厌氧氨氧化研究的分子生态学进展

厌氧氨氧化研究的分子生态学进展朱辰，张乃方，徐陈超，张凯杭，程磊*（浙江大学生命科学学院，生命系统稳态与保护教育部重点实验室，杭州310058）摘要厌氧氨氧化（anaerobicammoniumoxidation,ANAMMOX）通常指微生物在厌氧条件下，以亚硝酸根为电子受体，将铵根离子氧化成氮气的过程，主要由浮霉菌门（Planctomycetales）细菌驱动。厌氧氨氧化菌广泛分布于陆地与海洋生态系统里，在全球氮循环中发挥着重要的作用。本文综合分析了在群落水平、细胞水平、分子和组学水平下厌氧氨氧化过程的生态学研究进展，结合不同尺度下的方法与技术介绍，初步探讨和展望了不同生态系统中厌氧氨氧化的前沿问题与研究方向。关键词厌氧氨氧化过程；方法与技术；代谢途径中图分类号S154；Q938文献标志码AMolecularecologyprogressofanaerobicammoniaoxidationreaction.JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci.),2019,45(2):135-142ZHUChen,ZHANGNaifang,XUChenchao,ZHANGKaihang,CHENGLei*(MinistryofEducationKeyLaboratoryofBiosystemsHomeostasis&Protection,CollegeofLifeSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)AbstractTheanaerobicammoniaoxidation(ANAMMOX)reactionwithnitriteasanelectronacceptorandnitrogenasaproductismediatedbybacteriawhichbelongtoPlanctomycetales.TheANAMMOXbacteriaareubiquitousandplayanessentialroleinglobalnitrogencycle.Here,combiningtheintroductionofmethodsandtechniquesfrequentlyused,wesummarizedtheprogressofANAMMOXanddividedtheresearchhistoryintothreelevels:1)community;2)cell;3)molecularandomicsanalysis.Basedontheirintroduction,weclarifiedtheprogressinANAMMOXdrivenbythem,anddiscussedsomequestionsexitinginthisfieldandputforwardnewmethodsandtechniquesthatmaybehelpful.Keywordsanaerobicammoniaoxidationprocess;methodsandtechniques;metabolicpathway氮素对于地球上所有生物而言都不可或缺，它参与形成了细胞结构，是蛋白质和核酸的必要组成成分之一。其中，铵态氮和硝态氮是自然界中氮元素常见的存在形式。在传统的氮循环框架中，固氮细菌将大气中的氮气固定为铵态氮，而铵态氮向氮气的转化需要2步反应[1-2]：第一步是在有氧条件下，硝化细菌将铵态氮转化为硝态氮[3]；第二步是在厌氧条件下，由反硝化菌把硝态氮转化成氮气[4]（图1）。浙江大学学报（农业与生命科学版）45（2）：135~142，2019JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci.)http：//www.zjujournals.com/agrE-mail：zdxbnsb@zju.edu.cnDOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2018.03.271基金项目：国家自然科学基金（31670501，31422010，31370487）；浙江省自然科学基金（LR14C030001）。∗通信作者（Correspondingauthor）：程磊（https://orcid.org/0000-0002-5486-3632），E-mail：lcheng@zju.edu.cn第一作者（Firstauthor）：朱辰（https://orcid.org/0000-0003-1424-2070），E-mail：chen.z3.1415@gmail.com收稿日期（Received）：2018-03-27；接受日期（Accepted）：2018-05-23第45卷浙江大学学报（农业与生命科学版）20世