微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季課件

1、微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第八章 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用 一、纖維素的分解一、纖維素的分解 等等 第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用 一、氨化作用一、氨化作用 二、硝化作用二、硝化作用 三、反硝化作用三、反硝化作用 四、生物固氮四、生物固氮微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用CO2有機(jī)質(zhì)生物每年吸收生物每年吸收1.2*10111.8*1011噸噸微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用

2、CO2有有90%是由微生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的。是由微生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的。 微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季一、纖維素的分解一、纖維素的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用(C6H10O5）n1014kg 最豐富多糖最豐富多糖1 1、分解纖維素的微生物、分解纖維素的微生物(1)(1)有氧、中溫條件有氧、中溫條件a.a.真菌真菌( (木霉屬木霉屬) ) 木材腐朽：木材腐朽： 褐褐 腐腐：只分解木材中的纖維素剩下木質(zhì)素：只分解木材中的纖維素剩下木質(zhì)素 白白 腐：腐：只分解木材中的木質(zhì)素剩下纖維素只分解木材中的木質(zhì)素剩下纖維素b.b.細(xì)菌細(xì)菌（食纖維菌屬（食纖維菌屬) )

3、c.c.放線菌放線菌微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季(2)(2)無(wú)氧中溫條件無(wú)氧中溫條件 纖維分解梭菌等纖維分解梭菌等 一、纖維素的分解一、纖維素的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用(3)(3)高溫條件：在高溫條件：在60706070條件下生長(zhǎng)，并分解纖維素條件下生長(zhǎng)，并分解纖維素 細(xì)細(xì) 菌菌：熱纖維菌：熱纖維菌 放線菌放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬：鏈霉菌屬、小單孢菌屬微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季一、纖維素的分解一、纖維素的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用2 2、微生物分解纖維素的生化機(jī)制、微生物分解纖維素的生化機(jī)制 纖維素

4、纖維素 單糖單糖按作用場(chǎng)所分按作用場(chǎng)所分： 表面酶：表面酶：分布于細(xì)胞表面分布于細(xì)胞表面, ,不能在其細(xì)胞培養(yǎng)液中起作用的酶不能在其細(xì)胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）。（食纖維菌）。 胞外酶：胞外酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌形成在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌形成的纖維素酶）。的纖維素酶）。內(nèi)切葡萄糖酶內(nèi)切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纖維素復(fù)合酶纖維素復(fù)合酶微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用一、纖維素的分解一、纖維素的分解微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季二、半纖維素的分解

5、二、半纖維素的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用五碳糖五碳糖、六碳糖六碳糖及及糖醛酸糖醛酸的組成的多糖的組成的多糖分解半纖維素的微生物：分解半纖維素的微生物：真菌（真菌（雙孢蘑菇）雙孢蘑菇）放線菌（放線菌（青銅色小單孢菌）青銅色小單孢菌）細(xì)菌（細(xì)菌（枯草桿菌）枯草桿菌）原生動(dòng)物原生動(dòng)物藻藻 類類微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季三、果膠物質(zhì)的分解三、果膠物質(zhì)的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用半乳糖醛酸半乳糖醛酸主要以主要以-1、4糖苷鍵連成糖苷鍵連成1 1、分解果膠的微生物、分解果膠的微生物細(xì)細(xì) 菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等菌：芽孢

6、桿菌、梭菌、假單孢菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等 水浸法：水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其中的果膠。中的果膠。 露浸法：露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，利用好氧把麻類物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，利用好氧微生物分解果膠。微生物分解果膠。2 2、果膠分解的應(yīng)用、果膠分解的應(yīng)用-麻類脫膠麻類脫膠微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季四、木質(zhì)素的分解四、木質(zhì)素的分解第一節(jié)第一節(jié) 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用帶支鏈的帶

7、支鏈的芳香族化合物芳香族化合物的聚合體的聚合體降解特點(diǎn)：降解特點(diǎn)：主要微生物：真菌中的主要微生物：真菌中的擔(dān)子菌擔(dān)子菌. .芳香族化合物芳香族化合物酚類酚類酚酶酚酶微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季生物體有機(jī)態(tài)氮NO3-NH3NO2-NON2O大氣N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用異化還原作用第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用有機(jī)氮有機(jī)氮氨態(tài)氮氨態(tài)氮亞硝態(tài)氮亞硝態(tài)氮硝態(tài)氮硝態(tài)氮氮氮 氣氣植物及微生物的固定植物及微生物的固定微生物微生物微生物微生物微

8、生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用有機(jī)態(tài)有機(jī)態(tài)N被微生物降解形成被微生物降解形成NH3的過(guò)程的過(guò)程.(1)蛋白質(zhì)的氨化作用過(guò)程蛋白質(zhì)的氨化作用過(guò)程蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白酶蛋白酶水解水解肽肽肽酶肽酶水解水解氨基酸氨基酸降降解解NH3氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用水解脫氨基作用水解脫氨基作用還原脫氨基作用還原脫氨基作用微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)尿素的氨化尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O (

9、NH4)2CO3尿酶尿酶2NH3+CO2+H2O微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素細(xì)菌：尿素細(xì)菌： 1 1、球菌、球菌：尿素生孢八疊球菌：尿素生孢八疊球菌( (芽孢芽孢) ) 2 2、芽孢桿菌、芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌（唯一：巴斯德尿素芽孢桿菌（唯一N N源）源）微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)： 喜好堿性條件喜好堿性條件 以尿素、

10、銨鹽為以尿素、銨鹽為N N源，以有機(jī)碳為碳源和能源源，以有機(jī)碳為碳源和能源第一、施尿素注意深施第一、施尿素注意深施第二、尿素不要與堿性物質(zhì)同時(shí)施入第二、尿素不要與堿性物質(zhì)同時(shí)施入農(nóng)業(yè)實(shí)踐對(duì)策農(nóng)業(yè)實(shí)踐對(duì)策微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用氨化作用氨化作用有機(jī)氮有機(jī)氮無(wú)機(jī)氮無(wú)機(jī)氮微生物生長(zhǎng)的氮源微生物生長(zhǎng)的氮源植物生長(zhǎng)的氮源植物生長(zhǎng)的氮源微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用微生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，從外界吸收利用的營(yíng)養(yǎng)微生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中

11、，從外界吸收利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的物質(zhì)的 C/N 是是25：1C：N=25：1C：N=5：1有機(jī)物微生物微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用二、硝化作用二、硝化作用將銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過(guò)程將銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過(guò)程硝化作用硝化作用化能自養(yǎng)型（好氧）化能自養(yǎng)型（好氧）異異 養(yǎng)養(yǎng) 型（厭氧）型（厭氧）1 1、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程N(yùn)HNH4 4+ + NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循

12、環(huán)中微生物的作用二、硝化作用二、硝化作用2 2、影響硝化作用的環(huán)境因素、影響硝化作用的環(huán)境因素 (1)pH(1)pH值：喜歡微堿性環(huán)境；值：喜歡微堿性環(huán)境； (2)(2)溫度：溫度：4-404-40，最適：，最適：25-3525-35； (3)(3)通氣：需要氧、通氣：需要氧、COCO2 2； (4)(4)濕度：過(guò)量濕度：過(guò)量- -影響通氣，不足影響通氣，不足- -引起細(xì)胞缺水。引起細(xì)胞缺水。微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用微生物將硝酸還原為氨、微生物將硝酸還原為氨、N2O及及N2的過(guò)程的過(guò)程HNO3 N

13、2O 或或 N2NH3硝酸鹽的同化還原作用硝酸鹽的同化還原作用硝酸鹽的異化還原作用硝酸鹽的異化還原作用（脫氮）（脫氮）1、反硝化作用的過(guò)程、反硝化作用的過(guò)程微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多數(shù)：大多數(shù)：異養(yǎng)、兼性厭氧異養(yǎng)、兼性厭氧 極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（脫氮硫桿菌極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（脫氮硫桿菌）微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用3 3、環(huán)境對(duì)反硝化作用的影響、環(huán)境對(duì)反硝化作用

14、的影響 厭氧環(huán)境厭氧環(huán)境 微微 堿堿 性性 有機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)與NONO- -3 3含量含量豐富豐富微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮土壤氮素?fù)p失的途徑土壤氮素?fù)p失的途徑: :收獲、收獲、NH3、NO3-、NO2、N2 投入的途徑投入的途徑: :施肥、降雨或灌溉、施肥、降雨或灌溉、生物固氮生物固氮等等*生物固氮量：生物固氮量：2.4108噸噸/年年僅次于僅次于光合作用的化學(xué)反應(yīng)光合作用的化學(xué)反應(yīng)提供還原態(tài)氮化合物提供還原態(tài)氮化合物整個(gè)固氮量整個(gè)固氮量75%微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中

15、微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮共生固氮作用共生固氮作用100100余屬余屬細(xì)菌細(xì)菌放線菌放線菌蘭細(xì)菌蘭細(xì)菌固氮微生物固氮微生物非豆科植物非豆科植物 21個(gè)屬個(gè)屬豆科植物豆科植物 700700個(gè)屬個(gè)屬生物固氮：生物固氮： 分子態(tài)氮在微生物體內(nèi)由固氮酶催化下還原為氨的過(guò)程分子態(tài)氮在微生物體內(nèi)由固氮酶催化下還原為氨的過(guò)程.1966年乙炔還原法、年乙炔還原法、15N示蹤示蹤18981898年第一次分離根瘤菌到年第一次分離根瘤菌到微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（一）生物固氮作用的機(jī)理（一）

16、生物固氮作用的機(jī)理1 1、固、固N(yùn)酶（復(fù)合蛋白）：酶（復(fù)合蛋白）：鉬鐵蛋白、鐵蛋白、釩固氮酶等鉬鐵蛋白、鐵蛋白、釩固氮酶等2 2、固、固N(yùn) N酶固氮的基本反應(yīng)酶固氮的基本反應(yīng)1 1、能量（、能量（28 ATP28 ATP）2 2、電子供體、電子供體3 3、電子載體（、電子載體（鐵氧還蛋白和黃素氧還蛋白鐵氧還蛋白和黃素氧還蛋白）4、無(wú)氧環(huán)境、無(wú)氧環(huán)境(有氧條件下，氧化電子載體或抑制固氮酶有氧條件下，氧化電子載體或抑制固氮酶）3 3、固、固N(yùn) N酶作用的基本條件酶作用的基本條件N2+8e+8H+nATP 2NH3+H2+ nADP+ nPi 微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循

17、環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（二）生物固氮類型（二）生物固氮類型1 1、自生固氮、自生固氮：微生物獨(dú)立生活時(shí)進(jìn)行固氮的現(xiàn)象。微生物獨(dú)立生活時(shí)進(jìn)行固氮的現(xiàn)象。2 2、共生固、共生固N(yùn) N：微生物與植物形成具有特殊結(jié)構(gòu)與功能的器官微生物與植物形成具有特殊結(jié)構(gòu)與功能的器官 而進(jìn)行固氮的現(xiàn)象。而進(jìn)行固氮的現(xiàn)象。3 3、內(nèi)生固氮：、內(nèi)生固氮：生活在植物細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間的某些細(xì)菌進(jìn)生活在植物細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間的某些細(xì)菌進(jìn) 行固氮作用的現(xiàn)象。行固氮作用的現(xiàn)象。4 4、聯(lián)合固氮：、聯(lián)合固氮：固氮微生物與植物根系聯(lián)合成松散的結(jié)構(gòu)固氮微生物與植物根系聯(lián)合成松散的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行固氮作用的進(jìn)行固氮作用的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。微生物在自然界碳氮素循環(huán)中的作用秋季第二節(jié)第二節(jié) 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（三）影響生物固氮作用的因素（三）影響生物固氮作用的因素1、土壤化合態(tài)氮對(duì)自生和共生固氮作用的影響、土壤化合態(tài)氮對(duì)自生和共生固氮作用的影響(a) 對(duì)自生固氮的影響對(duì)自生固氮的影響:抑制固氮酶活性、破壞電子傳遞抑制固氮酶活性、