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一组特殊自养氨氧化混合种群，表现：无机环境种群生长迅速、生物量高；在一个完全无机的自养生长环境中，不仅保持高氨氧化速率，并出现丰富的异养微生物种群；该种群置于异养、厌氧环境中，迅速表现出产氢特征。对于这样一个特殊的生态体系，研究其共生机理，以及联接这些种群之间的碳源和能源问题，将具有非常重要意义。我们拟从种群特征、细胞表面分泌产物、游离体系产物多糖、蛋白和脂肪酸方面开展研究。
第一部分，自养氨氧化混合种群的基本特征。采用氨氧化培养基，进行种群氨氧化特征研究；采用扫描电镜观察自养混合种群的微观特征；沉降、离心去除微生物种群，分析水相中的总有机碳、糖类等物质；利用LB培养基进行种群的分离、纯化，并采用DGGE手段对微生物种群结构进行分析。结果表明，接入菌种后(2/5000(VN))，培养液中氨(200mg/L)在3-5天内快速降解；亚硝酸盐与氨氮变化呈负相关趋势，仅有少量硝酸盐含量(<30mg/L)。氨氧化种群的生物量增长与氨氧化趋势一致，初始生物量7.75 mg/L(蛋白含量)，3-5天后生物量快速增长，并达到最高63.06 mg/L(蛋白含量)。电镜图片显示，种群外包裹一层粘液。离心除去菌体后，检测培养液总有机碳和糖的含量，同样表现出与生物量增长相似的特征，分别由初始的3.73、2.35 mg/L，3-5内天迅速增加，并分别达到最大值35.19、27.45 mg/L。经初步分离、纯化并对纯化菌株进行测序，获得了10株异养微生物分别为布鲁氏菌科苍白杆菌属、纤维单孢菌、类芽孢菌属、黄杆菌属、无色杆菌、鞘脂单胞菌、嗜麦芽寡养单胞菌、噬氢菌属、硫红球菌、假单胞菌；DGGE显示，约有20分条离带，本文对其中的两条优势条带进行切割回收测序，鉴定为欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eur)。
第二部分：混合种群自养.异养菌共生的可能机制。在对微生物种群特征初步分析基础上，针对胞外糖类组分可能被微生物代谢分解，我们重点对微生物细胞蛋白质与糖类进行分析。采用超声结合RIPA裂解液裂解，SDS-PAGE电泳分析混合种群总蛋白种类，并通过氨基酸分析仪及红外光谱法分析氨基酸组成及蛋白红外特征。采用超声破碎结合反复冻融对细胞样品进行处理，提取液采用醇沉、Sevage脱氮白，凝胶过滤方法脱盐和分级分离。对提取物的糖分析包括：紫外扫描，红外光谱，核磁共振，单糖组成分析；扫描电镜观察菌群破裂现象。SDS-PAGE分析结果表明：氨氧化种群不同生长阶段都显示出42kD蛋白表达量很高，d4时42kD蛋白表达已经很强，4-7d内一直持续这种过量表达，直到d8后表达开始减弱。说明42kD蛋白可能与氨氧化密切相关。红外光谱分析显示：细胞提取物的特征峰分布在3427.42cm-1、1718.18 cm-1和1681.72 cm-1、1160.07和1086.74 cm-1，分别对应为OH、 C=O、C-O-C基团，表明具有蛋白的典型特征；氨基酸分析显示蛋白中的Gly，Asp，Ala，Glu含量相对较高。
提取物中胞外多糖分离谱图得到不均一组分，共得到6个收集峰；紫外扫描在201-213 nm处有多糖吸收峰，同样表明多糖成分不均一性；多糖红外光谱特征峰主要分别在3400.49 cm-1、2920.28 cm-1、1154.54和1087.52 cm-1，对应OH、一CH2- or CH、C-O-H or C-O-C等多糖特征基团；多糖提取物核磁共振1Hδ4.3～5.9之间出现强吸收峰，这是1H中，多糖存在的明显证据，1H NMR中，其中O-乙酰基的甲基上的氢信号为81.1～1.3之间。糖肟全苯甲酸酯衍生物的HPLC测定中，得到单一的单糖峰，由于时间问题，还未进行更深入的试验；电镜图片显示，种群中的细胞有大量的破裂现象。
实验表明，自养氨氧化混合种群显示出快速的氨氧化速率，氨氧化过程生物量和有机质的增加明显。微生物种群包裹粘液层，并分离纯化出大量的异养菌；去除菌体后的游离培养液中存在有机质(包括多糖)说明无机自养生长体系中存在异养菌生长、繁殖的二次碳源；细胞提取物中蛋白条带数目多、种类丰富；细胞多糖提取物具有明显的多糖特征，以及单糖的存在。结合种群的显微特征和游离体系中的有机质的检测结果，我们认为，无机自养生长体系中，种群细胞生长过程中发生的破裂现象可能是导致大量的蛋白、多糖释放到游离胞外，并成为其他异养菌生长的碳源和氮源。这可能是自养体系中，大量异养菌共生的可能机制，至于是什么原因引起种群生长过程中产生的破裂现象，还有待下一步深入研究。