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Review of the key enzymes in the anammox process and ecological inferences derived from related molecular markers

厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展



全 文 :第 36 卷第 13 期
2016年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.36,No.13
Jul.,2016
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41090281, 41322007, 41203053)
收稿日期:2014⁃11⁃07;     网络出版日期:2015⁃10⁃30
∗通讯作者 Corresponding author.E⁃mail: zhanglm@ rcees.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201411072209
白刃,贺纪正,沈菊培,陈新,张丽梅.厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展.生态学报,2016,36(13):3871⁃3881.
Bai R, He J Z, Shen J P, Chen X, Zhang L M.Review of the key enzymes in the anammox process and ecological inferences derived from related molecular
markers.Acta Ecologica Sinica,2016,36(13):3871⁃3881.
厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研
究中的应用进展
白  刃1,3,贺纪正1,沈菊培1,陈  新2,张丽梅1,∗
1 中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京  100085
2 中国科学院大气物理研究所,大气边界层物理和大气化学国家重点实验室,北京  100029
3 中国科学院大学,北京  100049
摘要:厌氧铵氧化是由微生物介导的氮素循环过程中的重要途径之一。 近 20年来,通过对厌氧铵氧化细菌生态学、基因组学和
生理代谢特性的探索,人们对其微生物学机制已经有了较多的认识:厌氧铵氧化细菌通过亚硝酸盐还原酶将亚硝酸根离子还原
为一氧化氮,进而与铵离子结合在联氨合成酶的作用下生成联氨,最后通过联氨氧化酶的催化产生终产物氮气。 同时,对参与
这些过程的关键酶及其功能基因的认识有助于选择新的分子标记,从而为研究厌氧铵氧化细菌的多样性和分子生态学特征提
供新的工具,以弥补 16S rRNA基因特异性相对较低且难以与生态功能关联等方面的不足。 对目前已知的参与厌氧铵氧化过程
的 3种关键酶的研究历程和现状进行了评述,并总结了利用 3种功能基因进行厌氧铵氧化细菌生态学研究的最新进展。
关键词:厌氧铵氧化作用;氮循环;酶;多样性
Review of the key enzymes in the anammox process and ecological inferences
derived from related molecular markers
BAI Ren1,3, HE Jizheng1, SHEN Jupei1, CHEN Xin2, ZHANG Limei1,∗
1 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
2 State Key Laboratorty of Atomospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry, Institute of Atomspheric Physics, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100029, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Anammox ( anaerobic ammonium oxidation) is a microbial⁃mediated pathway that plays an essential role in
nitrogen cycling. Over the past twenty years, the characteristics of the anammox process and microbial metabolism have been
determined by ecological, physiological, and genomic investigations. Anammox bacteria oxidize nitrite to nitric oxide via
nitrite reductase, after which the nitric oxide further combines with ammonium to synthesize hydrazine, which is catalyzed
by hydrazine oxidase to produce nitrogen gas. Functional genes encoding key enzymes in the anammox process have provided
new molecular markers for ecological studies of anammox bacteria, and are potentially superior to 16S rRNA genes in linking
anammox diversity to ecological functions. In this review, research on the key enzymes involved in the anammox process is
introduced, and major advances in the molecular ecology of anammox bacteria are summarized based on functional gene
investigations.
Key Words: anammox; nitrogen cycling; enzyme; diversity
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图 1  厌氧铵氧化的主要过程[1]
Fig.1  Main pathways of anammox[1]
  d:距离; NirS:亚硝酸还原酶 nitrite reductase;HZS:联氨合成酶
hydrazine synthase;HZO:联氨氧化酶 hydrazine oxidase;bc1:细胞色
素 bc1复合物 cytochrome bc1complex
厌 氧 铵 氧 化 ( Anaerobic ammonium oxidation,
anammox)作用是铵离子(NH+4)与亚硝酸根离子(NO

2 )
在厌氧条件下结合,以联氨(N2H4)为催化中间体,生成
氮气和水的过程(图 1) [1]。 在生态系统氮循环中,厌氧
铵氧化是发现较晚的由微生物介导的含氮化合物的转
化过程。 早在 20世纪 70年代,奥地利科学家 E. Broda
就已经从热力学的角度推测出发生厌氧铵氧化反应过
程的可能性,但直到 1995 年 Mulder 等才真正通过稳定
同位素标记的手段证实了这一过程的存在。 他们通过
向厌氧生物反应器中加入底物14NO-3 与15NH

4 进行培
养,证实了该过程的反应终产物主要为29N2 [2]。 随后的
更多研究表明,厌氧铵氧化过程不仅在含氮废水的脱氮
处理中起着重要作用[3],同时还是自然生态系统氮损失的重要途径之一。 例如在黑海和 Gulfo Dulce 等海域,
通过厌氧铵氧化过程产生 N2导致的氮损失可占全部氮损失的 20%—40%[4⁃5]。
目前已知的厌氧铵氧化细菌主要包括 5 个属 Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus
Scalindua, Candidatus Jettenia和 Candidatus Anammoxoglobus[4⁃5]均属于浮霉菌门(Planctomycetes)。 由于厌氧
铵氧化细菌难以培养,目前仅能获得其富集培养物。 对其多样性及分布特征的研究主要是通过对环境样品中
16S rRNA基因序列的分析展开的。 大量基于 16S rRNA 基因的调查表明,厌氧化铵氧化细菌广泛分布于海
洋、沉积物、淡水湖泊以及土壤生态系统中[6⁃8]。 然而,由于目前厌氧铵氧化细菌 16S rRNA 基因的 PCR 引物
相对较低的特异性,及该基因与微生物功能活性相对较弱的关联性等因素,限制了对厌氧铵氧化细菌多样性
及生态学功能的进一步研究。 近年来,随着对几个富集培养物的基因组学分析和酶学机制研究,及对参与厌
氧铵氧化过程关键功能的酶如亚硝酸盐还原酶(Nir),联氨合成酶(HZS)和联氨氧化酶(HZO)及其编码基因
的发现和揭示,使人们对于厌氧铵氧化过程的微生物代谢及遗传机制也有了更深的认识,从而使相关功能基
因也逐步被作为厌氧铵氧化微生物的特异性标记并用于其多样性和生态学的研究中(表 1)。
表 1  厌氧铵氧化过程中关键酶的主要研究进展
Table 1  Research progress of key enzymes in anammox process
酶的名称
Enzymes
功能
Functions
已进行宏基因组研究的菌种
Strains with whole genomes sequenced
已验证酶活性的菌种
Strains with their
enzymatic functions
studied
相关分子标记
Molecular
markers
参考文献
References
亚硝酸盐还原酶
Nitrite reductase,
NirS
NO-2 的还原
Candidatus Kuenenia stuttgartiensis
Candidatus Scalindua profunda
Candidatus Brocadia fulgida (未检测到)
N / A nirS [9⁃11]
亚硝酸盐还原酶
Nitrite reductase,
NirK
NO-2 的还原
Candidatus Jettenia asiatica
KSU⁃1 KSU⁃1 N / A [12⁃14]
联氨合成酶
Hydrazine hydrolase,
HZS
N2H4的合成
Candidatus Kuenenia stuttgartiensis
Candidatus Scalindua profunda
Candidatus Jettenia asiatica
Candidatus Brocadia fulgida
Candidatus
Kuenenia
stuttgartiensis
hzsA和 hzsB [12,14⁃15]
羟氨氧化酶 /联氨
氧化酶 Hydroxylamine
oxidase, HAO /
Hydrazine synthase,
HZO
NH2OH和 N2H4
的氧化
Candidatus Kuenenia stuttgartiensis
Candidatus Scalindua profunda
Candidatus Jettenia asiatica
Candidatus Brocadia fulgida
KSU⁃1
NH2OH / N2H4:
N2H4:
KSU⁃1
Candidatus
Brocadia
anammoxidans
KSU⁃1
hzoA / hzoB [16⁃18]
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本文将就厌氧铵氧化过程中的几种关键酶的主要研究进展,以及各相关分子标记在生态学研究中的应用
进行综合评述。 以期通过对厌氧铵氧化细菌研究的进展进行追踪,为微生物生态学研究以及相关技术的研发
提供有价值的信息。
1  参与厌氧铵氧化过程的关键酶
厌氧铵氧化作用(NH+4 + NO

2 = N2+ 2H2O)包括 3个主要反应步骤,在 3种酶的催化作用下完成。 首先是
NO-2 在亚硝酸盐还原酶的作用下还原成 NO,随后 NO和 NH

4 在联氨合成酶的作用下生成联氨(N2H4),最终
联氨在联氨氧化酶的催化下进一步被氧化成 N2和 H2O。 在 N2H4氧化为 N2的过程中,细胞将电子转移到细胞
色素 bc1复合物形成质子动力势以获得能量(图 1)。 以下分别就这些关键酶进行介绍。
1.1  亚硝酸盐还原酶(Nir)
亚硝酸盐还原酶(Nitrite reductase, Nir)介导 NO-2 还原为 NO 的过程。 多数反硝化微生物中都含有
Nir[19]。 Nir分为含铁的细胞色素 cd1亚硝酸还原酶(NirS)和含铜的亚硝酸还原酶(NirK)两种[20]。 虽然负责
催化相同的生化过程,但从系统发育关系上看这两种酶具有不同的演化历史。 编码 NirS 和 NirK 的基因作为
分子标记,一直被广泛应用于反硝化微生物的生态学研究。 直到 2006 年,对厌氧铵氧化细菌 Candidatus
Kuenenia stuttgartiensis(K. stuttgartiensis)的全基因组信息分析才发现厌氧铵氧化细菌也含有 nirS 基因,并且
推断 NO是厌氧铵氧化过程的重要中间产物之一[10]。 而在这之前,人们认为厌氧铵氧化细菌是直接将 NO-2
还原为羟氨(NH2OH)的,而没有 NO这一中间产物产生[17]。 2011年,Kartal等发现当向 K. stuttgartiensis 的培
养体系中添加 NO清除剂 PTIO时,厌氧铵氧化过程会立即受到明显地抑制。 同时用荧光探针 DAF2⁃DA进行
检测,未加 PTIO的培养体系中 NO与 DAF2⁃DA反应产生荧光信号,而加 PTIO的培养体系中则无荧光产生,
证实了厌氧铵氧化过程中存在 NO中间产物[21]。
但更进一步的研究发现,不同类群厌氧铵氧化细菌的亚硝酸盐还原途径可能存在明显差异。 比如,虽然
能够在 K. stuttgartiensis中检测到 nirS基因,但该基因的 mRNA表达水平很低,并且在其蛋白质组氨基酸序列
中几乎检测不到 NirS[9];与此相反,在 Candidatus Scalindua profunda(S. profunda)的基因组中,nirS 是丰度最
高的蛋白编码基因之一[11];但在与 Jettenia 属有着较高同源性的菌种 KSU⁃ 1中,只发现了 nirK 基因,而没有
检测到 nirS基因[13]。 与此类似,在 Candidatus Brocadia fulgida(B. fulgida)和 Candidatus Jettenia asiatica( J.
asiatica)的宏基因组序列中同样没有检测到与 NirS 相关的基因,并且仅在后者的基因组中发现了 nirK 基
因[12,14]。 Kartal等还猜测一些厌氧铵氧化细菌可能含有催化 NO生成的其他同工酶,如对 NH2OH 和 N2H4具
有氧化功能的类羟氨氧化酶是可能的蛋白之一[9]。
1.2  联氨合成酶(HZS)
厌氧铵氧化反应的第二步是 NO的还原及与 NH+4 结合生成 N2H4的过程。 N2H4是目前已知的微生物中
一种极罕见的代谢中间产物。 尽管 N2H4早已被确定为厌氧铵氧化反应的中间产物之一,基因组也显示有一
种酶可能参与了这个反应过程[10],但其中的确切机制在很长一段时间内都未明确。 早期的一些报导都提出
这个过程可能是由联氨水解酶(Hydrazine hydrolase, HH)催化完成的[22⁃25],但目前除了来自对基因组序列分
析预测的结论外,并没有针对 HH的活性及结构的研究报导。
最新的研究结果则显示 N2H4的形成实际上是通过厌氧铵氧化细菌所特有的联氨合成酶(Hydrazine
synthase, HZS)的作用实现的[15]。 Kartal等通过直接将 NO 与 NH+4 作为 K. stuttgartiensis 的底物进行厌氧培
养,随之产生一定浓度的 N2H4,证明了该产物是通过 NO 所生成的。 同时,他们还从该培养体系中成功分离
到一种大约为 240 kDa 的蛋白,该蛋白由通过基因组信息推测出的与 N2 H4形成关系密切的基因簇
kuste2859—2861 (后分别命名为 hzsC, hzsB和 hzsA)所编码,命名为 HZS。 他们还将分离纯化出的 HZS 和类
联氨氧化酶与 NH+4 和 NO直接进行反应,发现 HZS能催化生成 N2H4,然后类联氨氧化酶再将 N2H4氧化为终
产物 N2;而在无 HZS的情况下,类联氨氧化酶则无法独立完成相应的反应过程[15]。
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在基因簇 kuste2859—2861编码的蛋白中,kuste2859全部为 β螺旋结构,为 HZS 的催化位点提供了一个
刚性平台。 kuste2860含有两个 c型细胞色素,推测其可能是催化反应的活性中心。 kuste2861 蛋白的 N⁃末端
和 C⁃末端分别由 β螺旋和两个 c型细胞色素组成[9]。 后来在 B. fulgida[12]和 J. asiatica[14]的基因组中也检测
到与 kuste2859—2861高度相似的基因簇。 在 S. profunda细胞内则发现了 kuste2859—2861 基因簇的直系同
源基因,其中与 kuste2861对应的部分被命名为 scal01318,而与 kuste2859 和 2860 对应的部分则融合为一个
整体并称为 scal00025[11]。 从遗传距离上看,HZS与细胞色素 c过氧化物酶及色氨酸⁃色胺酰胺(TTQ,一种微
生物的甲胺催化辅因子)生物合成酶有着较近的亲缘关系[9]。
1.3  联氨氧化酶(HZO)
联氨氧化酶(Hydrazine oxidase, HZO)的发现和功能的确定也经历了一个曲折且复杂的过程。 1997 年,
van de Graaf等利用15N同位素标记的方法证实了 NH2OH和 N2H4是厌氧铵氧化过程的中间产物,同时预测应
该存在对 NH2OH和 N2H4具有氧化活性的酶[17]。 由于与好氧氨氧化微生物中的羟氨氧化酶(Hydroxylamine
oxidase, HAO)有着相近的功能、结构及编码基因的序列和位置,厌氧铵氧化细菌的 HZO 在一段时间内曾被
认为与好氧氨氧化过程中的 HAO是等同的[16],并在当时的文献中多被直接称为 HAO或类 HAO蛋白(HAO⁃
like protein)。
1998年,Schalk等发现厌氧铵氧化生物反应器中的菌群对 N2H4具有转化能力,但单独以 N2H4为底物培
养时厌氧铵氧化细菌无法生存[26]。 他们后来又于 2000年在 B. anammoxidans的富集培养体系中分离纯化出
一种同时具有 NH2OH和 N2H4氧化活性的酶。 该酶为三聚体,分子量 183 kDa,含有 26 个血红素。 由于该种
酶具有更强的 NH2OH氧化能力,且与 HAO有十分相似的活性特征,Schalk等将其归为 HAO[27]。 但从氨基酸
序列上看,该酶与真正的 HAO存在着明显差异[28]。 Strous等通过对 K. stuttgartiensis基因组序列的分析,同样
认为厌氧铵氧化过程的 HAO 可能具有催化联氨氧化生成氮气的功能,并在该基因组中发现了 10 个与类
HAO蛋白相关的基因[10]。 人们随后从 S. profunda[11]、 B. fulgida[12]和 J. asiatica[14]的基因组中也发现与类
HAO蛋白相关的直系同源基因簇,并进一步推测这个基因簇与对 NH2OH和 N2H4的代谢有关联。
2007年,Shimamura等从富集有菌株 KSU⁃1的生物反应器中分离纯化出一种具有 N2H4氧化活性但不具
备 NH2OH氧化能力的酶,将其正式命名为联氨氧化酶(HZO) [16]。 该酶由 2 个含 8 个血红素的二聚体组成,
分子量约 62 kDa,与之前在厌氧铵氧化细菌中发现的 HAO 的结构不同。 通过基因组信息分析,他们还发现
HZO分别由 hzoA和 hzoB两个基因所编码的。 这两个 hzo基因的序列和好氧氨化细菌 hao基因的相似度只有
大约 30%,但与 K. stuttgartiensis 中发现的两个 hao 基因有着 88%和 89%的相似度。 在随后的研究中,
Shimamura等进一步从 KSU⁃ 1 中分离出一种和他们先前纯化的 HZO 性质不同,但与之前 Schalk 等从 B.
anammoxidans中分离的 HAO相似的酶,该酶对 NH2OH 和 N2H4同时具有氧化能力且对 NH2OH 的氧化活性
更高。 同时,这种酶对 N2H4的氧化活性也低于 KSU⁃1的 HZO。 更有趣的是,对基因序列的进一步分析发现,
编码该 HAO的基因有着和 KSU⁃1菌株 hzoB基因相同的上游片段序列,显示该 HAO与 HZO有较近的遗传距
离[23]。 Klotz等进而通过蛋白序列研究了 HAO与 HZO在演化生物学上的关系,发现这两种酶均由反硝化细
菌的硝酸盐异化还原酶 NrfA演化而来,且推测它们的出现与微生物体内对 NH2OH的解毒作用有关。 他们认
为,虽然在系统发育分析上 HAO与 HZO可以分别聚成单独的簇并各自具有一定的特性,但它们在功能上属
于同一种酶,其本质上的区别只有在好氧氨氧化与厌氧铵氧化细菌体内对 NH2OH和 N2H4进行氧化时才有所
表现[18,29]。 近来,通过对多个厌氧铵氧化细菌的基因组序列比较,人们已经鉴定了 HAO / HZO 基因簇中与
N2H4的氧化相关的两个基因 kustc0694 和 kustd1340[14],但 HAO / HZO 基因簇中其它各基因的功能及该基因
簇在厌氧铵氧化过程中扮演的具体角色仍需要进一步研究确定。
2  厌氧铵氧化细菌的分子标记及其分子生态学研究进展
通过对厌氧铵氧化细菌的代谢机理及基因组学的研究,为人们理解其多样性和生态学特征提供了重要的
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信息。 目前, 16S RNA基因已经广泛被应用于厌氧铵氧化细菌在各种生态系统中的多样性和群落结构的研
究中,并取得了丰富的成果。 与此同时,越来越多的研究也开始利用具有更高特异性及多样性的 nirS,hzs 和
hzo基因。
2.1  16S rRNA基因
16S RNA基因是最早用于厌氧铵氧化细菌检测的标记基因,目前报道有多对引物可用于厌氧铵氧化细菌
16S RNA基因的扩增,但各引物的覆盖率和扩增效率各有不同。 如 Penton较早比较了 Brod541F / Brod1260R、
Pla46 / Amx0368等几组引物对污水处理器中厌氧铵氧化细菌的检测能力,发现 Brod541F / Brod1260R 对
Scalindua属具有特异性扩增效果,而 Pla46 / Amx0368能检测到全部厌氧铵氧化细菌;随后 Penton也针对多种
生境进行了引物比较,发现 An7F / An1388R 能成功扩增 3 个属的类群[30];Dale 通过发展了巢式 PCR 引物
Pla46F / 1037R和 Amx368F / Amx820R,进一步增强了对环境样品 PCR 扩增的效率[31]。 最近,Li 比较了几组
16S rRNA基因的 PCR引物,发现 Brod541F / Amx820R对海岸湿地、浅海和深海样品中厌氧铵氧化细菌的阳性
克隆检测率最高(可达 98%),而在较早研究中使用的引物 An7F / An1388R的检测率则只有 12%[32];Han通过
比较发现引物 A438f / A684r对海洋、湿地、淡水水库及生物反应器等不同环境中的厌氧铵氧化细菌有更好的
扩增效果。 可见,目前研究中对于厌氧铵氧化细菌 16S rRNA基因 PCR引物的选择和应用仍存在着较大的差
异,引物之间的差异也可能导致研究结果产生一定的偏差(图 2)。
图 2  基于 16S rRNA基因的厌氧铵氧化细菌系统发育树
Fig.2  Phylogenetic tree of anammox bacteria based on 16S rRNA genes
虽然不同的 PCR扩增引物有一定的偏向性,但大量基于 16S rRNA 基因分析的研究结果显示,厌氧铵氧
化细菌 5 个属 Brocadia, Kuenenia, Scalindua, Jettenia 和 Anammoxoglobus 的分布有一定的生境特异性[33]。
Scalindua属主要分布于海洋生态系统中,同时它们在从陆地到海洋生态系统的过渡地带中也有较高的丰度,
而其它 4个属则主要在淡水和陆地生态系统中占到优势[34⁃35]。 大量研究结果显示,在使用不同 16S rRNA 基
因引物的情况下,无论是在海水水域或底栖物中均发现 Scalindua属具有较高的多样性和优势度,且检测到的
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克隆子与已知的 Candidatus Scalindua sorokinii,Candidatus Scalindua wagneri和 Candidatus Scalindua brodae 有
着较高的匹配度[30,32,36]。 而在湿地、淡水河口生态系统的研究中, 5个属的 16S rRNA 基因均可被检测到,但
以 Brocadia属, Kuenenia 属和 Jettenia 属为主,且在不同研究中检测到的优势类群也存在着较大差异[37⁃38]。
如有研究表明,水稻田生态系统中能够检测到除 Scalindua属的其余 4个属的 16S rRNA基因[39],也有报道进
一步指出在所研究的 32个农田土壤中均未检测到 Scalindua属,Brocadia和 Kuenenia属约则占了 92%[40]。 然
而也有研究发现在中国东北地区的水稻土中厌氧铵氧化细菌主要是由 Scalindua 属为主且具有较高的多样
性[41]。 以上结果均暗示了陆地生态系统中厌氧铵氧化细菌 16S rRNA 基因的多样性和分布存在着较大的异
质性,其分布格局可能受到环境理化性质、营养物质的分布和土壤类型等诸多因素的影响。
对 16S rRNA基因的研究让人们对厌氧铵氧化细菌的分类地位、多样性和生态分布特征有了较为清晰的
认识。 但对厌氧铵氧化细菌 16S rRNA基因的定量研究仍不理想,不同研究结果间可比性差。 同时,由于 16S
rRNA基因与微生物生态功能之间较低的关联性以及不同扩增引物之间存在的偏差,仍然需要寻找更为有效
的分子标记[42]。 因此,近年来越来越多的研究中开始使用 3 个重要的功能基因来检测厌氧铵氧化细菌的多
样性、群落结构及丰度。
2.2  nirS基因
厌氧铵氧化细菌的 nirS基因与反硝化细菌的 nirS 基因有着较高的分化程度和较远的遗传距离,因此需
要特异性引物进行扩增。 Lam等首先基于 Candidatus Schalindua的全基因组序列设计了针对该属的 nirS基因
特异性引物 Scnir372F / Scnir845R,并用该引物对秘鲁海域最小含氧区(oxygen minimum zone, OMZ)进行了研
究[43]。 结果显示,通过该引物所检测到的 nirS 基因序列均属于 Scalindua 属,且该基因的丰度与之前报导该
海域中 16S rRNA基因的丰度以及厌氧铵氧化细菌的细胞丰度呈显著正相关关系,并且 nirS 基因的表达量显
著高于反硝化细菌 nirS基因的表达量,暗示在该生境中厌氧铵氧化细菌更占优势[43]。 Jensen 等对通过阿拉
伯海 OMZ中厌氧铵氧化细菌的细胞丰度、厌氧铵氧化细菌和反硝化细菌的 nirS 基因表达量的研究也得到了
类似的结果[44]。
Li等针对其它 4个厌氧铵氧化细菌属的 nirS 基因设计了特异性引物(AnnirS379F / AnnirS821R),并同时
使用 Schalindua属 nirS特异性引物对中国东南沿海部分地区海洋生态系统进行了研究[25]。 作者发现该海域
中厌氧铵氧化细菌 nirS基因有较高的多样性,并与 16S rRNA基因和 hzo基因的研究结果具有较好的一致性。
该研究显示 nirS在聚类树上形成 Schalindua属,Kuenenia 属和其他属 nirS 基因 3 个分枝,且多数序列与秘鲁
海域和阿拉伯海域 OMZ的 Schalindua属的 nirS序列有较高的相似性,但与反硝化细菌 nirS基因有显著差异。
其中,Schalindua属的 nirS分枝可以再细分为 4个簇。 通过主成分分析还发现,nirS 基因的组成结构随 NH4 /
NOx环境梯度发生明显变化。 Li等进一步对我国南海中的 Schalindua 属 nirS 基因的分类组成进行了细致研
究,发现该基因的丰度对环境因子的响应和反硝化细菌 nirS基因更为相似,与反硝化细菌的 nirK 基因明显不
同[45]。 Kirkpatrick等对黑海的研究则发现,Schalindua属 nirS基因的 4 个簇均在 5 月、7 月和 10 月间具有显
著不同的表达量,同时第 2、3簇在不同水域深度中的分布较为平均,而第 1簇集中分布在浅表层,第 4 簇主要
分布在深层水域[46]。 这些研究结果揭示了厌氧铵氧化细菌的高度多样性及其与环境因子之间的密切关系。
目前有关厌氧铵氧化细菌 nirS基因多样性的研究仍然较少。 同时根据前文的引述,并非所有厌氧铵氧
化细菌类群均具有 nirS基因,可见该基因不能单独作为厌氧铵氧化细菌的特异性分子标记,而应该与 nirK 基
因配合使用。 考虑到 Scalindua属具有 nirS基因并且在海洋中有着较高的丰度和多样性,因此该基因在评估
海洋生态系统厌氧铵氧化细菌的多样性中有着相对较高的参考价值。
2.3  hzs基因
联氨合成酶(HZS)由 hzsA,hzsB,hzsC基因簇编码,目前尚未在其它微生物的基因组中发现该基因簇,因
此 hzs基因可以作为厌氧铵氧化细菌的特异性分子标记用于多样性和定量检测研究。 Harhangi等针对已知的
5个属的厌氧铵氧化细菌 hzsA基因序列设计了引物(hzsA_526F / hzsA_1857R)及 PCR 反应体系,并以来自废
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水处理器和多种自然生境的样本为模版对引物进行了评估,发现来自废水处理器样本的 hzsA 基因序列与已
报道的 B. fulgida[47], B. anammoxidans[7],J. asiatica[48]的 hzsA基因有着较高的相似度。 在系统发育水平上,
已知的厌氧铵氧化细菌 hzsA基因与 16S rRNA基因也有着很高的一致性[42]。
与 16S rRNA的检测结果类似,基于 hzsA基因的研究结果也显示海洋生态系统中厌氧铵氧化细菌主要是
由 Scalindua属组成。 如 Borin等在地中海东部的深海中发现的 hzsA基因全部属于 Scalindua属[49],Russ等在
深海生态系统中也仅发现了属于 Scalindua属的 hzsA克隆,并且发现在烃释放量较高的环境中该基因拷贝数
更高[50]。 Hu等研究了水稻土中 hzsA 的多样性,发现其中的主要类群为 Brocadia 属,同时也检测到少量
Jettenia和 Anammoxoglobus属的序列,但没有发现 Kuenenia属的序列[51]。 Wang 等针对 hzsB 基因也设计了引
物 hzsB396F / hzsB742R,并利用该引物研究了水稻田土壤中 hzsB基因的多样性和丰度。 结果同样检测到的类
群主要属于 Brocadia属,同时还检测到若干未明确分类的簇,暗示 hzsB 基因可能具备更高的多样性[52]。 在
Wang等利用同样的引物对河口生态系统进行的研究中,5个属的序列均有发现,表明 hzsB基因在河流生态系
统中的多样性可能比农业土壤高[37]。
此外,Hu等利用该标记对一些来自废水处理反应器的样本进行了定量 PCR 检测,发现 hzsA 基因的拷贝
数较之前研究过的 16S rRNA基因拷贝数低 3—6倍[53],说明相对于 16S rRNA 基因,hzsA 基因的引物可能有
更高的特异性。 在一个针对我国大部分地区农田生态系统的研究中,Shen 等发现 hzsA 基因的丰度在空间梯
度上体现了较大的异质性,并主要受土壤铵态氮的影响[40]。 对土壤剖面的 PCR分析结果显示 hzsB基因的丰
度在剖面表层和深层中都相对较低,但在中等深度处(40—50 cm)最高[52]。
2.4  hzo 基因
hzo基因负责编码厌氧铵氧化细菌的联氨氧化酶(HZO),目前已报道有多对针对该基因的引物被用于分
子生态学研究。 Quan等根据菌株 KSU⁃ 1和 K. stuttgartiensis 的 hzo 基因序列首先设计了该基因的 PCR 引物
hzoF1 / hzoR1,并对几个废水处理生物反应器中的厌氧铵氧化细菌的多样性进行了研究[48]。 发现通过该引物
得到的氨基酸序列与 KSU⁃1和 K. stuttgartiensis的 hzo 基因的相似度在 90%—98%之间。 Schmid 等通过对大
量 hzo基因序列进行总结分析[54],发现这些序列可以分为 cluster Ⅰ,cluster Ⅱ,cluster Ⅲ 三个簇,其中 cluster
Ⅰ包含了 KSU⁃ 1 菌株,推测该簇中其它浮霉菌门的微生物也可能具有 HZO 的功能活性,并发现
Anammoxoglobus 属和 Jettenis 属与 KSU⁃1的 hzo基因有着较近的亲缘关性。 Li等以 hzol1F1 / hzocl1R2 引物研
究了 17个高温储油罐中 hzo基因的多样性[28],发现其中丰度最高的是 Scalindua 属,此外,还检测到 Jettenia
和 Anammoxoglobus属的序列。 Li等在此基础上进一步设计了针对 hzo基因的引物 hzoF1 / hzoR1并与之前的引
物进行了比较,发现新引物对多种生境中厌氧铵氧化细菌 hzo 基因的阳性检测率更高[32],且得到的氨基酸序
列同样可聚为 cluster Ⅰ,cluster Ⅱ,cluster Ⅲ三个簇。 同时 cluster Ⅰ还可进一步细分为 subcluster Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和
Ⅳ,其中 subcluster Ⅰ和Ⅱ中的序列与菌株 KSU⁃1, J. asiatica,以及 Anammoxoglobus属的 hzo的氨基酸序列很
高的相似度;而 subcluster Ⅲ和Ⅳ中的序列则与 Scalindua属更接近。
相对于 nirS和 hzs基因,hzo更广泛地被应用于多样性和群落结构的研究中,且在系统发育水平上与对
16S rRNA基因的研究结果有着较好的对应性。 基于 hzo基因的分析同样显示了厌氧铵氧化细菌的分布具有
生境特异性的显著特点。 Hirsch等对不同水生态系统进行的研究结果发现,hzo基因的多样性组成在地下水、
深海、河口及不同河流中有显著差异。 此外,hzo基因的多样性比 16S rRNA基因更高,暗示 hzo基因可能是厌
氧铵氧化细菌多样性研究中更为有效的分子标记[6]。 Hong 对 hzo 基因的研究发现,从中国南海采集的底栖
物中检测到的 hzo基因全部属于 Scalindua属[55],而从南海滨海地带的红树林区所采集底栖物中,除 Scalindua
属以外,还检测到 Kuenenia属,Brocadia属和 Jettenia属的 hzo基因序列[56]。 Kong等使用针对 2个 hzo基因簇
的特异性引物对哥斯达黎加海域的 OMZ进行了研究,发现 hzo基因的表达量在表层中最高,尤其以 cluster Ⅰ
的 hzo基因表达量更高。 此外,大量 hzo基因序列在系统发育树上形成一个新的簇(命名为 cluster 2x),与已
知的厌氧铵氧化细菌 hzo 基因相距较远,而有关该簇更精确的分类学地位暂不明确[57]。 此外,Wang 等以 hzo
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基因为标靶,在我国东北地区的水稻土中检测到大量属于 Scalindua属的 hzo基因序列,这些 Scalindua属的序
列占到主要优势且多样性较高[41],但该结果与基于 16S rRNA基因调查得出的陆地生态系统中厌氧铵氧化细
菌以 Brocadia和 Kuenenia两个属为主的结论差异较大[38⁃40](表 2)。
表 2  厌氧铵氧化细菌 16S rRNA基因及功能基因的 PCR引物
Table 2  PCR primers of 16S rRNA and functional genes of anammox bacteria
目标基因
Target genes
引物名称
Primers
引物序列(5′⁃3′)
Sequences of the primers
参考文献
References
16S rRNA Pla46(用于浮霉菌门) GACTTGCATGCCTAATCC [18]
1037R(用于浮霉菌门) CGACAAGGAATTTCGCTAC
Amx368F TTCGCAATGCCCGAAAGG
Amx820R AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC
An7F GGCATGCAAGTCGAACGAGG [8]
An1388R GCTTGACGGGCGGTGTG
Brod541F GAGCACGTAGGTGGGTTTGT
Brod1260R GGATTCGCTTCACCTCTCGG
A438f GTCRGGAGTTADGAAATG [32]
A684r ACCAGAAGTTCCACTCTC
Scalindua⁃nirS Scnir372F TGTAGCCAGCATTGTAGCGT [48]
Scnir845R TCAAGCCAGACCCATTTGCT
An⁃nirS AnnirS379F TCTATCGTTGCATCGCATTT [25]
AnnirS821R GGATGGGTCTTGATAAACA
hzsA hzsA_382F GGYGGDTGYCAGATATGGG [41]
hzsA_1353R ATAHCCTTCMACHTTCACCT
hzsA_1597F WTYGGKTATCARTATGTAG
hzsA_1857R AAABGGYGAATCATARTGGC
hzsB hzsB_396F ARGGHTGGGGHAGYTGGAAG [52]
hzsB_742R GTYCCHACRTCATGVGTCTG
hzo hzocl1F1 TGYAAGACYTGYCAYTGG [54]
hzocl1R2 ACTCCAGATRTGCTGACC
hzocl1F2 TGYAAGACYTGYCAYTGGG
Ana-hzo1F TGTGCATGGTCAATTGAAAG [29]
Ana-hzo2R ACCTCTTCWGCAGGTGCAT
hzoF1 TGTGCATGGTCAATTGAAAG [31]
hzoR1 CAACCTCTTCWGCAGGTGCATG
hzoAB1F GAAGCNAAGGCNGTAGAAATTATCAC [56]
hzoAB1R CTCTTCNGCAGGTGCATGATG
hzoAB4F TTGARTGTGCATGGTCTAWTGAAAG
hzoAB4R GCTGACCTGACCARTCAGG
3  结语与展望
综上所述,在厌氮铵氧化细菌被发现不到 20a的时间里,人们对其多样性、生态分布和发展相应的分子标
记用于其生态学研究等方面都取得了较多的进展,且通过酶学和基因组测序分析揭示了不同厌氧铵氧化细菌
的代谢方式及其遗传机理。 但从以上综述中也可看出,目前对厌氧铵氧化细菌的代谢途径的理解大多停留在
对于基因组数据分析的推测层面,一些关键基因的功能及其功能酶的生物化学特性仍有待进一步确认和验
证。 同时也有许多具体问题亟待解答:如各种酶在不同类群间是否存在结构和代谢功能上的差异? 厌氧铵氧
化细菌的 HAO在其代谢途径中扮演了什么角色? 它与 HZO 之间的具体关系是什么? 有些厌氧铵氧化细菌
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体内是否含有 Nir的同工酶可以催化生成 NO?
在分子生态学研究方面,虽然基于 16S rRNA基因的研究为认识厌氧铵氧化细菌的分类地位、多样性及分
布特征方面提供了重要信息,但该基因扩增引物的代表性和特异性仍有待继续验证,且由于与厌氧铵氧化细
菌的真正功能活性缺乏直接的联系,使该基因在进行定量分析的研究中价值有限。 新近发现的厌氧铵氧化细
菌功能基因 nirS、hzo、hzsA和 hzsB,虽然在一定程度上弥补了 16S rRNA基因的不足,但目前对功能基因的研究
刚起步,针对这些基因扩增的引物的特异性和有效性仍存在争议。 此外,16S rRNA基因研究结果显示目前已
知的厌氧铵氧化细菌仅分布于浮霉菌目的 5 个属,而对 nirS、hzo、hzsA 和 hzsB 基因的研究显示这些基因可能
具有更高的多样性。 功能基因与 16S rRNA基因所代表的微生物之间的聚类关系如何对应,以及功能基因多
样性与其真正的生态功能之间如何关联等问题尚不清晰。 对这些问题的解答均需要大量的分子生态学和氮
素生物地球化学调查及分析。
参考文献(References):
[ 1 ]  Burgin A J, Hamilton S K. Have we overemphasized the role of denitrification in aquatic ecosystems? A review of nitrate removal pathways. Frontiers
in Ecology and the Environment, 2007, 5(2): 89⁃96.
[ 2 ]   Mulder A, Van De Graaf A A, Robertson L A, Kuenen J G. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor.
FEMS Microbioly Ecology, 1995, 16(3): 177⁃183.
[ 3 ]   Li Z G, Ma Y G, Hira D, Fujii T, Furukawa K. Factors affecting the treatment of reject water by the anammox process. Bioresource Technology,
2011, 102(10): 5702⁃5708.
[ 4 ]   Dalsgaard T, Canfield D E, Petersen J, Thamdrup B, Acuña⁃González J. N2 production by the anammox reaction in the anoxic water column of
Golfo Dulce, Costa Rica. Nature, 2003, 422(6932): 606⁃608.
[ 5 ]   Van Niftrik L A, Fuerst J A, Damsté J S S, Kuenen J G, Jetten M S M, Strous M. The anammoxosome: an intracytoplasmic compartment in
anammox bacteria. FEMS Microbiology Letters, 2004, 233(1): 7⁃13.
[ 6 ]   Hirsch M D, Long Z T, Song B. Anammox bacterial diversity in various aquatic ecosystems based on the detection of hydrazine oxidase genes
(hzoA / hzoB) . Microbial Ecology, 2011, 61(2): 264⁃276.
[ 7 ]   Lam P, Lavik G, Jensen M M, Van De Vossenberg J, Schmid M, Woebken D, Gutiérrez D, Amann R, Jetten M S M, Kuypers M M. Revising the
nitrogen cycle in the Peruvian oxygen minimum zone. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America, 2009, 106
(12): 4752⁃4757.
[ 8 ]   Schmid M C, Maas B, Dapena A, Van De Pas⁃Schoonen K, Van De Vossenberg J, Kartal B, Van Niftrik L, Schmidt I, Cirpus I, Kuenen J G,
Wagner M, Sinninghe Damsté J S, Kuypers M, Revsbech N P, Mendez R, Jetten M S M, Strous M. Biomarkers for in situ detection of anaerobic
ammonium⁃oxidizing (anammox) bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(4): 1677⁃1684.
[ 9 ]   Kartal B, De Almeida N M, Maalcke W J, Op Den Camp H J M, Jetten M S M, Keltjens J T. How to make a living from anaerobic ammonium
oxidation. FEMS Microbiology Reviews, 2013, 37(3): 428⁃461.
[10]   Strous M, Pelletier E, Mangenot S, Rattei T, Lehner A, Taylor M W, Horn M, Daims H, Bartol⁃Mavel D, Wincker P, Barbe V, Fonknechten
N, Vallenet D, Segurens B, Schenowitz⁃Truong C, Médigue C, Collingro A, Snel B, Dutilh B E, Op Den Camp H J M, Van Der Drift C, Cirpus
I, Van De Pas⁃Schoonen K T, Harhangi H R, Van Niftrik L, Schmid M, Keltjens J, Van De Vossenberg J, Kartal B, Meier H, Frishman D,
Huynen M A, Mewes H W, Weissenbach J, Jetten M S M, Wagner M, Le Paslier D. Deciphering the evolution and metabolism of an anammox
bacterium from a community genome. Nature, 2006, 440(7085): 790⁃794.
[11]   Van De Vossenberg J, Woebken D, Maalcke W J, Wessels H J C T, Dutilh B E, Kartal B, Janssen⁃Megens E M, Roeselers G, Yan J, Speth D,
Gloerich J, Geerts W, Van Der Biezen E, Pluk W, Francoijs K J, Russ L, Lam P, Malfatti S A, Tringe S G, Haaijer S C, Op Den Camp H J M,
Stunnenberg H G, Amann R, Kuypers M M M, Jetten M S M. The metagenome of the marine anammox bacterium ′Candidatus Scalindua profunda′
illustrates the versatility of this globally important nitrogen cycle bacterium. Environmental Microbiology, 2013, 15(5): 1275⁃1289.
[12]   Gori F, Tringe S G, Kartal B, Marchiori E, Jetten M S M. The metagenomic basis of anammox metabolism in Candidatus ′Brocadia fulgida′.
Biochemical Society Transactions, 2011, 39(6): 1799⁃1804.
[13]   Hira D, Toh H, Migita C T, Okubo H, Nishiyama T, Hattori M, Furukawa K, Fujii T. Anammox organism KSU⁃1 expresses a NirK⁃type copper⁃
containing nitrite reductase instead of a NirS⁃type with cytochrome cd1 . FEBS Letters, 2012, 586(11): 1658⁃1663.
[14]   Hu Z Y, Speth D R, Francoijs K J, Quan Z X, Jetten M S M. Metagenome analysis of a complex community reveals the metabolic blueprint of
anammox bacterium "Candidatus jettenia asiatica" . Frontiers in Microbiology, 2012, 3: 366⁃366.
9783  13期       白刃  等:厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展  
http: / / www.ecologica.cn
[15]  Kartal B, Maalcke W J, De Almeida N M, Cirpus I, Gloerich J, Geerts W, Op Den Camp H J M, Harhangi H R, Janssen⁃Megens E M, Francoijs
K J, Stunnenberg H G, Keltjens J T, Jetten M S M, Strous M. Molecular mechanism of anaerobic ammonium oxidation. Nature, 2011, 479
(7371): 127⁃130.
[16]   Shimamura M, Nishiyama T, Shigetomo H, Toyomoto T, Kawahara Y, Furukawa K, Fujii T. Isolation of a multiheme protein with features of a
hydrazine⁃oxidizing enzyme from an anaerobic ammonium⁃oxidizing enrichment culture. Applied and Environmental Microbiology, 2007, 73(4):
1065⁃1072.
[17]   Van De Graaf A A, De Bruijn P, Robertson L A, Jetten M S M, Kuenen J G. Metabolic pathway of anaerobic ammonium oxidation on the basis of
15N studies in a fluidized bed reactor. Microbiology, 1997, 143(7): 2415⁃2421.
[18]   Klotz M G, Schmid M C, Strous M, Op Den Camp H J M, Jetten M S M, Hooper A B. Evolution of an octahaem cytochrome c protein family that is
key to aerobic and anaerobic ammonia oxidation by bacteria. Environmental Microbiology, 2008, 10(11): 3150⁃3163.
[19]   Zumft W G. Cell biology and molecular basis of denitrification. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1997, 61(4): 533⁃616.
[20]   Zumft W G. Nitric oxide reductases of prokaryotes with emphasis on the respiratory, heme⁃copper oxidase type. Journal of Inorganic Biochemistry,
2005, 99(1): 194⁃215.
[21]   Egli K, Bosshard F, Werlen C, Lais P, Siegrist H, Zehnder A J B, Van der Meer J R. Microbial composition and structure of a rotating biological
contactor biofilm treating ammonium⁃rich wastewater without organic carbon. Microbial Ecology, 2003, 45(4): 419⁃432.
[22]   Karlsson R, Karlsson A, Bäckman O, Johansson B R, Hulth S. Identification of key proteins involved in the anammox reaction. FEMS Microbiology
Letters, 2009, 297: 87⁃94.
[23]   Shimamura M, Nishiyama T, Shinya K, Kawahara Y, Furukawa K, Fujii T. Another multiheme protein, hydroxylamine oxidoreductase, abundantly
produced in an anammox bacterium besides the hydrazine⁃oxidizing enzyme. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008, 105(3): 243⁃248.
[24]   Jetten M S M, Niftrik L, Strous M, Kartal B, Keltjens J T, Op Den Camp H J M. Biochemistry and molecular biology of anammox bacteria. Critical
Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 2009, 44(2 / 3): 65⁃84.
[25]   Li M, Ford T, Li X Y, Gu J D. Cytochrome cd1⁃containing nitrite reductase encoding gene nirS as a new functional biomarker for detection of
anaerobic ammonium oxidizing (Anammox) bacteria. Environmental Science & Technology, 2011, 45(8): 3547⁃3553.
[26]   Schalk J, Oustad H, Kuenen J G, Jetten M S M. The anaerobic oxidation of hydrazine: a novel reaction in microbial nitrogen metabolism. FEMS
Microbiology Letters, 1998, 158(1): 61⁃67.
[27]   Schalk J, De Vries S, Kuenen J G, Jetten M S M. Involvement of a novel hydroxylamine oxidoreductase in anaerobic ammonium oxidation.
Biochemistry, 2000, 39(18): 5405⁃5412.
[28]   Li H, Chen S, Mu B Z, Gu J D. Molecular detection of anaerobic ammonium⁃oxidizing ( Anammox) bacteria in high⁃temperature petroleum
reservoirs. Microbial Ecology, 2010, 60(4): 771⁃783.
[29]   Klotz M G, Stein L Y. Nitrifier genomics and evolution of the nitrogen cycle. FEMS Microbiology Letters, 2008, 278(2): 146⁃156.
[30]   Penton C R, Devol A H, Tiedje J M. Molecular evidence for the broad distribution of anaerobic ammonium⁃oxidizing bacteria in freshwater and
marine sediments. Applied and Environmental Microbiology, 2006, 72(10): 6829⁃6832.
[31]   Dale O R, Tobias C R, Song B. Biogeographical distribution of diverse anaerobic ammonium oxidizing (Anammox) bacteria in Cape Fear River
Estuary. Environmental Microbiology, 2009, 11(5): 1194⁃1207.
[32]   Li M, Hong Y G, Klotz M G, Gu J D. A comparison of primer sets for detecting 16S rRNA and hydrazine oxidoreductase genes of anaerobic
ammonium⁃oxidizing bacteria in marine sediments. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010, 86(2): 781⁃790.
[33]   Humbert S, Tarnawski S, Fromin N, Mallet M P, Aragno M, Zopfi J. Molecular detection of anammox bacteria in terrestrial ecosystems:
distribution and diversity. The ISME Journal, 2010, 4(3): 450⁃454.
[34]   Schmid M C, Risgaard⁃Petersen N, Van De Vossenberg J, Kuypers M M M, Lavik G, Petersen J, Hulth S, Thamdrup B, Canfield D, Dalsgaard
T, Rysgaard S, Sejr M K, Strous M, Op Den Camp H J M, Jetten M S M. Anaerobic ammonium⁃oxidizing bacteria in marine environments:
widespread occurrence but low diversity. Environmental Microbiology, 2007, 9(6): 1476⁃1484.
[35]   Yang Q X, Jia Z J, Liu R Y, Chen J J. Molecular diversity and anammox activity of novel planctomycete⁃like bacteria in the wastewater treatment
system of a full⁃scale alcohol manufacturing plant. Process Biochemistry, 2007, 42(2): 180⁃187.
[36]   Amano T, Yoshinaga I, Okada K, Yamagishi T, Ueda S, Obuchi A, Sako Y, Suwa Y. Detection of anammox activity and diversity of anammox
bacteria⁃related 16S rRNA genes in coastal marine sediment in Japan. Microbes and Environments, 2007, 22(3): 232⁃242.
[37]   Wang S Y, Zhu G B, Peng Y Z, Jetten M S M, Yin C Q. Anammox bacterial abundance, activity, and contribution in riparian sediments of the
Pearl River Estuary. Environmental Science & Technology, 2012, 46(16): 8834⁃8842.
[38]   Long A, Heitman J, Tobias C, Philips R Song B. Co⁃occurring anammox, denitrification, and codenitrification in agricultural soils. Applied and
Environmental Microbiology, 2013, 79(1): 168⁃176.
0883   生  态  学  报      36卷 
http: / / www.ecologica.cn
[39]  Zhu G B, Wang S Y, Wang Y, Wang C X, Risgaard⁃Petersen N, Jetten M S M, Yin C Q. Anaerobic ammonia oxidation in a fertilized paddy soil.
The ISME Journal, 2011, 5(12): 1905⁃1912.
[40]   Shen L D, Liu S, Lou L P, Liu W P, Xu X Y, Zheng P, Hu B L. Broad distribution of diverse anaerobic ammonium⁃oxidizing bacteria in Chinese
agricultural soils. Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(19): 6167⁃6172.
[41]   Wang J, Gu J D. Dominance of Candidatus Scalindua species in anammox community revealed in soils with different duration of rice paddy
cultivation in Northeast China. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 97(4): 1785⁃1798.
[42]   Harhangi H R, Le Roy M, Van Alen T, Hu B L, Groen J, Kartal B, Tringe S G, Quan Z X, Jetten M S M, Op Den Camp H J M. Hydrazine
synthase, a unique phylomarker with which to study the presence and biodiversity of anammox bacteria. Applied and Environmental Microbiology,
2012, 78(3): 752⁃758.
[43]   Van De Vossenberg J, Rattray J E, Geerts W, Kartal B, Van Niftrik L, Van Donselaar E G, Sinninghe Damsté J S S, Strous M, Jetten M S M.
Enrichment and characterization of marine anammox bacteria associated with global nitrogen gas production. Environmental Microbiology, 2008, 10
(11): 3120⁃3129.
[44]   Jensen M M, Lam P, Revsbech N P, Nagel B, Gaye B, Jetten M S M, Kuypers M M M. Intensive nitrogen loss over the omani Shelf due to
anammox coupled with dissimilatory nitrite reduction to ammonium. The ISME Journal, 2011, 5(10): 1660⁃1670.
[45]   Li M, Hong Y, Cao H, Klotz M G, Gu J D. Diversity, abundance, and distribution of NO⁃forming nitrite reductase⁃encoding genes in deep⁃sea
subsurface sediments of the South China Sea. Geobiology, 2013, 11(2): 170⁃179.
[46]   Kirkpatrick J B, Fuchsman C A, Yakushev E, Staley J T, Murray J W. Concurrent activity of anammox and denitrifying bacteria in the Black Sea.
Frontiers in Microbiology, 2012, 3: 256⁃256.
[47]   Kartal B, Van Niftrik L, Rattray J, Van De Vossenberg J L C M, Schmid M C, Sinninghe Damsté J, Jetten M S M, Strous M. Candidatus ′
Brocadia fulgida′: an autofluorescent anaerobic ammonium oxidizing bacterium. FEMS Microbiology Ecology, 2008, 63(1): 46⁃55.
[48]   Quan Z X, Rhee S K, Zuo J E, Yang Y, Bae J W, Park J R, Lee S T, Park Y H. Diversity of ammonium⁃oxidizing bacteria in a granular sludge
anaerobic ammonium⁃oxidizing (anammox) reactor. Environmental Microbiology, 2008, 10(11): 3130⁃3139.
[49]   Borin S, Mapelli F, Rolli E, Song B, Tobias C, Schmid M C, De Lange G J, Reichart G J, Schouten S, Jetten M, Daffonchio D. Anammox
bacterial populations in deep marine hypersaline gradient systems. Extremophiles, 2013, 17(2): 289⁃299.
[50]   Russ L, Kartal B, Op Den Camp H J M, Sollai M, Le Bruchec J, Caprais J C, Godfroy A, Sinninghe Damsté J S S, Jetten M S M. Presence and
diversity of anammox bacteria in cold hydrocarbon⁃rich seeps and hydrothermal vent sediments of the Guaymas Basin. Frontiers in Microbiology,
2013, 4: 219⁃219.
[51]   Hu B L, Shen L D, Liu S, Cai C, Chen T T, Kartal B, Harhangi H R, Op Den Camp H J M, Lou L P, Xu X Y, Zheng P, Jetten M S M.
Enrichment of an anammox bacterial community from a flooded paddy soil. Environmental Microbiology Reports, 2013, 5(3): 483⁃489.
[52]   Wang Y, Zhu G B, Harhangi H R, Zhu B L, Jetten M S M, Yin C Q, Op Den Camp H J M. Co⁃occurrence and distribution of nitrite⁃dependent
anaerobic ammonium and methane⁃oxidizing bacteria in a paddy soil. FEMS Microbiology Letters, 2012, 336(2): 79⁃88.
[53]   Hu B L, Zheng P, Tang C J, Chen J W, Van Der Biezen E, Zhang L, Ni B J, Jetten M S M, Yan J, Yu H Q, Kartal B. Identification and
quantification of anammox bacteria in eight nitrogen removal reactors. Water Resources, 2010, 44(17): 5014⁃5120.
[54]   Schmid M C, Hooper A B, Klotz M G, Woebken D, Lam P, Kuypers M M M, Pommerening⁃Roeser A, Op Den Camp H J M, Jetten M S M.
Environmental detection of octahaem cytochrome c hydroxylamine / hydrazine oxidoreductase genes of aerobic and anaerobic ammonium⁃oxidizing
bacteria. Environmental Microbiology, 2008, 10(11): 3140⁃3149.
[55]   Hong Y G, Li M, Cao H L, Gu J D. Residence of habitat⁃specific anammox bacteria in the deep⁃sea subsurface sediments of the South China Sea:
Analyses of marker gene abundance with physical chemical parameters. Microbial Ecology, 2011, 62(1): 36⁃47.
[56]   Li M, Hong Y G, Cao H L, Gu J D. Mangrove trees affect the community structure and distribution of anammox bacteria at an anthropogenic⁃
polluted mangrove in the Pearl River Delta reflected by 16S rRNA and hydrazine oxidoreductase (HZO) encoding gene analyses. Ecotoxicology,
2011, 20(8): 1780⁃1790.
[57]   Kong L, Jing H, Kataoka T, Buchwald C, Liu H. Diversity and spatial distribution of hydrazine oxidoreductase (hzo) Gene in the oxygen minimum
zone off costa rica. PLoS ONE, 2013, 8(10): e78275.
1883  13期       白刃  等:厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展