论文部分内容阅读
氨氧化过程是硝化过程的限速步骤,在海洋氮循环中具有至关重要的作用。氨氧化过程通常认为是由氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing Archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing Bacteria,AOB)来共同完成的。本研究根据生物信息学数据库,基因组尺度代谢网络模型自动化构建平台,构建了氨氧化古菌Nitrosopumilus maritimus SCM1,氨氧化细菌Nitrosomonas eutropha C91以及Nitrosomonas europaea ATCC 19718的基因组尺度代谢网络模型(GEMs),利用KEGG,MetaCyc以及文献对这些模型进行了修正,最后得到了高质量的模型,并且利用FBA等分析了氨氧化古菌和氨氧化细菌的氨氧化效率,计算了氨氧化古菌在氮循环以及碳循环中所占的作用。氨氧化古菌(AOA)在海洋氮循环中起着重要的作用,利用氨氧化提供能量固定二氧化碳生成生物质。虽然目前已经对AOA氨氧化途径机理提出了几种假说,但是对于这些途径能够生成的能量还知之甚少。本论文构建了氨氧化古菌模式菌株Nitrosopumilus maritimus SCM1的基因组尺度代谢网络模型i FL413,包括413个基因、825个代谢物以及675个反应。通过该模型计算了生成1g生物质所需求的能量和还原力。另外还利用实验数据结合模型计算了AOA氨氧化途径的产能效率。这些结果表明AOA的实际氨氧化效率远低于理论值。另外,这些结果也揭示了虽然氨氧化古菌在海洋氮循环中作用很大,但其对碳循环的贡献较小。氨氧化细菌(AOB)广泛分布于自然环境中,在氮循环中也起到了关键的作用。本论文分别针对Nitrosomonas eutropha C91及Nitrosomonas europaea ATCC19718构建了基因组尺度代谢网络模型i FL643以及i FL684。利用模型计算了生成1g生物质所需要的能量和还原力,并且与SCM1的模型计算结果进行了比较,比较结果也证实了以前文献的结论,3-羟基丙酸-4-羟基丁酸循环的效率要高于卡尔文循环。另外还利用模型对氨氧化细菌好氧自养生长条件下的实验数据进行了拟合,发现模型可以很好地和实验数据相拟合。另外,模型也可以预测厌氧自养条件以及厌氧异养条件下代谢分布状况。