硝化细菌

硝化细菌（英語：nitrifying bacteria）是一群好氧的化能自營生物之統稱，细菌能通过食用无机氮化合物生长。硝化細菌以二氧化碳为碳源，通过代谢将氨或铵盐氧化成硝酸盐。硝化細菌可以用不含有机碳的培养基培养。许多品种的硝化细菌具有复杂的内部膜系统在关键位置为硝化酶：氨单加氧酶將氨氧化為羟胺 ，和亚硝酸盐氧化还原酶將亞硝酸鹽氧化成硝酸盐。

生态

硝化细菌是生活在狭窄环境中的物种，并且被发现有大量氨的地方有相当大的数量的存在（具有大面积的的蛋白分解区，以及污水处理厂）。在自然界中硝化细菌在湖泊和河流中得以茁壮成长，是因为生物排放了氨含量高的污水，废水和淡水有很高的氨氮输入，海水則略低一些。

氨氧化成硝酸盐

在自然界硝化作用是铵（NH+
4）或氨（NH
3），以由两个无处不在的细菌群体催化硝酸盐（NO−
3）一个两步氧化过程。第一反应为由“亚硝化”物种代表的氨氧化细菌（AOB）把铵的氧化为亚硝酸盐。第二个反应是由硝化物种代表的亚硝酸氧化细菌（NOB）把亚硝酸盐（NO−
2）的氧化硝酸盐， 。

第一步硝化 - 分子机制

图1. 由氨氧化细菌（AOB）氧化铵的分子机制

在自养硝化细菌中，氨的氧化是一个复杂的过程，需要几种酶，蛋白质和氧气的存在。必要铵氧化为亚硝酸盐过程中获取的能量关键的酶是氨单加氧酶（AMO）和羟胺氧化还原酶（HAO）。

NH
3 + O
2 → NO−
2 + 3 H+
+ 2 -
e (1)

NH
3 + O
2 + 2 H+
+ 2 -
e → NH
2OH + H
2O (1.1)

NH
2OH + H
2O → NO−
2 + 5 H+
+ 4 -
e (1.2)

第二步硝化 - 分子机制

在自养硝化的第一步骤中产生的亚硝酸盐是由亚硝酸盐还原酶（NXR）（2）氧化成硝酸盐。

NO−
2 + H
2O → NO−
3 + 2 H+
+ 2 -
e (2)

氨和亚硝酸氧化细菌的特性

氨氧化的硝化细菌

属	系统发生组	DNA (mol% GC)	栖息地	特性
Nitrosomonas	Beta	45–53	土壤，污水，淡水，海洋	革兰氏阴性短到长棒，游动（极生鞭毛）或无动力;外周膜系统
Nitrosococcus	Gamma	49–50	淡水，海洋	大型球菌，游动，囊泡或外周细胞膜
Nitrosospira	Beta	54	土壤	螺旋，游动（周毛鞭毛）;没有明显的膜系统

亚硝酸盐氧化的硝化细菌

属	系统发生组	DNA (mol% GC)	栖息地	特性
Nitrobacter	Alpha	59–62	土壤，淡水，海洋	短棒状，出芽生殖，可偶尔运动（单次使用末端的鞭毛）或者是不可运动，膜系统可作为一个极冠
Nitrospina	Delta	58	海洋	长，细杆状，不可运动，没有明显的膜系统
Nitrococcus	Gamma	61	海洋	Large Cocci, motile (one or two subterminal flagellum) membrane system randomly arranged in tubes
Nitrospira	Nitrospirota	50	土壤，海洋	Helical to vibroid-shaped cells; nonmotile; no internal membranes

參照

• 硝化作用
• 反硝化作用（Denitrification）
• 培養基
• 硝化反應
• 氮循環
• 固氮作用（Nitrogen fixation）
• 氮缺乏症
• 電子傳遞鏈