第五章微生物与生物地球化学循环之氮循环资料优秀PPT.ppt
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1、微生物与生物地球化学循环之氮循环讲授内容1 生物地球化学氮素循环概述2 微生物在氮素循环不同环节中的作用3 论文举例1 生物地球化学氮素循环概述生物地球化学氮素循环概述地壳7.71014t大气3.91015t陆地生物2.51010t有机质1.11011t海洋非生物活跃N9.91011t海洋生物N5.2108t海洋溶解N22.01013t1.1 几类主要氮库几类主要氮库1.2 氮素在自然界的存在形式氮素在自然界的存在形式(1 1)气态)气态N N:N N2 2,N N2 2O O(氧化亚氮)(氧化亚氮)(2 2)无机态)无机态N N:NONO3 3-、NONO2 2-(亚硝酸盐(亚硝酸盐 氧化态
2、)、氧化态)、NHNH4 4+(还原(还原态)态)(3 3)有机态)有机态N N:各种有机氮,如蛋白质、氨基酸、氨基糖聚物各种有机氮,如蛋白质、氨基酸、氨基糖聚物1 生物地球化学氮素循环概述生物地球化学氮素循环概述生物体有机氮NH4+NO2-NO3-大气N2生物固氮硝化作用(1)硝化作用(2)同化吸取同化吸取氨化作用亚硝酸氨化作用异化性硝酸盐还原火山爆发反硝化1.3 自然界中的氮素循环自然界中的氮素循环1 生物地球化学氮素循环概述生物地球化学氮素循环概述自然界中的氮素循环闪电电离固氮菌转固氮菌转化化亚硝酸亚硝酸根根2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用2.1 生物
3、固氮2.2 氨化作用2.3 氮化合物的生物同化2.4 硝化作用2.5 反硝化作用2.1 生物固氮生物固氮N2+能量能量NH3微生物(异养)固氮酶固氮固氮微生物微生物自生固氮菌()共生固氮菌联合固氮菌2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用自生固氮菌(好氧)梭状芽孢杆菌(厌氧)自生固氮菌自生固氮菌根瘤菌根瘤菌豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤共生固氮菌共生固氮菌芽孢杆菌拜叶林克氏菌 联合固氮菌联合固氮菌2.2 氨化作用氨化作用2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用氨化反应是指有机氮经微生物的分解而产生氨的生物反应第一阶段第一阶段困难的含氮化合物
4、分解形成简洁化合物困难的含氮化合物分解形成简洁化合物氨基化氨基化其次阶段其次阶段氨基化合物经微生物作用脱氨基,释放氨氨基化合物经微生物作用脱氨基,释放氨合适的环境条件下合适的环境条件下长了毛霉的豆腐可以食用的霉豆腐霉豆腐的加工原理氨基化蛋白质蛋白质RCHNH2COOH(或(或RNH2)+CO2+中间产物中间产物+能量能量2.2 氨化作用氨化作用第一阶段,第一阶段,氨基化氨基化气生菌丝气生菌丝堆肥发酵有机堆肥堆肥发酵原理脱氨基过程2.2 氨化作用氨化作用其次步,脱氨基其次步,脱氨基充分通气条件下充分通气条件下 RCHNH2COOH+O2RCOOH+NH3+CO2+能量能量2.2 氨化作用氨化作用
5、其次步,脱氨基其次步,脱氨基厌氧条件下厌氧条件下 RCHNH2COOH+2HRCH2COOH(RCH3+CO2)+NH3+能量能量一般水解作用一般水解作用RCH2NH2COOH+H2O RCH2COOH(RCH2OH+CO2)+NH3+能量能量微生物水解酶环境条件对氨化作用的影响环境条件对氨化作用的影响环境条件对氨化作用的影响环境条件对氨化作用的影响水分水分温度温度pHpHC/NC/N的影响的影响土壤持水量土壤持水量5070,有利于氨化作用的进行,有利于氨化作用的进行氨化作用适宜温度为氨化作用适宜温度为25253232中性条件的氨化作用大于酸性条件中性条件的氨化作用大于酸性条件最适最适pH7.
6、2pH7.27.47.4碱性条件下形成的碱性条件下形成的NHNH3 3易挥发(易挥发(pH8pH8)有机有机N N化物化物C/NC/N25:125:1,土壤得不到多余的无机,土壤得不到多余的无机N NC/N25:1C/N25:1C/N25:1,土壤有无机,土壤有无机N N的损失的损失2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用水对湿土壤的比值水对湿土壤的比值2.3 氮化合物的生物同化氮化合物的生物同化微生物体NO3-NH4+NO3-NH4+RCH2NHKCOOH氨态氮、硝态氮被微生物吸取同化称为氮素的微生物同化2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节
7、中的作用同同化化吸吸取取2.4 硝化作用硝化作用2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物(1 1)硝化作用的底物是硝化作用的底物是NH4+NH4+,但,但NH3NH3的离子化高度依靠的离子化高度依靠环境中的环境中的pHpHpH6.07.08.09.0NH3/NH4+0.11.010.050.02 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用铵态氮经硝化细菌的氧化转变成为硝态氮的过程称为硝化作用(2)硝化作用的产物硝化作用的产物1)NO2-2)NO3-NH4+O2NO2-硝化作用第一阶段硝
8、化作用第一阶段硝化作用第一阶段硝化作用第一阶段亚硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌硝化作用第二阶段硝化作用第二阶段硝化作用第二阶段硝化作用第二阶段硝酸细菌硝酸细菌硝酸细菌硝酸细菌O2NO2-NO3-2.4 硝化作用硝化作用2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物硝化作用的底物和产物2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用铵态氮经硝化细菌的氧化转变成为硝态氮的过程称为硝化作用耗氧状况下耗氧状况下2.4.2 2.4.2 影响硝化作用的环境因素影响硝化作用的环境因素影响硝化作用的环境因素影响硝化作用的
9、环境因素(1)pH(2)O2(3)EhvpH 7-8.6,有利于硝化作用进行;,有利于硝化作用进行;vpH 9,造成游离的,造成游离的NH3过多而抑制硝化作用。过多而抑制硝化作用。OO2 2是自养硝化菌进行硝化作用的必备条件。是自养硝化菌进行硝化作用的必备条件。是自养硝化菌进行硝化作用的必备条件。是自养硝化菌进行硝化作用的必备条件。vv400mv400mv以上,有利于硝化作用进行;以上,有利于硝化作用进行;以上,有利于硝化作用进行;以上,有利于硝化作用进行;vv低于低于低于低于250mv250mv时,亚硝酸细菌就不能将时,亚硝酸细菌就不能将时,亚硝酸细菌就不能将时,亚硝酸细菌就不能将NHNH4
10、 4+转化为转化为转化为转化为NONO2 2-;vv低于低于低于低于80mv80mv时,硝化作用停止。时,硝化作用停止。时,硝化作用停止。时,硝化作用停止。氧化还原电位氧化还原电位(4 4)温度)温度)温度)温度(5 5)底物和产物的高浓度均能抑制硝化作用的进行)底物和产物的高浓度均能抑制硝化作用的进行)底物和产物的高浓度均能抑制硝化作用的进行)底物和产物的高浓度均能抑制硝化作用的进行(6 6)土壤肥力)土壤肥力)土壤肥力)土壤肥力p440,2532为最适生长温度为最适生长温度p低温能抑制硝化作用(低温能抑制硝化作用(04),因此冬季土壤中以),因此冬季土壤中以NH4+为主,为主,NO2-和和
11、NO3-的量很少;的量很少;p不同地区硝化作用的适宜温度范围不同:不同地区硝化作用的适宜温度范围不同:北美洲北美洲2025美国西南部美国西南部3040热带热带60uNH4+过多,影响环境过多,影响环境pH;pH9,游离,游离NH3过多,抑制硝化细菌生长。过多,抑制硝化细菌生长。uNO3-过多,反馈抑制硝酸细菌生长,造成过多,反馈抑制硝酸细菌生长,造成NO3-累积而毒害亚硝酸细菌累积而毒害亚硝酸细菌以及污染环境。以及污染环境。u土壤可溶性有机物含量高,能促进硝化作用的进行。土壤可溶性有机物含量高,能促进硝化作用的进行。u因有机物分说明放出因有机物分说明放出NH4+,为硝化作用供应较多的作用底物。
12、,为硝化作用供应较多的作用底物。夏季硝态氮高夏季硝态氮高简洁释放铵离子简洁释放铵离子2.4.3 2.4.3 硝化作用造成的环境污染硝化作用造成的环境污染硝化作用造成的环境污染硝化作用造成的环境污染1.1.过多硝酸盐污染水源,引起水体过多硝酸盐污染水源,引起水体过多硝酸盐污染水源,引起水体过多硝酸盐污染水源,引起水体富养分化;富养分化;富养分化;富养分化;2.2.NO2-NO2-为致癌物质;为致癌物质;为致癌物质;为致癌物质;3.3.N2ON2O破坏臭氧层。破坏臭氧层。破坏臭氧层。破坏臭氧层。2 微生物在氮素循环不同环节中的作用微生物在氮素循环不同环节中的作用2.4.4 2.4.4 抑制剂的施用
13、效果抑制剂的施用效果抑制剂的施用效果抑制剂的施用效果(1 1)选择硝化抑制剂的基本原则)选择硝化抑制剂的基本原则)选择硝化抑制剂的基本原则)选择硝化抑制剂的基本原则(2 2)硝化抑制剂的种类)硝化抑制剂的种类)硝化抑制剂的种类)硝化抑制剂的种类(3 3)硝化抑制剂的效果)硝化抑制剂的效果)硝化抑制剂的效果)硝化抑制剂的效果A.只抑制亚硝酸细菌的生长,而对硝酸细菌和土壤的其他有益微生物只抑制亚硝酸细菌的生长,而对硝酸细菌和土壤的其他有益微生物无影响;无影响;B.施用量少,成本低,效果明显;施用量少,成本低,效果明显;C.对人、畜、土壤、水域、植物无害无污染。对人、畜、土壤、水域、植物无害无污染。
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