硝化細菌屬于自養性細菌,包括兩種完全不同的代謝群:亞硝酸菌屬(nitrosomonas)及硝酸菌屬(nitrobacter),它們包括形态互異的杆菌、球菌和螺旋菌。亞硝酸菌包括亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬中的細菌。
從形态上看硝化菌有多樣性,如球形、杆狀、螺旋形等,但均為無芽孢的革蘭氏陰性菌;有些有鞭毛能運動,如亞硝化葉菌,借周身鞭毛運動;有些無鞭毛不能運動,如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中,有些菌僅發現于海水中,例如硝化球菌、硝化刺菌。
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