知识点3 微生物的地球化学作用.ppt
第三节 微生物的地球化学作用,一、碳素循环二、氮素循环三、硫素循环四、其它元素的微生物转化,自然界能量与物质循环,生物合成（环境物质转化为生物体）无机有机,生物分解（生物有机体转化为环境物质）有机无机,植物(为主）、无机营养型微生物（海洋）,微生物（为主）、燃烧或动植物呼吸作用,大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2只够绿色植物约20年使用。 微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物体处于一种良好的碳平衡循环中。地球上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的。 微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。,一、碳素循环,碳循环以CO2为中心，光合作用 植物性碳 动物性碳 微生物分解CO2水环境中： CO2产甲烷菌 甲烷甲烷氧化菌 CO2,碳素循环,光合作用藻类、绿色植物、蓝细菌,（CH2O）n有机化合物,呼吸作用动植物及微生物,需氧,厌氧,CO2,厌氧呼吸、发酵厌氧微生物，包括光合细菌,有机化合物（CH2O）n,光合细菌,沉积作用,产甲烷细菌,甲基化合物,甲烷氧化细菌,CH4,二、氮素循环,自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，而微生物是整个氮素循环的中心。氮元素的自然形态：（1）铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐（2）有机含氮物（3）氮气。,（一）生物固氮 据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5 107吨，林地4.0 108吨，海洋3.6 108吨，其它土壤0.6 108吨。 根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。,二、氮素循环,(二)硝化作用,（三）硝酸盐同化作用,定义：绿色植物和微生物在利用硝酸盐的过程中，硝酸盐被重新还原成NH4+后再被利用于合成各种含氮有机物，这就是硝酸盐的同化作用。,定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸 态氮的过程。过程：两阶段 （1）由亚硝化细菌参与，铵亚硝酸； （2）由硝化细菌参与，亚硝酸硝酸。意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,（四）氨化作用,定义：含氮有机物竟微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等分解蛋白质的微生物种类：Pseudomonas fluorescens（荧光假单胞菌），Proteus vulgaris（普通变形杆菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌），B. subtilis和B. mycoides（蕈状芽孢杆菌），Clostridium putrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌如Sporosarcina ureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacillus pasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌如Bacterium chitinophilum（嗜几丁杆菌）和Chromobacterium chitinochroma（几丁色色杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,（五）铵盐同化作用,（六）异化性硝酸盐还原作用,定义：硝酸粒子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的 反应。有时亚硝酸可进一步通过亚硝酸铵化作用而产生 氨或进一步通过反硝化作用（denitrification）产生氮 气、NO或N2O。菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。,所有绿色植物和微生物进行的以铵盐作为营养，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物的作用。,定义：由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）菌种：少数异养和化能自养菌。如：Bacillus lichenoformis（地衣芽孢杆菌）、Paracoccus denitrificans（脱氮副球菌）、Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps. stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,（七）反硝化作用,定义：亚硝酸通过异化性还原可以经羟胺而转变成氨，叫做亚硝酸的氨化作用。菌种：Aeromonas（气单胞菌属）、Bacillus（芽孢杆菌属）、Enterobacter（肠杆菌属）、Flavobacterium（黄杆菌属）、Nocardia（诺卡氏菌属）、 Vibrio（弧菌属） 和 Staphylococcus（葡萄球菌属）等。,（八）亚硝酸氨化作用,三、硫素循环,硫元素在自然界的循环（红箭头表示植物与微生物共同进行的反应）,四、磷的循环,生物有机磷,
