近年来,随着分子生物学技术的迅速发展,在氮污染防治和氮的地球生物化学循环等研究领域,取得了突破性的重大进展。尤其是在污水处理系统中,氨氮的有效去除一直是研究者们关注的问题。化能自养氨氧化细菌(AOB)负责氨氮的去除,即将氨氮转化成亚硝酸盐,这一过程也是硝化反应中的限速步骤。本研究中运用PCR,分子克隆文库构建,16SrDNA序列同源性分析,定量PCR等多种分子生物学分析方法,对污水处理系统和自然地表水中的氨氧化细菌群落进行研究,结合相关的污水处理参数,探讨氨氧化细菌种群动态变化;特定环境因子变化对氨氧化细菌群落分布的影响。同时,研究中还对污水处理系统和自然地表水中的微生物群落组成进行了初步分析。对污水处理系统和自然地表水中的氨氧化细菌的amoA基因片段进行分析,结果表明,测序得到的AOB大多属于β-变形菌纲的Nitrosomonas属,而且污水处理系统中的AOB的优势种群与自然地表水中有明显的差别。另外还有一类AOB仅存在于MW污水厂,它与Nitrosomonas europaea有很高的同源性。对细菌16SrDNA片段克隆文库的克隆子序列同源性分析结果显示,细菌群落的多样性较AOB丰富,经过酶切分型后,至少存在13个OTUs。测序结果表明,这些细菌属于α-变形菌纲,β-变形菌纲和黄杆菌纲(Flavobacteria)。同时,经过对比可以看出,污水处理系统和自然地表水中的细菌群落分布并不相同,而且在污水处理系统的16SrDNA序列分析中发现一类菌种,与β-变形菌纲AOB的Nitrosomonas属有很高的同源性。研究中,针对不同处理状况,不同水体温度下的污水处理系统和自然地表水样品进行荧光定量PCR分析。结果显示,污水处理系统中的AOB与自然地表水中的数量相当;而且AOB的数量变化与氨氮浓度及氨氮去除率的变化有一定的相关性,与温度变化的相关性并不明显。另针对还对厌氧氨氧化(Anammox)细菌16SrDNA,进行荧光定量PCR分析,发现样品中含有一定数量的Anammox细菌,与氨氮浓度也有一定的相关性。最后,本文还进行了氨氧化古细菌(AOA)的探索性研究。尝试性的选择三对引物,分别对AOA的16SrDNA和AMO功能基因进行定性的PCR检测。结果表明,在污水处理系统和自然地表水均可能含有AOA,而对其数量和功能的分析,及其与AOB的相互关系,还有待进一步深入探究。综合上述的研究成果,可以看出,各种环境因子(氨氮浓度,环境温度,水体中有机物的含量等)的变化,都直接影响环境中AOB的种群数量,群落结构及其活性,从而影响硝化作用乃至氮的生物地球化学循环。AOB能对各种环境条件的变化产生的不同响应,将有可能成为潜在预测、预警环境条件变化的重要指标,并未生态系统中氮元素循环的有效管理提供重要依据。