硝化作用(nitrifying)和反硝化細菌(denitrifying bacteria)的區別

關鍵區別-硝化細菌和反硝化細菌

氮是生物體必需的營養元素，有效氮的平衡和循環利用對生物體的利用具有重要意義。氮以天然的雙原子形式存在（N2），由於其生物功能而不能被植物吸收。將固定的雙原子氮氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽的過程稱為硝化作用；這通常是由能夠以固定形式利用氮的細菌來完成的。為了維持大氣中的氮平衡，雙原子氮應通過循環機制產生，即硝酸鹽和亞硝酸鹽被細菌物種還原為雙原子氮。這個過程被稱為反硝化。因此，參與這兩個過程的細菌被稱為硝化細菌和反硝化細菌。硝化細菌和反硝化細菌的關鍵區別在於，硝化細菌能夠將有效氨氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，而反硝化細菌能夠將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為其自然存在的雙原子態氮氣。

什麼是硝化細菌(nitrifying bacteria)？

硝化細菌是一種能將土壤中的NH3氧化為硝酸鹽或亞硝酸鹽的化學需氧菌。土壤中的NH3以NH4+離子形式存在。完全的硝化作用發生在兩個過程中，NH3首先被氧化成亞硝酸鹽（NO2-），然後是硝酸鹽（NO3-），供植物利用。

NH₄⁺ + O₂NO₂^– + H⁺+ H₂O
NO₂^–+ O₂NO₃^{^–}
Figure 01: Nitrogen Cycle

進行第一次硝化反應的硝化細菌包括亞硝基單胞菌和硝化螺菌，它們屬於蛋白質細菌的β亞類。能夠進行硝化過程第二反應併產生硝酸鹽的細菌包括硝化細菌，屬於蛋白質細菌的α亞類。

什麼是反硝化細菌(denitrifying bacteria)？

反硝化細菌是一種能將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氣態氮的化學需氧或厭氧細菌。兩種主要形式是雙原子氮（N2）和一氧化二氮（N2O）。通過這個過程，大氣中的氮含量被再生到正常濃度。反硝化反應如下所示。

NO3–→NO2–→NO+N2O→N2（g）

硝化作用(nitrifying)和反硝化細菌(denitrifying bacteria)的區別

圖02：脫氮

參與反硝化的兼性厭氧菌有反硝化硫桿菌和反硝化微球菌。脫氮假單胞菌是一種好氧反硝化細菌。

硝化作用(nitrifying)和反硝化細菌(denitrifying bacteria)的共同點

硝化反硝化細菌具有化學自養功能。
其中大多數是土傳細菌。
這兩個群體都參與維持生物圈中氮的平衡
硝化細菌和反硝化細菌都含有催化硝化和反硝化反應的酶
硝化細菌和反硝化細菌都是使用的工業。

硝化作用(nitrifying)和反硝化細菌(denitrifying bacteria)的區別

硝化細菌與反硝化細菌
硝化細菌是能夠將土壤中的銨氧化為硝酸鹽的細菌，可供植物利用。	反硝化細菌是能夠將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氣體形式，如一氧化二氮或雙原子氮的細菌種類。
反應類型
硝化作用是一種氧化反應。	反硝化是一種還原反應。
形成的產品
硝化細菌產生硝酸鹽或亞硝酸鹽。	反硝化細菌產生一氧化二氮或雙原子氮。
反應前體
硝化細菌使用氨或銨離子。	反硝化細菌以硝酸鹽或亞硝酸鹽為前體。
需氧量
大多數硝化細菌是需氧的。	反硝化細菌可以是好氧或兼性厭氧。
工業用途
硝化細菌用作氮肥。	反硝化細菌用於廢水管理系統中降解含氮廢水。

總結 - 硝化作用(nitrifying) vs. 反硝化細菌(denitrifying bacteria)

氮循環是自然界中最重要的生物地球化學循環之一，大氣中的氮被轉化為各種化學形式，使生物得以利用。硝化過程是一個氧化過程，土壤中以銨態存在的氮被轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，增加了生物對氮的利用率。在反硝化過程中，亞硝酸鹽和硝酸鹽被還原成氣態（雙原子氮和一氧化二氮）。這就是硝化細菌和反硝化細菌的區別。這兩個過程在生物學上都是有利的，因為微生物的參與，特別是化學石營養細菌。目前，這些細菌被認為在農業和環境生物技術領域具有重要的工業價值。因此，它們已成為生物技術領域一個潛在的研究課題。

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引用

1塞布朗，奧麗，蒂埃裡·伯斯和喬塞特·加尼爾。“塞納河下游和河口（法國）的硝化作用和硝化細菌”。應用與環境微生物學。美國微生物學會，2003年12月。網狀物。這裡有。2017年8月1日。Takaya，Naoki，Maria Antonina B.Catalan Sakairi，Yasushi Sakaguchi，Isao Kato，Zhemin Zhou和Hirofumi Shoun。“產生低水平一氧化二氮的好氧反硝化細菌”，應用與環境微生物學。美國微生物學會，2003年6月。網狀物。這裡有。2017年8月1日。
2Takaya，Naoki，Maria Antonina B.Catalan Sakairi，Yasushi Sakaguchi，Isao Kato，Zhemin Zhou和Hirofumi Shoun。“產生低水平一氧化二氮的好氧反硝化細菌”，應用與環境微生物學。美國微生物學會，2003年6月。網狀物。