硝化细菌又添新哥们——能直接将氨氧化成硝酸吗？

自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。

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硝化细菌概述

凡是能利用还原态的无机氮化合物进行无机营养生长的细菌，统称为硝化细菌。自然界中，硝化细菌最常用的氮源为氨，由两类不同生理类群的细菌依次协同进行来完成氧化过程。能将氨氧化为亚硝酸的细菌称为亚硝化细菌；能将亚硝酸氧化为硝酸的细菌称为硝酸化细菌。所以，硝化细菌是一个统称，包含两个亚群：亚硝化细菌和硝酸化细菌。

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糖类的合成是在哪种细菌里进行的呢

事实上两类细菌都能利用释放的能量合成有机物。亚硝化细菌利用氨氧化成亚硝酸的过程中放出的能量使CO₂还原成有机物。硝酸化细菌利用将亚硝酸氧化成硝酸过程中释放的能量来同化CO₂ 。因此两种细菌都可以进行化能合成作用将二氧化碳和水合成糖类。

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能单独将氨氧化为硝酸盐吗？

一个世纪以来，我们把这个分步硝化过程当成唯一的硝化途径来学习和研究。直到2015年底，3个科研团队分别在不同环境中发现了3种不同的经过纯培养的细菌(Candidatus Nitrospira nitrosa、Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira inopinata)和一种未经过纯培养的细菌(类Nitrospira)，它们都具备单独将氨氧化为硝酸盐的能力，这些微生物被定义为全程氨氧化微生物(Comammox)。

单步硝化作用和全程氨氧化微生物的发现终结了传承百年的理论，并引发了众多关于全球氮素循环的重要科学问题，如这些微生物在环境中的生态位点及其在硝化作用中的相对贡献等。

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氨或亚硝酸氧化释放的能量能直接用于合成糖类吗？

氨或亚硝酸氧化释放的能量是直接用于将二氧化碳和水合成糖类，还是先合成ATP，然后再由ATP水解释放能量用于合成糖类？反应中的化学能不能被生物直接利用，而均需储存于ATP中，再进一步释放。前面提到了，硝化细菌是一个统称，包含两类菌：亚硝化细菌和硝酸化细菌。这里学习时也可分三步介绍给学生，先由氨氧化成亚硝酸，由亚硝化细菌完成；再由亚硝酸氧化成硝酸，由硝酸化细菌完成。这两步都需要消耗氧，是好氧过程，但同时也释放能量形成ATP，因此是产能过程。第三步才是将二氧化碳和水化合形成糖类等有机物，这是消耗ATP，将其能量贮存在糖类等有机物中的过程。与硝化细菌作用类似的还有硫细菌和铁细菌等。

文献：关于硝化细菌的问题探析