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氨氧化作用作为硝化过程的第一步，是氮素生物地球化学循环的关键步骤。长期以来，普遍认为变形菌纲的氨氧化细菌（Ammonia-Oxidizing Bacteria，AOB）和厌氧氨氧化细菌（Anaerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria，Anammox）是氨氧化过程中的主要承担者。近年来随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用，参与氨氧化过程的新的微生物类群氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea，AOA)逐渐被发现。作为全球最大的污水生化处理系统，污水处理系统中AOA的分子生态学研究已经成为热点之一。与污水处理系统中的AOB研究相比，AOA的研究十分有限。目前对于AOA和AOB对氨氧化过程的贡献、以及AOA和AOB的种群数量、组成特征及其与环境因子之间的关系仍处于争议阶段。 为了研究8个实际污水处理厂(Wastewater Treatment Plants，WWTPs)中AOA和AOB的种群数量和组成特征，采用PCR、克隆、测序和核糖体DNA扩增片段限制性内切酶分析（Amplifed Ribosomal DNA Restriction Analysis，ARDRA）分子生物学技术对12个样品进行多样性分析;采用实时荧光定量PCR（Quantitative Real-Time PCR，qPCR）对amoA基因进行定量分析。QPCR结果表明虽然8个污水处理厂的工艺参数及性质存在差异，但12个污泥样品中AOB的amoA基因含量都高于AOA，且AOB与AOA的比值在2.56到2.41×103之间变化;同时AOA参与了部分氨氧化过程。基于amoA基因序列的发育树分析发现Nitrososphaera cluster是AOA的优势菌群，而且可能在WWTPs中广泛分布，但Nitrosopumilis cluster在WWTPs中分布极少。SpearmansRank CorrelationCoefficient(SRCC)数据分析表明AOA可能存在混合营养类型，而且AOA可能不是单一的营自养微生物。AOB的发育树结果分析发现Nitrosomonas europaeacluster和Nitrosomonas oligotropha cluster是AOB的两大优势菌群，而且AOB的群落多样性高于AOA。 为了分析不同污水处理系统（市政污水处理系统、工业废水处理系统和小试反应器）中AOA和AOB的种群数量和组成特征，选取10个不同污水处理系统的样品，采用分子生物学技术对其进行分析。PCR琼脂糖电泳结果表明AOB存在于每个样品中，而其中一个工业废水系统样品中未检测到AOA的存在。QPCR结果表明来自市政污水处理系统和工业废水处理系统的4个样品AOA amoA基因含量低于检测限，其它样品AOB的amoA基因含量（4.625×1049.99×109拷贝数/g干泥）远高于AOA的amoA基因含量（4.09×104-1.90×107拷贝数/g干泥）;同时在Anammox工艺反应器中AOA和AOB的amoA基因含量相对较高。基于AOB amoA基因的发育树分析几乎所有序列都属于Nitrosomonas cluster，而只有来自澳洲的一条序列属于Nitrosospira cluster。AOA序列中Nitrososphaera cluster为优势种属。 为了研究不同抑制剂对AOA和AOB种群数量和群落结构的影响，设置了5个小试反应器（Y1、Y2、Y3、Y4和Y5）并对其进行丙烯基硫脲(Allyl Thiourea，ATU)、3，4一二甲基吡唑磷酸盐（3，4-Dimethylpyrazole Phosphate DMPP）、链霉素和葡萄糖处理[185]、。结果发现低浓度的ATU和DMPP对氨氮去除率影响不大而在高浓度时对氨氮去除过程有较大抑制作用。QPCR结果表明AOB在反应器中的含量几乎都高于AOA，抑制剂ATU和DMPP对AOB起到了抑制作用;在低浓度ATU下对AOA影响不明显而高浓度时对AOA也起到了抑制作用，DMPP起到了促进作用，但浓度冲击可能对AOA造成一定的抑制作用。基于amoA基因发育树分析发现经过培养AOB的种群发生了变化，培养之后的AOB主要属于Nitrosomonas cluster和Nitrosospira cluster，其中Nitrosomonas cluster占主导地位，而且该菌群中N.europaea cluster和N.oligotropha cluster分布较广泛。AOA序列主要属于Nitrososphaera cluster和Nitrosopumilus cluster两大类，抑制剂DMPP对AOA物种影响最为明显，而抑制剂ATU对AOA物种影响幅度较小。 为了研究不同浓度的纳米材料TiO2对AOA和AOB种群数量和群落结构的影响以及AOA和AOB对氨氧化过程的贡献，分别采用0、1mg/L和50mg/L的TiO2，并利用Na213CO3进行同位素示踪分析设置6组反应器。结果表明短期内培养TiO2对氨氮去除效果影响并不明显。但是根据DNA-SIP分层之后的定量结果发现TiO2可能对AOB的生长产生了抑制作用。PCR扩增结果以及分层之后的qPCR结果发现可能AOA和AOB都参与了氨氧化过程。获得AOA序列的两个样品中没有共用的独立操作单元(operation taxonomic unit，OTU)，但是序列都属于Nitrososphaera cluster。基于AOB amoA基因的发育树分析发现Nitrosomonascluster是AOB的优势菌群，而且几乎每个样品轻层和重层中都存在种属N.oligotropha cluster，且所占比例较高。 土壤中的硝化作用也是全球氮循环的主要参与者。通过采集不同地区的10个土壤点样品来研究土壤中AOA和AOB的种群数量和组成特征。定量结果分析发现几乎所有样品中的AOA amoA基因含量要高于AOB的，说明AOA可能在土壤的氨氧化过程中起着举足轻重的作用。结合定量结果与环境变量之间的关系推测高氨氮环境有利于AOB的生长，而低氨氮更有利于AOA的生长。OTU分析结果表明，大部分样品的AOB多样性要高于AOA。基于amoA基因的发育分析表明，AOA的优势菌群为Nitrososphaera cluster，同时在酸性土壤TW1中发现了Nitrosotalea cluster的存在，再次证明了酸性土壤中Nitrosotalea cluster的存在;AOB的发育树分析表明，Nitrosospira cluster为优势菌群。 反硝化型甲烷氧化(Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation，DAMO)是甲烷氧化的一种新途径，其执行者属于NC10门"CandidatusMethylomirabilis oxyfera"属的亚硝化型甲烷厌氧化细菌(Nitrite-Dependentanaerobic Methane-Oxidizing，n-damo)。选取5个WWTPs缺氧区污泥样品和3个地表土壤样品作为研究对象，基于pmoA基因对不同环境中DAMO过程的存在以及n-damo细菌的多样性进行探究。PCR琼脂糖电泳结果表明所检测的样品中都含有n-damo细菌。基于OTU分析发现样品中n-damo细菌多样性较为单一，而且都属于"Candidatus Methylomirabilis oxyfera"。