微生物在环境物质循环中的作用 (2)讲稿.ppt

《微生物在环境物质循环中的作用 (2)讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微生物在环境物质循环中的作用 (2)讲稿.ppt（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、微生物在环境物质循环中的作用第一页，讲稿共六十二页哦第一节第一节碳素生物循环碳素生物循环第二页，讲稿共六十二页哦第三页，讲稿共六十二页哦一、微生物分解有机物的一般途径一、微生物分解有机物的一般途径（一）复杂有机物分解为简单有机物（一）复杂有机物分解为简单有机物 胞外酶胞外酶（二）简单有机物的有氧分解（二）简单有机物的有氧分解1 1完全氧化：完全氧化：好氧和兼性厌氧微生物在氧气充足时的好氧和兼性厌氧微生物在氧气充足时的彻底氧化彻底氧化2 2不完全氧化：不完全氧化：好氧和兼性厌氧微生物在氧气供应好氧和兼性厌氧微生物在氧气供应不足时的不彻底氧化不足时的不彻底氧化第四页，讲稿共六十二页哦（三）简单有机

2、物的无氧分解及甲烷的生成（三）简单有机物的无氧分解及甲烷的生成 厌氧和兼性厌氧菌的发酵或无氧呼吸厌氧和兼性厌氧菌的发酵或无氧呼吸（四）微生物分解有机物的总图式（四）微生物分解有机物的总图式复杂有机物复杂有机物简单有机物简单有机物好氧微生物好氧微生物厌氧微生物厌氧微生物CO2H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及及有机酸、醇、酮、醛等未完全氧有机酸、醇、酮、醛等未完全氧化产物化产物第五页，讲稿共六十二页哦二、微生物分解纤维素二、微生物分解纤维素（一）纤维素的分解途径（一）纤维素的分解途径第六页，讲稿共六十二页哦（二）纤维素酶（二）纤维素酶C1酶酶水解未经降解的天然纤维素水解未经降解的天然纤

3、维素-1,4-葡聚糖葡聚糖酶切割部分降解的多糖切割部分降解的多糖-葡萄糖苷葡萄糖苷酶水解水解纤维二糖二糖、纤维三糖及低相对分子质量的寡糖、纤维三糖及低相对分子质量的寡糖第七页，讲稿共六十二页哦（三）分解纤维素的微生物（三）分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物：细菌、真菌和放线菌分解纤维素的微生物：细菌、真菌和放线菌好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌放线菌链霉菌属。链霉菌属。真菌真菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲

4、霉、镰刀霉、木霉及毛霉。第八页，讲稿共六十二页哦三、微生物分解半纤维素三、微生物分解半纤维素半半纤纤维维素素是是存存在在于于植植物物细细胞胞壁壁的的杂杂多多糖糖，是是多多缩缩戊戊糖糖（木木糖糖和和阿阿拉拉伯伯糖糖）和和多多缩缩己己糖糖（半半乳乳糖糖、甘甘露露糖糖）及及多多缩缩糖糖醛醛酸酸（葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸和和半半乳乳糖糖醛醛酸酸）的的聚聚合合物物，最最常常见见的的是是木聚糖。木聚糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。第九页，讲稿共六十二页哦（一）分解半纤维素的微生物（一）分解半纤维素的微生物半纤维素比纤维素容易被微生物分解，但由半纤维素比纤维素容易被微

5、生物分解，但由于半纤维素的组成类型很多，因而分解酶也于半纤维素的组成类型很多，因而分解酶也不同。产生半纤维素酶的微生物主要有曲霉、不同。产生半纤维素酶的微生物主要有曲霉、木霉、根霉。木霉、根霉。酸性土壤中，半纤维素降解菌主要是真菌酸性土壤中，半纤维素降解菌主要是真菌碱性土壤中，半纤维素降解菌主要是细菌碱性土壤中，半纤维素降解菌主要是细菌（芽孢杆菌）（芽孢杆菌）第十页，讲稿共六十二页哦（二）半纤维素的分解过程（二）半纤维素的分解过程好氧分解好氧分解聚糖酶聚糖酶CO2+H2O半纤维素半纤维素单糖单糖+糖醛酸糖醛酸H2O各种发酵产物各种发酵产物厌氧分解厌氧分解第十一页，讲稿共六十二页哦四、微生物分解

6、果胶类物质四、微生物分解果胶类物质果胶质分子是由不同酯化度的半乳糖醛酸以果胶质分子是由不同酯化度的半乳糖醛酸以-1-1，4-4-糖苷键聚合而成的多糖链。糖苷键聚合而成的多糖链。存在于初生细胞壁和细胞间层，不溶于水。存在于初生细胞壁和细胞间层，不溶于水。第十二页，讲稿共六十二页哦（一）分解过程：水解（原果胶酶）（一）分解过程：水解（原果胶酶）原果胶原果胶可溶性果胶可溶性果胶+聚戊糖聚戊糖水解水解果胶甲脂酶果胶甲脂酶果胶酸果胶酸+甲醇甲醇水解水解多聚半乳糖醛酸酶多聚半乳糖醛酸酶半乳糖醛酸半乳糖醛酸第十三页，讲稿共六十二页哦（二）水解产物的分解（二）水解产物的分解果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇等果

7、胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇等在在好氧条件好氧条件下被分解为二氧化碳和水。下被分解为二氧化碳和水。在在厌氧条件厌氧条件下进行丁酸发酵，产物有丁酸、下进行丁酸发酵，产物有丁酸、乙酸、醇类、二氧化碳和氢气。乙酸、醇类、二氧化碳和氢气。第十四页，讲稿共六十二页哦（三）分解果胶质的微生物（三）分解果胶质的微生物细菌：枯草芽孢杆菌、多黏性芽孢杆菌细菌：枯草芽孢杆菌、多黏性芽孢杆菌真菌真菌放线菌放线菌第十五页，讲稿共六十二页哦五、微生物分解淀粉五、微生物分解淀粉 淀粉是淀粉是葡萄糖葡萄糖的高聚体。以粮食作原料的的高聚体。以粮食作原料的工厂废水中含有淀粉，例如淀粉厂废水、工厂废水中含有淀粉，例如淀粉厂废水

8、、酒厂废水，印染废水、抗生素发酵废水及酒厂废水，印染废水、抗生素发酵废水及生活污水等。生活污水等。第十六页，讲稿共六十二页哦（一）淀粉的种类（一）淀粉的种类直链淀粉：直链淀粉：-1，4-糖苷键连接而成的葡糖苷键连接而成的葡萄糖链状结构，占萄糖链状结构，占10-20%支链淀粉：支链淀粉：-1，4-糖苷键糖苷键+-1，6-糖苷糖苷键，键，80-90%直链淀粉结构图直链淀粉结构图支链淀粉结构图支链淀粉结构图第十七页，讲稿共六十二页哦淀粉的水解淀粉的水解-淀粉酶（淀粉酶（-1-1，4-4-葡聚糖水解酶）葡聚糖水解酶）内切淀粉酶内切淀粉酶作用于作用于-1-1，4-4-糖苷键，水解直链淀粉或者糖原分子内的

9、任糖苷键，水解直链淀粉或者糖原分子内的任意意-1-1，4-4-糖苷键糖苷键-淀粉酶（淀粉酶（-1，4-葡聚糖基葡聚糖基-麦芽糖水解酶）麦芽糖水解酶）外切淀粉酶外切淀粉酶 从淀粉分子外围的非还原性末端开始，每间隔一个糖苷键从淀粉分子外围的非还原性末端开始，每间隔一个糖苷键水解，产物为麦芽糖水解，产物为麦芽糖 R-酶（脱支酶）酶（脱支酶）作用于作用于-1，6-糖苷键，不能水解淀粉的内部分支糖苷键，不能水解淀粉的内部分支,只水只水解支链的外围分支解支链的外围分支注意：注意：支链淀粉的完全降解需要支链淀粉的完全降解需要-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、淀粉酶、R-酶共同作用！酶共同作用！糖化淀粉酶糖化淀粉酶

10、每次切割一个葡萄糖分子每次切割一个葡萄糖分子第十八页，讲稿共六十二页哦（二）淀粉的降解途径（二）淀粉的降解途径好氧好氧厌氧厌氧专性厌氧专性厌氧第十九页，讲稿共六十二页哦六、微生物分解脂质物质六、微生物分解脂质物质脂质：脂质：脂肪、类脂以及蜡质脂肪、类脂以及蜡质脂肪脂肪是由甘油和高级脂肪酸所形成的酯，不是由甘油和高级脂肪酸所形成的酯，不溶于水，可溶于有机溶剂。由饱和脂肪酸和溶于水，可溶于有机溶剂。由饱和脂肪酸和甘油组成的，在常温下呈固态的称为脂，由甘油组成的，在常温下呈固态的称为脂，由不饱和脂肪酸和甘油组成的，在常温下呈液不饱和脂肪酸和甘油组成的，在常温下呈液态的称为油。态的称为油。第二十页，讲

11、稿共六十二页哦脂肪是脂肪酸的甘油三酯。在脂肪酶作用下，可水解生成甘油和脂肪酸，脂肪是脂肪酸的甘油三酯。在脂肪酶作用下，可水解生成甘油和脂肪酸，反应式如下反应式如下:CH CH2 2OCOR1 OCOR1 脂肪酶脂肪酶 CH CH2 2OH R1-COOHOH R1-COOH CH CH2 2OCOR2 +3HOCOR2 +3H2 2O CHO CH2 2OH +R2-COOH OH +R2-COOH CH CH2 2OCOR3 CHOCOR3 CH2 2OH R3-COOHOH R3-COOH 能产生脂肪酶的微生物很多，有根霉、圆柱形假丝酵母、小放线菌、能产生脂肪酶的微生物很多，有根霉、圆柱形

12、假丝酵母、小放线菌、白地霉等。白地霉等。第二十一页，讲稿共六十二页哦脂肪脂肪H2O脂肪酶脂肪酶甘油高级脂肪酸甘油高级脂肪酸类脂质类脂质H2O磷脂酶类磷脂酶类甘油或其他醇类高级脂肪酸甘油或其他醇类高级脂肪酸磷酸有机碱类磷酸有机碱类蜡质蜡质H2O磷脂酶类磷脂酶类高级醇高级脂肪酸高级醇高级脂肪酸第二十二页，讲稿共六十二页哦七、微生物分解木素及芳香族物质七、微生物分解木素及芳香族物质 木质素是植物木质化组织的重要成分。木质素的化学结构木质素是植物木质化组织的重要成分。木质素的化学结构较复杂，是由苯基丙烷结构单元构成的天然高分子化合物。造较复杂，是由苯基丙烷结构单元构成的天然高分子化合物。造纸和人造纤维

13、废水均含大量木质素。纸和人造纤维废水均含大量木质素。木质素很难被生物分解，完全降解需要真菌与细菌共同参木质素很难被生物分解，完全降解需要真菌与细菌共同参与，起主要作用的是真菌，如担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、与，起主要作用的是真菌，如担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、伞菌，以及木霉、毛霉等等。细菌中的假单胞菌、五色杆菌属伞菌，以及木霉、毛霉等等。细菌中的假单胞菌、五色杆菌属的一些种也能分解木质素。的一些种也能分解木质素。第二十三页，讲稿共六十二页哦 芳芳香香族族化化合合物物 苯苯氧氧化化成成邻邻苯苯二二酚酚，可可在在苯苯环环的的邻邻位位或或间间位位上上被被氧氧化化打打开开，生生成成脂脂肪肪族族化化合合

14、物物，再再逐逐步步分分解解，生生成成糖糖分分解解途途径径中的中间物质，再按糖代谢的方式进行分解。中的中间物质，再按糖代谢的方式进行分解。第二十四页，讲稿共六十二页哦八、微生物分解烃类八、微生物分解烃类（一）烷烃的转化（一）烷烃的转化CH4+2O2CO2+2H2O+887kJ（二）烯烃（二）烯烃（三）脂环烃类（三）脂环烃类第二十五页，讲稿共六十二页哦第二节第二节氮素生物循环氮素生物循环一、微生物转化氮素物质的一般途径一、微生物转化氮素物质的一般途径第二十六页，讲稿共六十二页哦二、氨化作用二、氨化作用（一）蛋白质的水解（一）蛋白质的水解 蛋白质是由氨基酸组成的分子巨大、结构复杂的化合物。它们不能直

15、蛋白质是由氨基酸组成的分子巨大、结构复杂的化合物。它们不能直接进入细胞。微生物利用蛋白质，首先分泌蛋白酶至体外，将其分接进入细胞。微生物利用蛋白质，首先分泌蛋白酶至体外，将其分解为大小不等的多肽或氨基酸等小分子化合物后再进入细胞。通式解为大小不等的多肽或氨基酸等小分子化合物后再进入细胞。通式如下：如下：蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸产生蛋白酶的菌种很多，细菌、放线菌、霉菌等中均有。不同的产生蛋白酶的菌种很多，细菌、放线菌、霉菌等中均有。不同的菌种可以产生不同的蛋白酶，例如黑曲霉主要生产酸性蛋白酶。菌种可以产生不同的蛋白酶，例如黑曲霉主要生产酸性蛋白酶。短小芽孢杆菌用于生产

16、碱性蛋白酶。不同的菌种也可生产功能相短小芽孢杆菌用于生产碱性蛋白酶。不同的菌种也可生产功能相同的蛋白酶，同一个菌种也可产生多种性质不同的蛋白酶。同的蛋白酶，同一个菌种也可产生多种性质不同的蛋白酶。第二十七页，讲稿共六十二页哦（二）氨基酸转化（二）氨基酸转化 微生物对氨基酸的分解，主要是脱氨作用和脱羧基作用。微生物对氨基酸的分解，主要是脱氨作用和脱羧基作用。(1)(1)氧化脱氨。在酶催化下，氨基酸在氧化脱氢的同时释放游氧化脱氨。在酶催化下，氨基酸在氧化脱氢的同时释放游离氨，这一过程即氧化脱氨。离氨，这一过程即氧化脱氨。这种脱氨方式须在有氧气条件下进行。专性厌氧菌不能进行氧化这种脱氨方式须在有氧气

17、条件下进行。专性厌氧菌不能进行氧化脱氨。微生物催化氧化脱氨的酶有两类：一类是脱氨。微生物催化氧化脱氨的酶有两类：一类是氨基氧化酶氨基氧化酶，以，以FADFAD或或FMNFMN为辅基；另一类是为辅基；另一类是氨基酸脱氢酶氨基酸脱氢酶，以，以NADNAD或或NADPNADP作为氢的载体，作为氢的载体，交给分子态氧。反应式如下：交给分子态氧。反应式如下：2R-CHNH 2R-CHNH2 2-COOH+O-COOH+O2 2 -2R-CO-COOH+2NH2R-CO-COOH+2NH3 3 1 1脱氨作用脱氨作用 脱氨方式随微生物种类、氨基酸种类以及环境条件的不同，也不一样。脱氨方式随微生物种类、氨基

18、酸种类以及环境条件的不同，也不一样。主要有以下几种：主要有以下几种：第二十八页，讲稿共六十二页哦（2 2）还原脱氨。还原脱氨在无氧条件下进行，脱氨生成饱和脂肪酸。）还原脱氨。还原脱氨在无氧条件下进行，脱氨生成饱和脂肪酸。能进行还原脱氨的微生物是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。能进行还原脱氨的微生物是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。腐败的蛋白质中常分离到饱和脂肪酸便是由相应的氨基酸生腐败的蛋白质中常分离到饱和脂肪酸便是由相应的氨基酸生成。如大肠杆菌可使甘氨酸还原脱氨成乙酸，反应式如下：成。如大肠杆菌可使甘氨酸还原脱氨成乙酸，反应式如下：NADH NADH2 2 NAD NAD HOOC-CHNH HOOC-CH

19、NH2 2-COOH-COOH-CH CH3 3COOH+NHCOOH+NH3 3+CO+CO2 2第二十九页，讲稿共六十二页哦（3 3）水解脱氨。不同氨基酸经水解脱氨生成不同的产物。同种氨基酸水解之后也可）水解脱氨。不同氨基酸经水解脱氨生成不同的产物。同种氨基酸水解之后也可形成不同的产物，反应通式如下：形成不同的产物，反应通式如下：水解酶水解酶 R-CHNH R-CHNH2 2-COOH+H-COOH+H2 2O O-R-CHOH-COOH+NH R-CHOH-COOH+NH3 3 有些细菌可以水解色氨酸生成吲哚，吲哚可以与二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的有些细菌可以水解色氨酸生成吲哚，吲哚可

20、以与二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的玫瑰吲哚，因此可根据细菌能否分解色氨酸产生吲哚来鉴定菌种玫瑰吲哚，因此可根据细菌能否分解色氨酸产生吲哚来鉴定菌种（4 4）减饱和脱氨（直接脱氨）。氨基酸在脱氨的同时，其）减饱和脱氨（直接脱氨）。氨基酸在脱氨的同时，其.键减饱和，结键减饱和，结果生成不饱和酸。例如天门冬氨酸减饱和脱氨生成延胡索酸，反应式如下：果生成不饱和酸。例如天门冬氨酸减饱和脱氨生成延胡索酸，反应式如下：天门冬氨酸裂解酶天门冬氨酸裂解酶 HOO-CH HOO-CH2 2-CHNH-CHNH2 2-COOH-COOH-HOOC-CH=CH-COOH+NH HOOC-CH=CH-COOH+NH3

21、3第三十页，讲稿共六十二页哦2 2脱羧作用脱羧作用 氨基酸脱羧作用常见于许多腐败细菌和真菌中。不同的氨基酸由相氨基酸脱羧作用常见于许多腐败细菌和真菌中。不同的氨基酸由相应的氨基酸脱羧酶催化脱羧，生成减少一个碳原子的胺和二氧化碳，通式如下：应的氨基酸脱羧酶催化脱羧，生成减少一个碳原子的胺和二氧化碳，通式如下：氨基酸脱梭酶氨基酸脱梭酶 R-CHNH R-CHNH2 2-COOH-R-CH-COOH-R-CH2 2-NH-NH2 2+CO+CO2 2脱羧酶具有高度专一性，需要磷酸吡哆醛为辅酶，大多数是诱导酶。一元氨基酸脱羧后脱羧酶具有高度专一性，需要磷酸吡哆醛为辅酶，大多数是诱导酶。一元氨基酸脱羧后

22、变成一元胺；二元氨基酸脱羧后变成二元胺。这类物质统称为尸碱，有毒性。肉类蛋白变成一元胺；二元氨基酸脱羧后变成二元胺。这类物质统称为尸碱，有毒性。肉类蛋白质腐败后常生成二元胺，故不能食用。例如赖氨酸脱羧后变成尸胺，反应式如下：质腐败后常生成二元胺，故不能食用。例如赖氨酸脱羧后变成尸胺，反应式如下：赖氨酸脱梭酶赖氨酸脱梭酶 H H2 2N(CHN(CH2 2)4 4CHNHCHNH2 2COOH-HCOOH-H2 2N(CHN(CH2 2)4 4CHCH2 2NHNH2 2+CO+CO2 2第三十一页，讲稿共六十二页哦（二）核酸的分解（二）核酸的分解核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸嘌呤或嘧啶嘌

23、呤或嘧啶核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖第三十二页，讲稿共六十二页哦三、硝化作用三、硝化作用硝化作用硝化作用(ntrification)是是氨的氧化氨的氧化过程，易发生在排过程，易发生在排水畅通的中性水畅通的中性pH土壤中。这个过程是由两群细菌分别土壤中。这个过程是由两群细菌分别作用完成的。首先是作用完成的。首先是氨氧化细菌氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸，将氨氧化为亚硝酸，然后然后亚硝酸氧化细菌亚硝酸氧化细菌再将亚硝酸氧化为硝酸，这两群再将亚硝酸氧化为硝酸，这两群细菌统称为硝化细菌，它们的营养类型是细菌统称为硝化细菌，它们的营养类型是化能自养化能自养，分，分别从氧化氨和亚硝酸的过程中获取能量。别从氧化

24、氨和亚硝酸的过程中获取能量。第三十三页，讲稿共六十二页哦尽管硝态氮易于被植物同化，但由于溶解性强，带负电尽管硝态氮易于被植物同化，但由于溶解性强，带负电荷，不与土壤中带负电荷的粘土矿物吸附，很容易随水荷，不与土壤中带负电荷的粘土矿物吸附，很容易随水流失。因此，硝化作用使氮肥利用率降低，不利于农业流失。因此，硝化作用使氮肥利用率降低，不利于农业实践。同时，硝态氮向水体迁移，导致湖泊和近海富营实践。同时，硝态氮向水体迁移，导致湖泊和近海富营养化和赤潮危害。水中的硝酸盐还会被一些兼性厌氧细养化和赤潮危害。水中的硝酸盐还会被一些兼性厌氧细菌还原为亚硝酸根，被人饮用后，亚硝酸根与血液中的菌还原为亚硝酸根

25、，被人饮用后，亚硝酸根与血液中的氧结合，影响氧结合，影响O2在血液中的转移，造成在血液中的转移，造成“高铁血红蛋高铁血红蛋白症白症”，影响人体健康，并可导致婴儿死亡。因此，影响人体健康，并可导致婴儿死亡。因此，世界卫生组织规定，饮用水中硝酸盐的含量不得高于世界卫生组织规定，饮用水中硝酸盐的含量不得高于10mg/L。第三十四页，讲稿共六十二页哦四、反硝化作用四、反硝化作用硝酸盐的还原有硝酸盐的还原有同化还原同化还原和和异化还原异化还原两个过程。两个过程。植物、细菌和真菌植物、细菌和真菌都能够进行硝酸盐的都能够进行硝酸盐的同化还原同化还原，硝，硝酸盐被还原为氨作为生长的氮源。酸盐被还原为氨作为生长

26、的氮源。只有只有细菌细菌才能进行硝酸盐的才能进行硝酸盐的异化还原异化还原，硝酸盐作为电，硝酸盐作为电子受体以产生能量，最终产物是子受体以产生能量，最终产物是N2和和N2O，这种由细菌，这种由细菌还原硝酸盐产生气态氮的过程称为反硝化作用还原硝酸盐产生气态氮的过程称为反硝化作用（denitrification），反硝化作用是一个严格的），反硝化作用是一个严格的厌氧厌氧过程过程。土壤条件对反硝化作用强度影响很大。在通。土壤条件对反硝化作用强度影响很大。在通气不良、有机质丰富、土温较高和中性偏碱的土壤气不良、有机质丰富、土温较高和中性偏碱的土壤条件下，反硝化作用强度很大。（表条件下，反硝化作用强度很大

27、。（表6-1）第三十五页，讲稿共六十二页哦反硝化作用又可叫做反硝化作用又可叫做生物脱氮生物脱氮作用，是土壤中氮素作用，是土壤中氮素损失的重要原因之一。在水稻田中，由于水、气的损失的重要原因之一。在水稻田中，由于水、气的动态变化，经常是处于好气和厌气两种状态交互转动态变化，经常是处于好气和厌气两种状态交互转化的状态。有机肥料分解产生的氨态氮，在好氧条化的状态。有机肥料分解产生的氨态氮，在好氧条件下被硝化细菌氧化为硝态氮，在厌氧条件下，又件下被硝化细菌氧化为硝态氮，在厌氧条件下，又被反硝化细菌还原为氮气而逸失。施用化学氮肥，被反硝化细菌还原为氮气而逸失。施用化学氮肥，不论是尿素、铵盐或硝酸盐也都经

28、历着相应的微生不论是尿素、铵盐或硝酸盐也都经历着相应的微生物转化作用物转化作用。第三十六页，讲稿共六十二页哦五、生物固氮作用五、生物固氮作用 微生物将分子态氮还原为氨的生物学过程称微生物将分子态氮还原为氨的生物学过程称为为生物固氮生物固氮作用作用(biologicalnitrogenfixation)。全球每年生物固氮量约全球每年生物固氮量约4万吨，生物固氮作万吨，生物固氮作用对维持土壤氮素肥力具有十分重要的意义。用对维持土壤氮素肥力具有十分重要的意义。第三十七页，讲稿共六十二页哦（一）固氮微生物（一）固氮微生物具有固氮功能的微生物称为具有固氮功能的微生物称为固氮微生物固氮微生物。固。固氮微生

29、物分布于生物圈中的各种生态环境中，氮微生物分布于生物圈中的各种生态环境中，在植物圈中分布的种类和数量最多。根据固在植物圈中分布的种类和数量最多。根据固氮微生物与植物的相互关系和固氮的生境不氮微生物与植物的相互关系和固氮的生境不同，可将生物固氮作用分为同，可将生物固氮作用分为3 3种类型：种类型：共生共生固氮固氮、自生固氮自生固氮和和联合固氮联合固氮。第三十八页，讲稿共六十二页哦共生固氮作用共生固氮作用 固氮微生物只有与特定植物共同生活在一起固氮微生物只有与特定植物共同生活在一起时才具有固氮特性，此时微生物与植物紧密时才具有固氮特性，此时微生物与植物紧密结合，一起形成一种独特的组织结构，在生结合

30、，一起形成一种独特的组织结构，在生理上是互利互惠的关系。理上是互利互惠的关系。研究得最多的是研究得最多的是根瘤菌根瘤菌和和豆科植物豆科植物的共生关的共生关系系 第三十九页，讲稿共六十二页哦自生固氮作用自生固氮作用 固氮微生物单独存在条件下能进行固氮作用。固氮微生物单独存在条件下能进行固氮作用。自生固氮菌种类很多，既有好氧的，又有厌自生固氮菌种类很多，既有好氧的，又有厌氧的，主要分布于土壤中，它们的固氮作用氧的，主要分布于土壤中，它们的固氮作用不依赖于植物。这类微生物在促进植物生长不依赖于植物。这类微生物在促进植物生长和抗病原菌方面也有一定作用。和抗病原菌方面也有一定作用。第四十页，讲稿共六十二

31、页哦联合固氮作用联合固氮作用 固氮微生物生活在植物根的表面或黏质鞘套固氮微生物生活在植物根的表面或黏质鞘套内，有的可以进入根皮层细胞之间，不进入内，有的可以进入根皮层细胞之间，不进入细胞内，固氮螺菌属中的许多种都具有联合细胞内，固氮螺菌属中的许多种都具有联合固氮作用，如生脂固氮螺菌。固氮作用，如生脂固氮螺菌。联合固氮也是一种互惠关系。联合固氮也是一种互惠关系。第四十一页，讲稿共六十二页哦第三节第三节 其他无机元素的生物循环与转化其他无机元素的生物循环与转化一、无机元素循环与转化的一般途径一、无机元素循环与转化的一般途径（一）无机物的有机质化（一）无机物的有机质化（二）含无机元素有机物的分解（二

32、）含无机元素有机物的分解（三）无机物的氧化与还原（三）无机物的氧化与还原（四）无机物的溶解于沉淀（四）无机物的溶解于沉淀第四十二页，讲稿共六十二页哦二、硫元素的生物循环与转化二、硫元素的生物循环与转化第四十三页，讲稿共六十二页哦第四十四页，讲稿共六十二页哦（一）硫的生物同化（一）硫的生物同化硫酸根同化型硫酸盐还原作用还原为有机态硫酸根同化型硫酸盐还原作用还原为有机态硫。可以用来合成各种含硫有机物。硫。可以用来合成各种含硫有机物。第四十五页，讲稿共六十二页哦（二）含硫有机物的分解（硫的矿化）（二）含硫有机物的分解（硫的矿化）第四十六页，讲稿共六十二页哦（三）无机硫化物的氧化（三）无机硫化物的氧化

33、硫化作用硫化作用H2SSH2SO4，包括硫化细菌和硫磺细菌，包括硫化细菌和硫磺细菌（1）无色硫细菌）无色硫细菌硫杆菌，硫杆菌，G-，杆菌，无芽孢，专性或兼性自养细，杆菌，无芽孢，专性或兼性自养细菌，好氧，从氧化菌，好氧，从氧化H2S、S、S2O32-、SO32-获得能量。获得能量。细胞外积累硫。主要种类有排硫硫杆菌、氧化硫硫杆菌、细胞外积累硫。主要种类有排硫硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、新型硫杆菌、脱氮硫杆菌等。氧化亚铁硫杆菌、新型硫杆菌、脱氮硫杆菌等。第四十七页，讲稿共六十二页哦氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 氧化元素硫成硫酸，造成环境酸性，最适氧化元素硫成硫酸，造成环境酸性，最适pH2.

34、0-3.5。2S+3O2+2H2O 2H2SO4+118千卡千卡 2H2S+O2 2H2O+2S+82千卡千卡第四十八页，讲稿共六十二页哦氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌 氧化硫酸亚铁、硫代硫酸盐，最适氧化硫酸亚铁、硫代硫酸盐，最适pH2.5-5.8。5Na2S2O3+4O2+H2O 5Na2SO4+H2SO4+4S+500千卡千卡 4FeSO4+O2+2H2SO4 2Fe2（SO4）3+2H2O第四十九页，讲稿共六十二页哦（2）硫硫磺磺细细菌菌：将将H2S氧氧化化为为S，储储存存硫硫粒粒。包包括括丝丝状硫磺细菌和光能自养硫细菌。状硫磺细菌和光能自养硫细菌。丝状硫磺细菌：丝状硫磺细菌：主主要要存存

35、于于富富含含硫硫化化氢氢的的淤淤泥泥表表面面。G-，无无机机自自养养，好好氧氧或或微微好好氧氧。当当环环境境中中硫硫化化氢氢充充足足时时菌菌体体内内积积累累硫硫粒粒，硫硫化化氢氢缺缺少少时时氧氧化化硫硫粒粒获获取取能能量量，完完全氧化后死亡或进入休眠状态。全氧化后死亡或进入休眠状态。第五十页，讲稿共六十二页哦 在给排水中比较常见的硫磺细菌是贝日阿托氏菌、发硫在给排水中比较常见的硫磺细菌是贝日阿托氏菌、发硫细菌，与活性污泥的丝状膨胀有密切关系。细菌，与活性污泥的丝状膨胀有密切关系。贝日阿托氏菌：丝贝日阿托氏菌：丝状体、无色、不附状体、无色、不附着、无鞘、滑行着、无鞘、滑行第五十一页，讲稿共六十二

36、页哦 发硫细菌：丝状体，有鞘（一端附着在固体上，不运动）发硫细菌：丝状体，有鞘（一端附着在固体上，不运动），能滑行。，能滑行。第五十二页，讲稿共六十二页哦光光能能自自养养硫硫细细菌菌：绿绿硫硫细细菌菌和和紫紫硫硫细细菌菌，含含细细菌菌叶叶绿素，在光照下，将绿素，在光照下，将H2S氧化为氧化为S。第五十三页，讲稿共六十二页哦 指土壤淹水、河流、湖泊等水体缺氧时，硫指土壤淹水、河流、湖泊等水体缺氧时，硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物的还原作用下，形成硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物的还原作用下，形成硫化氢的过程。如脱硫脱硫弧菌。化氢的过程。如脱硫脱硫弧菌。在混凝土排水管和铸铁排水管中，如有硫酸盐在混凝土排水管

37、和铸铁排水管中，如有硫酸盐存在，管底常因缺氧而产生存在，管底常因缺氧而产生H H2 2S S。H H2 2S S上升到污水表上升到污水表层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇，层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇，H H2 2S S被硫被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和铸铁化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和铸铁管受到腐蚀。管受到腐蚀。（四）硫酸盐还原四）硫酸盐还原第五十四页，讲稿共六十二页哦三、三、磷素的生物循环域转化磷素的生物循环域转化磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺少的元素。在生物大分子核酸、高能量化合少的元素。在生物大分子核酸、高

38、能量化合物物ATP、以及生物体内糖代谢的某些中间体、以及生物体内糖代谢的某些中间体中，都有磷的存在。在自然界中，磷的循环中，都有磷的存在。在自然界中，磷的循环包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。不溶性磷的溶解等。第五十五页，讲稿共六十二页哦第五十六页，讲稿共六十二页哦 磷磷在在自自然然界界中中以以三三种种状状态态存存在在：有有机机磷磷化化物物、无机磷化物（难溶的、可溶的）、还原态无机磷化物（难溶的、可溶的）、还原态PHPH3 3。存在于岩石和天然磷酸盐中的磷，通过风化等存在于岩石和天然磷酸盐中的磷，通过风化等作用后溶于水，植物从环境中吸

39、取磷，使之参与核作用后溶于水，植物从环境中吸取磷，使之参与核酸和蛋白质的合成。植物体内的磷经食草动物、食酸和蛋白质的合成。植物体内的磷经食草动物、食肉动物等沿食物链流动，又经排出物和尸体的分解肉动物等沿食物链流动，又经排出物和尸体的分解而回到环境中。磷是地球上许多生态系统生物生产而回到环境中。磷是地球上许多生态系统生物生产力的限制因素。过多的磷和氮进入水体会引起藻类力的限制因素。过多的磷和氮进入水体会引起藻类的爆发性增殖。的爆发性增殖。第五十七页，讲稿共六十二页哦（一）磷的生物同化（一）磷的生物同化磷是生物体原生质的重要组分，微生物能吸磷是生物体原生质的重要组分，微生物能吸收可溶性磷合成磷脂、

40、核酸、收可溶性磷合成磷脂、核酸、ATPATP等含磷有等含磷有机物。机物。第五十八页，讲稿共六十二页哦（二）（二）含磷有机物的分解含磷有机物的分解1.核酸核酸 核酸核酸核苷酸核苷酸(磷酸磷酸)核苷核苷(核糖核糖)嘧啶嘧啶(或嘌呤或嘌呤)氨氨2.磷脂磷脂卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，可被微生物卵磷脂酶水解为甘油、卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，可被微生物卵磷脂酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱。胆碱可再分解为氨、二氧化碳、有机酸和脂肪酸、磷酸和胆碱。胆碱可再分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。醇。3.植素植素植素是由植酸和钙、镁结合而成的盐类。植素在土壤中分植素是由植酸和钙、镁结合而成的盐类。植素在土壤中分解很慢，经

41、微生物的植酸酶分解为磷酸和二氧化碳。解很慢，经微生物的植酸酶分解为磷酸和二氧化碳。第五十九页，讲稿共六十二页哦（三三）不不溶溶性性磷磷矿矿物物的的溶溶解解及及磷磷酸酸盐盐的的还还原原 不溶性不溶性磷酸盐磷酸盐磷酸或磷酸或可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐产酸微生物产酸微生物与与Mn结合结合磷酸盐磷酸盐PH3厌氧厌氧（自燃（自燃鬼火）鬼火）第六十页，讲稿共六十二页哦四、四、铁循环铁循环自自然然界界中中有有无无机机铁铁和和有有机机铁铁。可可溶溶性性的的Fe2+可可被被植植物物、微微生生物物吸吸收收利利用用转转化化为为含含铁铁有机物。有机物。Fe2+、Fe3+、有机铁可互相转化。、有机铁可互相转化。第六十一页，讲稿共六十二页哦（一）高铁化（一）高铁化 物的还原和溶解物的还原和溶解（二）亚铁化物的氧化和沉淀（二）亚铁化物的氧化和沉淀（三）含铁有机化合物的形成与分解（三）含铁有机化合物的形成与分解第六十二页，讲稿共六十二页哦