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氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)是一类重要的功能微生物,它通过氨单加氧酶(ammonia monooxygenase, AMO)的催化作用将氨氧化成羟胺,是硝化作用过程的起始和限速步骤。由于AOB生长缓慢和难培养等因素的限制,近年来大部分AOB的研究依赖于分子技术。随着测序技术自动化程度的提高和成本的降低,大量的AOB基因序列被测序。然而,随着Genbank核酸序列数量的爆发式增加,如何有效的处理和分析Genbank中的海量数据,并结合环境因素进行综合分析,已经成为微生物生态学研究的热点。本文采用Mothur和ArcGIS软件分别对陆地环境中中国和全球范围AOB基因的丰富度、多样性、群落结构和空间变异进行了分析。中国地区和全球范围分别以行政区划和经纬度5°×5°来划分得到16个和37个文库,从不同的生物学尺度上探讨AOB和环境因素(地温、经纬度)的关系,试图阐明AOB的空间变异规律。通过对数据结果的分析,可以得到以下结论：第一,以amoA基因为研究对象,中国地区范围内AOB基因OTUs类型比较丰富,共有246个唯一种。其中,共有87个OTUs类型只含有一个克隆序列,最优势OTU有242个克隆序列,登录号为EU624814,与可培养菌株Nitrosospira sp. Nsp12(AY123823,AY298716)相似性最高,达99%。同时我们发现以核苷酸序列分析得到的OTUs比氨基酸序列OTUs要多,说明某些不同的核酸序列并没有翻译成不同的氨基酸序列,他们之间存在同义突变。通过Mothur软件的可视化功能分析得到相邻位置之间AOB细菌之间有一定的相似性。Libshuff验证16个文库差异性,结果表明大部分文库之间存在显著性性差异,部分文库地理位置较远也表现出文库相似性,说明除了地域差异,还有其他因素对AOB的多样性起作用。第二,通过ArcGIS的地统计分析,表明中国地区AOB15个文库丰富度估计值chaol变化区间为47.1～8.0。在中国南部和中部地区AOB丰富度较高,中国北部和中国西部地区丰富度较低。AOB多样性shannon指数变化区间为2.967～1.408。从中国近50年来的平均地温的等值线中,我们发现温度较高地区(>10°C),表现出较高的丰富度和多样性；而地温在5°C以下地区(除湖北外),其丰富度、多样性都相对较低,且沿海某些城市也表现出较低的多样性,说明AOB的多样性、丰富度不仅仅受地域、地温的变化影响,而且是气温、pH等其他因素综合作用的结果。其空间分布表现出明显的区域性。第三,采用Mothur软件分析了全球范围内氨氧化细菌amoA和16S rRNA基因多样性。amoA基因(label=0.05)分析得到OTUs为477,优势0TU为EU624820,与可培养菌株Nitrosospira sp. Nsp12(AY123823,AY298716)相似性最高,达99%。16S rRNA基因(label=0.03)得到159个种类,优势OTU为Z69162,与可培养菌株Nitrosospira sp. Nsp III7(AY123809)相似性最高,达99%。可视化分析表明在有些文库群落组成和结构相似上,如D(37°N,107°E)和E(37°N,112°E)。但是在群落组成相似下,其群落结构并不一定,如文库X(22°N,117°E)和N(32°N,137°E)。说明地理位置对AOB的群落结构和组成有一定的影响。本文还采用Libshuff分析37个文库,结果表明大部分文库之间存在显著性性差异。第四,对全球的37个文库分析表明,AOB多样性指数shannon在地理空间分布上沿经度存在一定的梯度变化,总体上从138°E到80°W,逐渐降低,又从80°W到123°W升高,局部地区突变等说明AOB的多样性影响是有多种因素的综合结果。采用Kriging空间插值方法绘制了shannon指数等值线,表明shannon指数从最高值3.464到最低值0.371进行梯度变化。其空间分布表现出明显的区域性,某一种程度上说明了盐度和人类生活中施肥、富含高氨浓度的有机污染物等的输出对AOB多样性的影响。