微生物论文
3 环境因子对氨氧化微生物的影响。
土壤拥有非常复杂的环境体系，其理化性状决定着土壤中微生物群落的数量和分布。土壤氨氧化微生物的分布除了与土壤养分状况紧密相关[26],还与土壤 pH 值[27]、NH3浓度[28]、土壤管理方式[29]和植被[30]等有很大的关系。
3.1 pH 值。
硝化作用底物的生物可利用性和化学形态均受土壤 pH 值影响，同时 pH 值也影响 AOB 和AOA 的生长和功能活性，进而影响它们对硝化作用的相对贡献[31].随着农田土壤硝化作用的不断加强，显着降低了土壤的 pH 值，AOA 的 amoA 丰度明显下降，表明 pH 值可能是影响土壤 AOA 数量的重要环境因子[32].另有研究表明，在 pH=8.3~8.7 的碱性土壤[33]和 pH=3.7~6.0[34]的酸性土壤中AOA 的 amoA 基因丰度与 pH 值也呈现较好的负相关。但是也有研究表明，AOA 的 amoA 基因丰度随着土壤 pH 值的升高而增加[35],或者没有显着变化[36].Gubry-Rangin 等[37]认为 pH 值是唯一测量到的显着影响 AOA 群落和结构的土壤理化性质。在酸性土壤中，相对丰度较高的 AOB 是 Nitrosospiracluster 2[38];而 Carnol 等[39]证明，在高氮负荷的酸性褐色土壤中 AOB 的群落是以 Nitrosomonas eu-ropaea 为主。
一般认为，在 pH 值<6.5 的环境中 AOB 不易生长，其适宜生长的 pH 值范围为 7.0~8.5.Yuan等[40]和 Zhang 等[41]的研究发现，在红壤 pH 值比较低的条件下对氨氧化微生物的群落结构具有选择性。另外，研究发现酸性和碱性土壤中氨氧化微生物的活性存在着明显差异。He 等认为在酸性红壤中，氨氧化势与 AOA 的丰度呈正相关，而与 AOB的丰度无关；相反地，Shen 等[7]在研究中性和碱性土壤时发现，氨氧化势与 AOB 的丰度呈正相关。Hu 等[42]通过高通量测序，认为 pH 值最能解释AOA 和 AOB 的生态位分异；Wang 等[12]利用 DNA-SIP 技术，发现长期定位施肥改变了土壤的 pH值，“活跃的”氨氧化微生物群体也发生了变化。
3.2 土壤中 NH3的浓度。
氨的氧化为缓慢生长的硝化微生物提供唯一的能量，因此氨介质的可利用性被认为是 AOA 和AOB 不同生态分异的主要影响因素[43].以前的研究表明，一些含氨量很低的生态系统中，也有未知的氨氧化微生物出现，因为原位条件下氨介质的浓度显着低于 AOB 的生长需要[44].同样，在调查不施肥、施矿质肥和矿质肥加有机肥时，发现amoA 基因拷贝数的 AOA 与 AOB 之比在不施肥土壤中最高[45].研究表明，在大量施肥的土壤或者湿地中 AOB 丰度和硝化强度显着正相关；而且AOA 的生长受到高水平氨的抑制[46].
在当前研究中从陆地或者海洋生态系统中培养或者富集古菌的抑制浓度是 0.89~356 μmol·L-1,远低于 AOB 的可培养浓度 394~40 000 μmol·L-1.这表明 AOA 具有更低更窄的介质生长范围。被富集的 AOA 的 Km 值仅为 0.61~0.69[47].相比较来说可培养 AOB 的 Km 常数是 50~1 780 μmol·L-1,因此 AOA 具有更高的 NH3亲和力，大于可培养AOB 的 200 多倍[48].说明 AOA 在 pH 值较低的低氨环境中相比 AOB 有更大的竞争能力。
3.3 温 度。
合适的温度对于生物酶催化新陈代谢非常关键，从而影响 AOA 和 AOB 的组成和活性等。U-rakawa 等[49]研究发现，较低的温度会使 AOB 的数量和多样性降低。Avrahami 等人[50]发现，在中温（10~25 ℃）时 AOB 的硝化潜势最高，低温（4 ℃）或高温（37 ℃）时会显着降低。在年平均气温差异非常明显的土壤中，酸性土壤（pH=5.0~5.8）中 AOB的物种组成有差异，优势物种也不相同；弱碱性土壤中只有 Nitrosospira cluster 3a 随温度发生变化，且 Cluster 3a 只在高温低肥的土壤中存在。在水簇箱过滤系统中，温度较低时，AOA 多样性也低[49].Tourna 等[51]进行微生态系统培养试验时，设计了不同的温度（10~30 ℃，5 ℃为一梯度）梯度，对其进行 DGGE 群落结构分析后发现，AOA 群落结构在不同培养温度下差别较大。
3.4 通气与水分条件。
大部分的氨氧化微生物属于好氧自养型微生物，需要在 O2的参与下完成氧化 NH4+产生 ATP的过程。氧分压与含水量呈负相关性，过低和过高的含水量对土壤硝化作用均有不利的影响。含水量高时土壤中氧气含量低，对硝化微生物的代谢不利；含水量低时土壤中的氧气可以完全充满土壤，但干燥的土壤环境对硝化微生物的存活不利[52].
一般情况下认为，田间最大持水量（WHC）的 50%~70%为最适合硝化作用的土壤含水量[53].在研究稻田土壤的硝化作用时发现：土壤的氧负压决定着淹水土壤中硝化作用是否存在，硝化微生物能否繁殖和存活；在一定范围内，硝化作用在低氧化还原电位条件下仍然可以进行；当硝化细菌的活性不被 NH4+浓度所限制时，土壤硝化作用强度随着淹水层 O2浓度的增加而显着增强[54].稻田根际土壤与非根际土壤相比常常具有较高的氧化还原电势，AOB 的 amoA 基因数量在非根际土壤和根际土壤中变化不明显，但是非根际土壤 AOA amoA基因的拷贝数显着低于根际土壤，AOA 与 AOB 的amoA 基因比值在 1. 2~69. 3 的范围内波动[55].
4 结论与展望。
氮循环过程中 AOB 和 AOA 的贡献问题一直是该领域研究的重点，与生态因子的改变密切相关。利用同位素示踪技术能准确定位 AOB 和AOA 的生态功能，明确 AOB 和 AOA 在氨氧化作用中的相对贡献，具有重要的生态环境和生物进化意义。今后应尽可能地分离、筛选不同生态环境条件下的氨氧化微生物，研究它们生理生态功能和生化特征，进一步深化对硝化作用机制的认识。
另外，还应从大尺度上研究土壤氨氧化微生物群落分布和功能的特点，进一步明确其时空演变特征和驱动氨氧化微生物生态位分异的主要环境因子。除此之外，今后研究的重点还有评估氨氧化微生物在硝化过程中的作用，包括对温室气体 N2O释放的贡献和其他可能的生态功能等。
参考文献：
[1] GALLOWAY J N, DENTENER F J, CAPONE D G, et al.Nitrogen cycles: past, present, and future [J]. Biogeochemistry,2004, 70: 153-226.
[2] KOWALCHUK G A, STEPHEN J R. Ammonia -oxidizingbacteria: a model for molecular microbial ecology [J]. AnnualReview of Microbiology, 2001, 55: 485-529.
[3] WOESE C, STACKEBRANDT E, WEIBURG W G, et al.The phylogeny of purple bacteria: the alpha subdivision [J].
Systematic and Applied Microbiology, 1984, 5（3）： 315-326.
[4] HEAD I M, HIORNS W D, EMBLEY T M, et al. The phy-logeny of autotrophic ammonia -oxidizing bacteria as deter-mined by analysis of 16S ribosomal RNA gene sequences [J].Journal of General Microbiology, 1993, 139（6）： 1147-1153.
[5] MINCER T J, CHURCH M J, TAYLOR L T, et al. Quanti-tative distribution of presumptive archaeal and bacterial nitri-fiers in Monterey Bay and the North Pacific Sub tropical Gyre[J]. Environmental Microbiology, 2007（9）： 1162-1175.
[6] DE SOUZA N. Sequence is not everything [J]. NatureMethods, 2009,6（5）： 320-321.