硝化細菌

硝化細菌（英語：nitrifying bacteria）是一群好氧的化能自養生物之統稱，細菌能通過食用無機氮化合物生長^[1]。硝化細菌以二氧化碳為碳源，通過代謝將氨或銨鹽氧化成硝酸鹽。硝化細菌可以用不含有機碳的培養基培養。許多品種的硝化細菌具有複雜的內部膜系統在關鍵位置為硝化酶：氨單加氧酶（英語：Ammonia monooxygenase）將氨氧化為羥胺 ，和亞硝酸鹽氧化還原酶（英語：nitrite oxidoreductase）將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。

生態

硝化細菌是生活在狹窄環境中的物種，並且被發現有大量氨的地方有相當大的數量的存在（具有大面積的的蛋白分解區，以及污水處理廠）^[2]。在自然界中硝化細菌在湖泊和河流中得以茁壯成長，是因為生物排放了氨含量高的污水，廢水和淡水有很高的氨氮輸入，海水則略低一些。

氨氧化成硝酸鹽

在自然界硝化作用是銨（NH+
4）或氨（NH
3），以由兩個無處不在的細菌群體催化硝酸鹽（NO−
3）一個兩步氧化過程。第一反應為由「亞硝化」物種代表的氨氧化細菌（AOB）把銨的氧化為亞硝酸鹽。第二個反應是由硝化物種代表的亞硝酸氧化細菌（NOB）把亞硝酸鹽（NO−
2）的氧化硝酸鹽，^[3][4] 。

第一步硝化 - 分子機制

圖1. 由氨氧化細菌（AOB）氧化銨的分子機制

在自養硝化細菌中，氨的氧化是一個複雜的過程，需要幾種酶，蛋白質和氧氣的存在。必要銨氧化為亞硝酸鹽過程中獲取的能量關鍵的酶是氨單加氧酶（英語：Ammonia monooxygenase）（AMO）和羥胺氧化還原酶（英語：Hydroxylamine oxidoreductase）（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 - 分子機制

在自養硝化的第一步驟中產生的亞硝酸鹽是由亞硝酸鹽還原酶（NXR）（2）氧化成硝酸鹽。

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

氨和亞硝酸氧化細菌的特性

氨氧化的硝化細菌^[5]

屬	系統發生組	DNA (mol% GC)	棲息地	特性
Nitrosomonas	Beta	45–53	土壤，污水，淡水，海洋	革蘭氏陰性短到長棒，游動（極生鞭毛）或無動力;外周膜系統
Nitrosococcus	Gamma	49–50	淡水，海洋	大型球菌，游動，囊泡或外周細胞膜
Nitrosospira	Beta	54	土壤	螺旋，游動（周毛鞭毛）;沒有明顯的膜系統

亞硝酸鹽氧化的硝化細菌^[5]

屬	系統發生組	DNA (mol% GC)	棲息地	特性
Nitrobacter	Alpha	59–62	土壤，淡水，海洋	短棒狀，出芽生殖，可偶爾運動（單次使用末端的鞭毛）或者是不可運動，膜系統可作為一個極冠
Nitrospina	Delta	58	海洋	長，細桿狀，不可運動，沒有明顯的膜系統
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（英語：Nitrogen deficiency）
• 電子傳遞鏈