu Changqing Liu Liang Zhang Yongzhen Peng 《Journal of Environmental Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期29-39,共11页
Residual ammonium is a critical parameter affecting the stability of mainstream partial nitritation/anammox(PN/A), but the underlying mechanism remains unclear. In this study,mainstream PN/A was established and operat... Residual ammonium is a critical parameter affecting the stability of mainstream partial nitritation/anammox(PN/A), but the underlying mechanism remains unclear. In this study,mainstream PN/A was established and operated with progressively decreasing residual ammonium. PN/A deteriorated as the residual ammonium decreased to below 5 mg/L, and this was paralleled by a significant loss in anammox activity in situ and an increasing nitrite oxidation rate. Further analysis revealed that the low-ammonium condition directly decreased anammox activity in situ via two distinct mechanisms. First, anammox bacteria were located in the inner layer of the granular sludge, and thus were disadvantageous when competing for ammonium with ammonium-oxidizing bacteria(AOB) in the outer layer. Second, the complete ammonia oxidizer(comammox) was enriched at low residual ammonium concentrations because of its high ammonium affinity. Both AOB and comammox presented kinetic advantages over anammox bacteria. At high residual ammonium concentrations,nitrite-oxidizing bacteria(NOB) were effectively suppressed, even when their maximum activity was high due to competition for nitrite with anammox bacteria. At low residual ammonium concentrations, the decrease in anammox activity in situ led to an increase in nitrite availability for nitrite oxidation, facilitating the activation of NOB despite the dissolved oxygen limitation(0.15–0.35 mg/L) for NOB persisting throughout the operation. Therefore, the deterioration of mainstream PN/A at low residual ammonium was primarily triggered by a decline in anammox activity in situ. This study provides novel insights into the optimized design of mainstream PN/As in engineering applications. 展开更多
关键词 Mainstream partial nitritation/anammox Residual ammonium Granular sludge comammox
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石灰性紫色土硝化作用及硝化微生物对不同氮源的响应 被引量:11
15
作者 赵伟烨 王智慧 +4 位作者 曹彦强 刘天琳 罗红燕 朱波 蒋先军 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期479-489,共11页
土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸... 土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的丰度与群落结构对不同氮源的响应。结果表明:不同氮源均刺激土壤硝化作用的发生,CO(NH2)2处理下的净硝化速率最大,约是CK处理的4.76倍,(NH_4)2SO4和NH_4Cl处理下的净硝化速率分别为N 3.88和3.34 mg kg-1d-1。相比于(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理,NH_4Cl处理降低了硝态氮的累积量,抑制了铵态氮的减少量。AOB amo A基因拷贝数在28 d培养过程中变化显著(p<0.05),在(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理中呈先增长后降低趋势,在NH_4Cl处理中呈持续增长趋势;而AOA amo A基因拷贝数无显著变化(p>0.05)。说明石灰性紫色土硝化作用的主要推动者是AOB,而不是AOA。在28 d培养过程中,亚硝酸盐氧化细菌占总微生物的比例高于氨氧化细菌和古菌,意味着石灰性紫色土中可能存在全程氨氧化微生物(Comammox)。高通量测序的结果表明:石灰性紫色土中AOB的优势种群为亚硝化螺菌Nitrosospira Cluster 3,AOA的优势种群是土壤古菌Group 1.1b,NOB的优势种群是硝化螺菌Nitrospira。 展开更多
关键词 土壤氮循环 氨氧化细菌 氨氧化古菌 亚硝酸盐氧化细菌 全程氨氧化细菌
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锡林河流域Nitrospira的生态位分化及环境驱动力 被引量:6
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作者 于景丽 夏晶晶 +4 位作者 李传虹 张少华 李新 芦燕 希尼尼根 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1418-1429,共12页
【背景】硝化螺菌属(Nitrospira)驱动的全程及半程硝化过程在全球氮循环中发挥关键作用,但关于锡林河流域Nitrospira的生态位分化和环境驱动力及其可能发挥的全程硝化功能尚不明晰。【目的】阐明锡林河流域不同生境Nitrospira的生态位... 【背景】硝化螺菌属(Nitrospira)驱动的全程及半程硝化过程在全球氮循环中发挥关键作用,但关于锡林河流域Nitrospira的生态位分化和环境驱动力及其可能发挥的全程硝化功能尚不明晰。【目的】阐明锡林河流域不同生境Nitrospira的生态位分化及环境驱动力,探究可能的全程硝化功能。【方法】利用16S rRNA基因高通量测序及生物信息学分析研究不同生境沉积物及土壤Nitrospira类群的组成、丰度、生态位分化及其环境驱动力,并预测其全程硝化功能。【结果】共检测到9类Nitrospira,其中Nitrospira 1、2、4主要分布在旱生环境,与沙粒、水分含量、pH及氨氮间存在负相关关系,与硝态氮、可溶性盐、总有机碳、全氮、全磷、粉粒和粘粒含量间存在正相关关系;Nitrospira5、6、7、8、9主要分布在水生及湿生环境,与粉粒等存在负相关关系,与沙粒等存在正相关关系(Nitrospira 9与氨氮存在负相关除外);Nitrospira 3优先分布在河床中心水生环境,仅与沙粉粒含量存在正相关关系,与其他环境因子存在负相关关系。【结论】锡林河流域Nitrospira类群有明显的生态位分化和广泛的生境适应性。Nitrospira 1、2、4最适于营养相对丰富的旱生环境;Nitrospira 5、6、7、8、9最适于相对寡营养的水生及湿生环境;Nitrospira 3偏爱粉沙、自由水及低氨寡营养水生环境。粉粒含量、可溶性盐和氨氮是导致Nitrospira类群生态位分化及空间分异的最主要环境驱动力。推测Nitrospira 3很可能是驱动全程硝化的完全氨氧化菌(comammox),而Nitrospira 1、2、4、5、6、7、8、9是否为Comammox有待探究。 展开更多
关键词 锡林河流域 硝化螺菌属 生态位分化 环境驱动力 完全氨氧化菌
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巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究 被引量:5
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作者 蒋莹莹 潘晶 +6 位作者 王晓敏 王元涛 刘时光 周杰民 祝贵兵 刘春雷 王为东 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1260-1268,共9页
完全氨氧化过程(complete ammonia oxidation, comammox)的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层(0~10 cm)沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结... 完全氨氧化过程(complete ammonia oxidation, comammox)的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层(0~10 cm)沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明:基于amoA基因的comammox细菌的丰度为(5.20±0.72)×10^6^(4.06±1.23)×10^7 copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为(5.39±1.01)×10^5^(1.60±0.18)×10^7 copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为(6.16±1.57)×10^5^(4.30±0.19)×10^6 copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析(Principle Coordinate Analysis, PcoA)结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH+4和NO-3与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系. 展开更多
关键词 完全氨氧化 氨氧化古菌 氨氧化细菌 高通量 多样性
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亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应 被引量:8
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作者 冯蒙蒙 林永新 +6 位作者 贺子洋 刘小飞 陈仕东 宛颂 段春健 叶桂萍 贺纪正 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1622-1628,共7页
我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福... 我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^(-2)·a^(-1),LN)和高氮(添加80 kg N·hm^(-2)·a^(-1),HN)。结果表明:8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。 展开更多
关键词 氮添加 亚热带森林 硝化微生物 完全氨氧化菌
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土壤生态系统硝化微生物研究进展 被引量:14
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作者 杨赛 朱琳 魏巍 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1-10,共10页
微生物主导的硝化作用是生态系统中氮素循环的关键过程,其不仅与酸雨、温室气体、水体富营养化等环境问题的发生有关,还作用于土壤中氮素营养的转化,与人类生产生活密切相关。土壤生态系统中进行硝化作用的微生物包括细菌、古细菌、真... 微生物主导的硝化作用是生态系统中氮素循环的关键过程,其不仅与酸雨、温室气体、水体富营养化等环境问题的发生有关,还作用于土壤中氮素营养的转化,与人类生产生活密切相关。土壤生态系统中进行硝化作用的微生物包括细菌、古细菌、真菌等。这些微生物根据自身能量代谢类型的不同,利用不同的生物酶进行着不同机制的硝化作用。本文综述了目前已报道的生态系统中进行自养(经典自养硝化和全程氨氧化)和异养硝化作用的微生物类群、硝化作用关键酶及其编码基因类型、其在生态系统中多样的分布特征,以及其前沿的分子生态学研究方法。同时对不同类型硝化微生物类群今后的研究热点提出了展望,以期为系统地研究土壤生态系统中硝化微生物提供参考。 展开更多
关键词 硝化作用 经典自养硝化微生物 全程氨氧化微生物 异养硝化微生物 分子生态学
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完全氨氧化菌的分子生态学研究进展 被引量:8
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作者 高复云 李雅颖 姚槐应 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2831-2840,共10页
硝化作用是氮素循环的核心环节,一直是土壤生物化学研究的热点之一。2015年,完全氨氧化菌(Comammox)的发现颠覆了两步硝化的传统观点,丰富了土壤氮素循环的理论体系。完全氨氧化菌能够独立执行整个硝化过程,具有将氨直接氧化成硝酸盐的... 硝化作用是氮素循环的核心环节,一直是土壤生物化学研究的热点之一。2015年,完全氨氧化菌(Comammox)的发现颠覆了两步硝化的传统观点,丰富了土壤氮素循环的理论体系。完全氨氧化菌能够独立执行整个硝化过程,具有将氨直接氧化成硝酸盐的能力。本文从完全氨氧化菌的定量检测方法、系统发育及组学分析入手对其分子生态学的国内外研究进展进行了系统综述,着重阐述了完全氨氧化菌在土壤中的多样性和分布规律。未来的研究可以针对以下内容开展:1)探索完全氨氧化菌的分子标志物,设计特异性引物,使其具有更高的分子覆盖度,从而完善完全氨氧化菌多样性的研究;2)优化完全氨氧化菌分离培养技术,富集分离得到更多完全氨氧化菌富集物或纯培养,完善完全氨氧化菌生理生化特性的研究;3)对完全氨氧化菌的功能和活性进行原位表征,并解析其对土壤硝化过程的贡献,阐明完全氨氧化菌的生态学特征,为促进土壤氮素良性循环和生态环境保护提供科学依据。 展开更多
关键词 完全氨氧化菌 硝化螺菌 引物 系统发育分析 基因组学 硝化抑制剂
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