材料与方法
富集培养物
高通量富集培养物（体积1.75 ml）设置于高压灭菌的2 ml Fisherbrand 96孔深孔聚丙烯微孔板中。基础培养基包含0.25 g/liter NH4Cl、0.1 g/liter KCl、0.5 g/liter MgSO4·7H2O、0.37 g/liter CaCl2·2H2O、0.25 g/liter NaCl、2.5 g/liter NaHCO3和0.7 g/liter NaH2PO4·H2O，以及维生素和微量元素（按Widdel和Bak所述制备）。基础培养基的pH使用HCl或NaOH调整至指定pH后过滤灭菌。调整至pH 5.5的培养基还包含10 mM吗啉乙磺酸缓冲液。指示时，基础培养基还包含1 g/liter酵母提取物。
各种碳源作为无菌储备溶液添加到微孔板孔底，最终浓度分别为10 mM葡萄糖、10 mM纤维素、20 mM乳酸、20 mM富马酸盐、20 mM丙酮酸盐、30 mM乙醇、30 mM乙酸盐、100 mM甲酸盐或0.5%(体积/体积)堆肥茶。部分富集还使用10 mM乳酸和10 mM富马酸盐的混合物。电子受体NaNO3和MgSO4·7H2O也作为无菌储备溶液添加到微孔板孔底，达到给定最终浓度。环境相关金属（COMM）也使用10 mM无菌醋酸铀酰溶液和无菌100x金属混合物溶液（添加到微孔板孔底。对于含COMM的富集，AlK(SO4)2·12H2O粉末以所需浓度悬浮于培养基中，然后加入基础培养基至微孔板。
根据基础培养基的pH，Al并不总是完全溶解。将基础培养基加入含各种添加物的微孔板孔后，每孔接种50至150μl指定ORR地下水样品或0.1 g指定ORR沉积物样品。微孔板然后用PHENIX无菌微孔密封膜覆盖，在22°C黑暗条件下培养。厌氧富集培养在密封厌氧罐中进行，气氛为20%CO2和80%N2，而微好氧富集类似培养，但气相含约3%O2，每24小时更换气体。富集在3个月内定期检查生长。从显示生长的富集通过划线接种在固体培养基上或使用丰富LB培养基培养分离菌落获得分离物。
1x COMM定义为包含1 mM AlK(SO4)2·12H2O、100μM UO2(CH3COO)2、100μM MnCl2·4H2O、100μM NiSO4·6H2O、30μM CoCl2·6H2O、10μM(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O、10μM CuCl2·2H2O和5μM Cd(CH3COO)2·2H2O。COMM中的Al和U分别作为干粉和10 mM过滤无菌储备溶液单独加入培养物。其余金属使用100x过滤无菌储备溶液加入培养物。该溶液新鲜制备或以单次使用等分试样储存于-80°C。指示时，使用COMM的变体，其中Al和/或U被移除或以较低浓度添加。
堆肥茶从ACC商业堆肥设施获取的成品堆肥制备。成品堆肥（1.0 kg）与5升蒸馏水混合，在密封玻璃容器中室温浸泡4天。resulting堆肥茶在过滤灭菌前用奶酪布过滤，使用Millipore express 0.22μm过滤器。
生长曲线
高通量生长曲线（体积400μl）使用Thermolab Scientific Equipments Bioscreen C自动化微生物生长曲线分析系统进行。对于厌氧生长，Bioscreen C置于Plas Labs硬质手套箱中，气氛为5%H2和95%Ar。生长曲线在22°C下进行，正常速度振荡，每间隔15秒振荡，间隔10秒。生长每小时通过600 nm光密度（OD600）监测。生长曲线使用与富集实验相同的基础培养基，添加物包括碳源、电子受体和金属，处理方式相同。每种菌株培养基使用的碳源和pH条件描述于补充材料表S2。所有含指示浓度COMM的生长曲线缺乏Al，因沉淀问题干扰OD读数。生长数据使用grofit包分析。使用无模型样条拟合确定每条曲线的生长速率，然后用于拟合剂量响应曲线并计算EC50值（如适用）。95%CI使用bootstrap值100确定。生长曲线实验未添加酵母提取物。
硝酸盐和亚硝酸盐还原酶测定
全细胞硝酸盐和亚硝酸盐还原酶测定在存在和不存在1x COMM下生长的细胞上进行。对于菌株MT123与COMM生长，U浓度降至10μM而非100μM，因MT123对U敏感。对于测定，细胞在室温下厌氧培养于50 ml基础培养基中含20 mM硝酸盐和1 g/liter酵母提取物至对数晚期。每种菌株培养基使用的碳源和pH条件给于表S2。细胞在10,500 xg下收获10分钟，然后用5 ml测定缓冲液（50 mM磷酸钾缓冲液，pH 7.2）洗涤三次，并悬浮于测定缓冲液中使最终OD600值介于0.1和0.4之间。在15 ml Falcon管中，200μl悬浮细胞轻柔混合25μl新鲜制备的0.5 mg/ml甲基紫精和75μl含4 mg/ml连二亚硫酸钠、4 mg/ml碳酸氢钠以及100 mM NaNO3（用于硝酸盐还原酶测定）或1.5 mM NaNO2（用于亚硝酸盐还原酶测定）的溶液。测定混合物在室温下孵育5至10分钟，然后在空气中涡旋直至溶液变清以停止反应。随后加入1 ml 1%磺胺酸于20%HCl中并涡旋，接着加入1 ml 1.3 mg/ml N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐溶液，形成亚硝酸盐依赖的偶氮染料呈红色。测定溶液的OD540和OD420用于测量偶氮染料和光散射吸光度。硝酸盐还原酶活性以单位/OD660报告，其中单位使用公式100×[OD540−(0.72×OD420)]/(T×V)计算，其中T为时间（分钟），V为反应体积（毫升）。亚硝酸盐还原酶活性也使用相同方程以任意单位报告，但使用最终测定溶液与无细胞对照之间的OD540变化替代OD540。误差报告为三个生物学重复之间的标准偏差。
16S rRNA基因测序
从每种ORR菌株使用ZymoBead基因组DNA试剂盒分离基因组DNA。每种菌株的16S rRNA基因使用EmeraldAmp GT PCR预混液与引物8F（AGAGTTTGATCCTGGCTCAG）和1492R（ACGGCTACCTTGTTACGACTT）扩增。扩增子由GENEWIZ测序，序列使用核苷酸BLAST分析最接近16S rRNA基因匹配。
匹配16S rRNA基因序列到ORR地下水调查样品
16S rRNA基因序列取自先前对93个不同未污染和污染ORR井的地下水调查。读段配对合并的rRNA序列从MG-RAST（mgm4554509.3）下载。低质量序列（>1预期错误）使用usearch-fastq_filter消除，读段使用自定义Perl脚本修剪至覆盖V4引物间区域。Usearch-fastx_uniques用于计数每个ESV在每个样品中出现的次数。然后ESV按样品总丰度排名，仅保留前5,000个ESV以减少污染。Usearch-search_exact用于查找分离物16S rRNA序列与100个井V4区域之间的精确匹配。许多情况下分离物匹配到每个样品中多个ESV，因此选择给定井中每个样品读段数最多的匹配ESV。最高百分比丰度计算基于每个样品的ESV读段数除以样品总读段数。仅使用每样品>1读段的ESV进行计算和绘图；然而，所有ESV用于地图。这些聚合数据与每个井的经度和纬度结合到Google Fusion Table中用于地理空间地图。地图上丰度低于0.01%的不可定量，仅用于说明目的。
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