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学而记

百科词条

硝化球菌属(Nitrococcus)

革兰氏阴性菌(G-菌) 菌落形态:当在海洋中自由漂浮时, Nitrococcus mobilis 以单个或二倍体细胞存在。当数百个细胞聚集在粘液层中时,会形成生物膜。 细胞形态:细胞是球菌,分裂后的直径为1.5至1.7微米(在分裂前延长至3.5微米) 最佳生长温度:25°C 30°C pH值:7.8 8.0 培养基: Nitrococcus mobilis 需要至少含有70%海

[[革兰氏阴性菌(G-菌)]] 菌落形态:当在海洋中自由漂浮时,[[Nitrococcus mobilis]] 以单个或二倍体细胞存在。当数百个细胞聚集在粘液层中时,会形成生物膜。 细胞形态:细胞是球菌,分裂后的直径为1.5至1.7微米(在分裂前延长至3.5微米)

培育方法

最佳生长温度:25°C~30°C pH值:7.8~8.0 培养基:[[Nitrococcus mobilis]]需要至少含有70%海水的培养基才能生长。仅添加盐分并不能产生能够培养的培养基。

[[Nitrococcus mobilis]] 仅在海洋环境中发现,是一种严格嗜盐菌。它呈球菌形状,并具有鞭毛以帮助移动。这种细菌是一种硝化菌,意味着它能够将亚硝酸盐氧化成硝酸盐($ + $ 转化为 $)。这在海洋环境中的氮循环中非常重要。[[Nitrococcus mobilis]]的浓度被发现低于其他硝化细菌,如[[0. 亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)]]的物种。[[Nitrococcus mobilis]] 在海洋碳循环中也扮演一个小角色,因为它固定无机碳,然后这些碳可以被异养生物利用。

生物技术应用 正在开发使用微生物中发现的酶来合成聚合物的方法。可以通过硫酯反应,将[[C2:乙酰CoA(Acetyl-CoA)]]连接到不同的单体上,来合成聚合物。因此,具有以[[C2:乙酰CoA(Acetyl-CoA)]]为底物的代谢酶的微生物被认为是可能的机制。发现[[Nitrococcus mobilis]]能够有效地催化这一反应,并且正在与其他各种细菌一起考虑。

肥料也可以通过使用磨碎的鱼、海藻和接种了包括[[Nitrococcus mobilis]]在内的不同微生物的海水,以更环保的方式合成。这些微生物将大气中的氮转化为作物可用的形式。

基因研究

基因组结构 [[Nitrococcus mobilis]] 含有一个单一的环状染色体,大约有25.4千碱基对大小。用于分类的16s rRNA基因长度为1483碱基对。鸟嘌呤/胞嘧啶浓度为60%。

发现[[Nitrococcus mobilis]] 参与了与Paulinella chromatophora(一种阿米巴虫)的羧基体操纵子的水平基因转移。阿米巴虫的DNA有几次水平基因转移的证据。Paulinella chromatophora的DNA显示出它可能是最早的真核生物之一,因为它包含几个细菌操纵子。

细胞结构、代谢和生命周期

[[【硝化作用】第2步:亚硝酸盐氧化到硝酸盐]]

[[Nitrococcus mobilis]]是一种严格化的化学自养生物。其新陈代谢所需的能量来自于将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的化学反应。它们需要氧气进行氧化反应,因此是好氧的。 为了进行硝化作用,需要至少4.5毫克/毫升的溶解氧浓度。

无机碳以二氧化碳的形式通过[[0. 卡尔文循环(Calvin cycle)]]固定。 氧化氮所获得的能量非常小。必须氧化100摩尔的亚硝酸盐才能固定一摩尔的二氧化碳。因此,细胞产生的能量的大部分(80%)用于碳固定。这限制了细胞的快速生长率。

亚硝酸盐的氧化发生在一个由亚硝酸盐氧化还原酶催化的单一反应中。亚硝酸盐的两个电子被转移到水中。这产生了硝酸盐和两个质子。细胞色素氧化酶然后催化氧化反应释放的质子与氧气之间的反应,产生水。因此,对于两个亚硝酸盐分子的氧化,需要一个氧分子。亚硝酸盐氧化还原酶位于内细胞质和细胞内膜上。通过比较不同物种中使用的亚硝酸盐氧化还原酶,发现 [[Nitrococcus mobilis]] 所进行的反应与其他硝化细菌相似。

[[0. 氮循环:脱氮--反硝化作用(Denitrification)]]

如果氧气不存在,细胞仍然可以存活,但生长率会进一步降低。它将使用亚硝酸盐或硝酸盐作为电子受体,而不是氧气。

细胞结构

在[[Nitrococcus mobilis]]的细胞质中有一个独特的细胞膜系统。这个管状系统与质膜相连。质膜会内陷形成管状,看起来是随机分布的间隔。管子本身的直径为6-8纳米,由双层细胞膜形成。电子显微镜显示管子内部确实有内容物。细胞质中的其他独特结构是包含体。这些是不溶性蛋白的聚集体。目前尚不清楚不溶性是由于错误折叠还是蛋白处于不同的状态,以备稍后重新折叠。这些颗粒被单层膜包围。最显著的包含体是六边形的,直径大约为100纳米。一个细胞可以包含多达200个这样的颗粒。细胞还有糖原储存区和聚-β-羟基丁酸颗粒。

膜中的脂肪酸组成与其他硝化细菌不同。膜的大部分由 vaccenic 酸(18:1 cis11)组成(42-52%)。hexadcanoic 酸(16:0)和 cis-9-hexadecenoic 酸(16:1 cis9)的浓度也比其他硝化细菌高,分别为27%和20%。脂肪酸轮廓可能会根据细菌生活的确切环境条件而变化。

生态学与发病机制

[[Nitrococcus mobilis]]没有已知的病原性。也没有已知的共生关系。 [[Nitrococcus mobilis]]在海洋氮循环中发挥作用,因为它能将亚硝酸盐转化为硝酸盐。它、 [[Nitrospina gracilis]]和 [[Nitrospira marina]]是唯一能够使用亚硝酸盐作为能量底物的嗜盐菌。由于这些硝化菌迅速将其进一步氧化,亚硝酸盐在海洋中很少积累。亚硝酸盐来自海洋生物如[[0. 亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)]]物种对氨的氧化。

更加怕光

由于在海洋中发现了多种硝化菌,[[Nitrococcus mobilis]] 必须要么比其他物种更高效地利用资源,要么生活在水柱中略微不同的深度。很可能是后者,因为发现 [[Nitrococcus mobilis]] 比另一种在海洋中发现的硝化细菌[[0. 硝化杆菌属(Nitrobacter)]]物种更容易受到光照的影响。如果它太接近表面,它将经历更多的辐射,这会增加对细胞的损害,尤其是对 DNA。细菌能够居住的最大深度受到随深度减少的氧气分布的极大影响。

可以移动

为了增加氧气的摄取,[[Nitrococcus mobilis]]可能具有一种特殊的机制,尽管这尚未确定。它的运动性质也允许它移动到营养物增加的区域。因此,[[Nitrococcus mobilis]]的位置在光照强度、氧气浓度和其他营养物特征之间进行了优化。

[[Nitrococcus mobilis]]是唯一一种球菌状的硝化细菌。一个3-4微米长的鞭毛有助于细胞自由漂浮时的移动。如果细胞是生物膜的一部分,则会失去鞭毛,唯一的移动方式是滚动,这通常缺乏方向性。

对碳循环、氮循环的影响

[[Nitrococcus mobilis]]在海洋碳循环中也扮演一个小角色,因为它固定了异养生物释放的二氧化碳。当它们消耗这种细菌时,这些碳再次变得可供异养生物使用。一旦细菌死亡,它可以沉出海洋的光合作用区,并为更深处的物种提供碳源。由于必须氧化大量的氮以提供足够的能量来固定碳,[[Nitrococcus mobilis]]在碳循环中的作用比在氮循环中小得多。