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反硝化作用被认为是造成海洋氮损失的主要生物途径之一,这些海洋环境包括开阔的大洋水体低氧区、近海和大陆架沉积物、深海沉积物等等。除了传统的厌氧反硝化,好氧反硝化作用同样对近海和深海的氮素损失具有重要的贡献。海洋环境中蕴藏着丰富的好氧反硝化菌资源,然而绝大多数仍未被发现和认识。开发海洋好氧反硝化菌资源并认识其代谢调控机制,对于高盐含氮废水的生物处理具有重要意义。本研究开展了海洋好氧反硝化菌的分离和筛选,以期为高盐废水的生物脱氮提供菌株资源;同时针对代表菌株进行好氧反硝化特性和作用机制的研究,希望为菌株后续的工程应用提供理论基础;并且通过对重要类群生态分布和代谢特征的分析,加深对其在海洋氮循环中生态作用的理解。开展了海洋好氧反硝化菌的分离、筛选,并利用多相分类方法鉴定了7个Halomonas新种。从各种海洋生境中一共分离筛选获得了86株好氧反硝化菌,种属多样性较高。其中Halomonas属是最优势的好氧反硝化菌,以菌株MCCC1A14433为代表的15株Halomonas菌都表现出高效的脱氮能力。系统进化分析表明,这15株菌包含了7个潜在新种,并且它们与其他12个Halomonas模式菌形成了一个独特的进化分支,命名为Halomonas desiderata group。海洋宏基因组多样性分析结果表明,H.desiderata group在海洋中广泛存在,但主要分布于近海环境,并且是近海的优势细菌类群之一。通过形态学特征、生理生化特征和核酸特征等多相分类学指标,本研究鉴定了H.desiderata group类群的7个新种,依次命名为Halomonas zhangzhouensis、Halomonas aerodenitrificans、Halomonas sulfidoxydans、Halomonas ethanolica、Halomonas diversa、Halomonas sulfidivorans和Halomonas tianxiuensis,对应的模式菌株分别为MCCC 1A11036T、MCCC 1A11058T、MCCC1A11059T、MCCC 1A11081T、MCCC 1A13316T、MCCC 1A13718T、MCCC1A14433T。这些新种的建立为认识H.desiderata group的代谢特征和生态作用提供了重要的菌株资源。通过氮平衡计算以及产气测定等分析了代表菌株Halomonas tianxiuensis MCCC 1A14433T的氮转化特性,并通过单因子实验优化了好氧反硝化条件。菌株MCCC 1A14433T通过同化作用利用氨氮,但不进行异养硝化。在以硝酸盐或者亚硝酸盐为唯一氮源时,菌株通过同化和好氧反硝化的协同作用实现硝酸盐或亚硝酸盐的高效去除。当氨氮和硝酸盐（亚硝酸盐）同时存在时,硝酸盐（亚硝酸盐）仅作为电子受体被快速利用;并且氨氮的存在能显著地提高硝酸盐（亚硝酸盐）还原速率。菌株MCCC 1A14433T最适的好氧反硝化条件为:柠檬酸钠或者琥珀酸钠为电子供体,C/N为7,p H为8,盐度为1%-6%,温度为37°C。该菌是一株嗜盐的高效好氧反硝化菌,平均的硝酸盐还原速率达到17.5 mg L-1h-1,高于大部分已报道的好氧反硝化菌,在高盐废水的生物脱氮中具有较好的应用前景。通过基因组和转录组分析,开展了菌株MCCC 1A14433T好氧反硝化分子生物学机制研究。菌株MCCC 1A14433T具有完整的反硝化途径,包含周质硝酸盐还原酶、膜结合硝酸盐还原酶、细胞色素cd1型亚硝酸盐还原酶、细胞色素c一氧化氮还原酶以及氧化亚氮还原的编码基因簇nap CBADFE、nar GHJI、nir SFCDLGHJEN、nor ECBQD和nos RZDFYL。转录组结果表明,菌株进行好氧反硝化作用的主要功能基因是nar G、nir S、nor B和nos Z,而nap A可能不发挥主要作用。dnr1和dnr2参与好氧反硝化的调控。nar K主要负责硝酸盐和亚硝酸盐的转运。氨氮的存在,显著地提高了反硝化基因及相关调控和转运基因的表达,极大地促进好氧反硝化作用,但会抑制硝酸盐同化作用。通过比较基因组分析,开展了H.desiderata group类群的反硝化和硫氧化途径分析,认识它们的氮、硫代谢特征和生态作用。H.desiderata group菌都具有完整的反硝化途径,都编码反硝化关键基因nap A、nar G、nir S、nor B和nos Z。区别于Halomonas属的其他菌,H.desiderata group的反硝化途径特征如下:1)基因组中同时存在膜结合硝酸盐还原酶NAR和周质硝酸盐还原酶NAP;2)它们的亚硝酸盐还原酶Nir S形成一个新颖的进化分支,表明独特的进化起源;3)存在多个不同亚硝酸盐还原酶基因共存现象,不同nir可能具有不同的生理功能。反硝化功能基因nir S、nap A、nor B和nos Z与16S r RNA基因的系统发育关系不一致,表明它们非同步进化。Halomonas属不同类群的反硝化途径不同,说明该属细菌在反硝化方面的代谢多样性。此外,H.desiderata group类群具有异养硫化物氧化能力,它们基因组中大多都编码fcc AB基因,部分同时包含sqr,通过sqr/fcc AB和pdo将硫化物氧化为硫代硫酸盐。H.desiderata group还具有硫代硫酸盐氧化能力,通过潜在的tsd A基因,将硫代硫酸盐氧化为连四硫酸盐。硫氧化基因在Halomonas属的广泛存在表明异养硫氧化是该属一个重要的分子特征。H.desiderata group菌具有完整的反硝化途径和异养硫化物氧化途径,其在海洋尤其是近海环境的氮、硫循环中具有不可忽视的生态贡献。对这些代谢特征的认识加深了对它们环境适应性的理解,也为它们在硝酸盐和H2S污染的生物治理提供理论支撑。