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氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria, AOB）在氮素的生物地球化学循环中起着重要的作用,是硝化作用氨氧化的限速步骤,主要由属于变形杆菌门的β-亚纲和γ-亚纲的Nitrosococcus halophilus和Nitrosococcas oceani属组成。随着对生物硝化作用的研究,发现在海洋和陆地环境的一些嗜温和嗜热古菌中也含有amo基因的同系物,并且能催化氨氧化反应,因此提出氨氧化古菌（ammonia-oxidizing archaea, AOA）的概念。南美白对虾养殖塘环境是一个典型的生物硝化系统,氨对鱼虾等具有毒害作用,氨的积累会危害到水产养殖业的健康发展,成为绿色水产养殖的瓶颈。随着氨氧化古菌（AOA）的发现和在环境中所占的数量,AOA可能在虾养殖环境的氨氧化过程中起着重要甚至主要的作用。目前,对于这一假设的研究国内外还未见报道。本论文针对上述假设,基于AOB和AOA-氨单加氧酶α亚基基因amoA为靶标,构建amoA基因克隆文库与qRT-PCR-DGGE技术相结合方法,研究南美白对虾养殖底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多态性,主要结果如下:a.以AOB和AOA-氨单加氧酶α亚基基因amoA为靶标,构建amoA基因克隆文库,分析南美白对虾养殖塘底泥的AOA主要属于不可培养的泉古菌门（Crenarcharota）,且菌群结构单一,存在绝对优势菌群OTU3,占整个克隆文库的57.45%,并发现了一个克隆子Clone-52,该序列在NCBI中未找到相应的比对序列,可能是一株新的菌株。而AOB主要是由变形杆菌门β亚纲（β-Proteobacteria ）中的亚硝化单细胞菌属（Nitrosomonas）及Nitrosomonas-like,未发现亚硝化螺旋菌属（Nitrosospira）。b.应用amoA-qRT-PCR-DGGE技术分析整个虾养殖周期内AOA与AOB菌群时间多态性变化:AOA-amoA基因序列基本都属于不可培养泉古菌门（Crenarchaeota）。Cluster A1与Cluster A2两个簇基因序列与来自稻田土壤、被保护绿化土壤的AOA-amoA基因序列聚集在同一分支上;Cluster C簇基因序列与淡水湖底泥、温泉水的AOA-amoA基因序列聚集在一起,相似性较高;Cluster B簇基因序列与海水及海洋沉积物的AOA-amoA基因序列相似性较高,聚集在一起。AOB-amoA基因序列主要聚集Nitrosomonas属及Nitrosomonas-like,而未检测到Nitrosospira属;本实验中检测Nitrosomonas communis cluster、Nitrosomonas oligotropha cluster,并且Nitrosomonas.communis cluster的序列与来自绿化土壤的amoA基因序列聚集在同一分支上,Nitrosomonas-like（Cluster A）基因序列主要与稻田土壤、淡水污泥的amoA基因序列聚集在同一分支上,而与海水及海洋底泥的amoA基因序列距离较远,并且Cluster A基因序列占据整个AOB-amoA基因序列62.5%,说明随着时间推移,由于虾塘环境中理化性质的改变,氨氧化菌菌群逐渐由Nitrosomonas属改变到Nitrosomonas-like。AOA-amoA-RT-PCR结果表明:虾塘底泥样品中总古菌菌群细胞数量在4.49 x 108至5.45 x 109个/g底泥之间,总氨氧化古菌菌群细胞数量在1.09 x 107至6.63 x 107个/g底泥之间。总氨氧化古菌细胞数占古菌数的0.24%至1.12%。AOB-amoA-RT-PCR结果表明:虾塘底泥样品中总细菌菌群数量在1.46 x 109至8.62 x 1010个/g底泥之间,总氨氧化细菌菌群细胞数量在1.08 x 105至1.01 x 106个/g底泥之间。总氨氧化细菌细胞数占细菌数的0.012%至0.074%。同源于Nitrosomonas–like lineage的AOB为养殖塘底泥的优势氨氧化菌群,细胞数量在9.76 x 105个/g底泥左右;同源于Nitrosomonas.oligotropha和Nitrosomonas.communis lineage的AOB出现所有样品中,细胞数量在1.01 x 105个/g底泥左右。c.应用统计学主成分分析（PCA）和典型对应分析（CCA）结果显示:AOA与环境因子CCA分析:pH、氨盐、亚硝酸盐与菌群结构组成关联最大;关联其次的有机质（COD）、温度、硝酸盐也影响AOA的菌群分布情况。AOB与环境因子CCA分析:有机质（COD）、温度、氨盐、硝酸盐与菌群结构组成关联最大;关联其次的pH值、亚硝酸盐也影响AOB的菌群分布情况。总古菌细胞数量变化与温度呈正相关,相关性系数为0.828（P<0.05）;总AOA细胞数量与氨盐（NH4+-N）呈明显正相关,相关性系数为0.971 （P<0.01）。总细菌细胞数量变化与温度呈正相关,相关性系数为0.828（P<0.05）;总AOB细胞数量与氨盐（NH4+-N）、pH值呈正相关,相关性系数为0.894 （P<0.05）和0.845 （P<0.05）。d.应用生物信息学的手段来研究AOA的关键酶—氨单加氧酶活性α亚基的氨基酸组成、疏水性、理化性质、二级结构元件、蛋白质三级空间构象及同源建模。