微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中作用

1、微生物在碳素循環(huán)中的作用微生物在碳素循環(huán)中的作用微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們既參與固定微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們既參與固定COCO光合光合作用，又參與再生作用，又參與再生COCO的分解作用。的分解作用。1 1、光合作用：、光合作用：參與光合作用的微生物主要是藻類，藍細菌和光合細參與光合作用的微生物主要是藻類，藍細菌和光合細菌，它們通過光合作用，將大氣中和水體中的菌，它們通過光合作用，將大氣中和水體中的COCO合成為有機碳化物。合成為有機碳化物。特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以

2、藍細菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細菌占優(yōu)勢。以藍細菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細菌占優(yōu)勢。2 2、分解作用：、分解作用：自然界有機碳化物的分解，主要是微生物的作用。自然界有機碳化物的分解，主要是微生物的作用。陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為COCO ；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氫在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氫和和COCO。一一 、 碳水化合物的轉(zhuǎn)化碳水化合物的轉(zhuǎn)化單糖：葡萄糖單糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖 多糖

3、：淀粉、纖維素、半纖維素多糖：淀粉、纖維素、半纖維素難溶的多糖難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。這類多糖主這類多糖主要是要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。提問：提問：哪些糖類會成為污染物？哪些糖類會成為污染物？-1,4-糖苷鍵糖苷鍵 纖纖維維素素酶酶 纖纖維維二二糖糖酶酶 纖纖維維素素 纖纖維維二二糖糖 葡葡萄萄糖糖 糖糖酵酵解解 ATP 好好氧氧分分解解 H2O CO2 葡葡萄萄糖糖 丙丙酮酮丁丁醇醇發(fā)發(fā)酵酵 丙丙酮酮

4、+ 丁丁醇醇 + CO2 + H2 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 丁丁酸酸發(fā)發(fā)酵酵 丁丁酸酸 + 乙乙酸酸 + CO2 + H2 三三羧羧酸酸 循循 環(huán)環(huán) 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 二、二、 脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪脂肪脂肪酶脂肪酶甘油甘油脂肪酸脂肪酸簡單的酸簡單的酸+CO2+H2OCO2+H2O 氮素循環(huán)包括：氮素循環(huán)包括：固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用工業(yè)工業(yè)固氮固氮高能高能固氮固氮生物生物固氮固氮亞硝亞硝酸鹽酸鹽藍細菌細胞的特化形式：藍細菌細胞的特化形式：（1 1）靜息孢子：）靜息孢子：壁厚，休眠細胞，富含儲藏物，抗不良環(huán)境壁厚，休眠細胞，富含儲藏物，抗不良

5、環(huán)境 （2 2）異形孢：）異形孢：固氮固氮靜息孢子靜息孢子異形孢異形孢營養(yǎng)細胞營養(yǎng)細胞R-CH-COOHNH2R代表不同的基團代表不同的基團氨基酸氨基酸1.1.蛋白質(zhì)的氨化蛋白質(zhì)的氨化氨化作用氨化作用：由有機氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（：由有機氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（NH3、NH4+） 肽肽蛋白酶蛋白酶 水解水解肽酶肽酶 水解水解蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸（1 1）蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸）蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸（2 2）氨基酸脫氨基產(chǎn)生氨）氨基酸脫氨基產(chǎn)生氨RCHNHRCHNH2 2COOH+HCOOH+H2 2O ORCH(OH)COOH+NHRCH(OH)COOH+NH3 3RCHNHRCH

6、NH2 2COOH+HCOOH+H2 2O ORCHRCH2 2OH+COOH+CO2 2+NH+NH3 3氧化脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸或酮酸）氧化脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸或酮酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+OCOOH+O2 2RCOOH+CORCOOH+CO2 2+NH+NH3 3還原脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸）還原脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH2 2COOH+NHCOOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH3 3+CO+CO2 2+NH+NH3 3氨化細菌：參與氨化作用的細菌。

7、氨化細菌：參與氨化作用的細菌。 好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌 厭氧性：腐敗梭菌厭氧性：腐敗梭菌 兼性菌：變形桿菌。兼性菌：變形桿菌。問題：參加的有哪些微生物呢？問題：參加的有哪些微生物呢？1. 1. 硝化作用概念硝化作用概念 在有在有氧氣氧氣時，微生物將時，微生物將氨氨氧化為氧化為硝酸硝酸的作用的作用2. 2. 參加硝化作用的微生物參加硝化作用的微生物 硝化細菌硝化細菌亞硝酸細菌亞硝酸細菌硝酸細菌硝酸細菌兩類細菌相伴而生，作用相連。兩類細菌相伴而生，作用相連。硝化細菌的特性：硝化細菌的特性： （1）革蘭氏陰性菌，不生芽孢）革蘭氏陰性菌，不生芽孢 ，球狀或短桿狀，球狀

8、或短桿狀（2）強好氧性）強好氧性 ，中溫性（最適，中溫性（最適30，5-40 范圍活動）范圍活動）（3）中性或堿性環(huán)境。不能在強酸環(huán)境生活。）中性或堿性環(huán)境。不能在強酸環(huán)境生活。 （4）對毒物敏感。很少的錳對其有毒害。）對毒物敏感。很少的錳對其有毒害。問題：問題：硝化細菌有哪些特性？硝化細菌有哪些特性？3. 3. 硝化作用的過程硝化作用的過程（1 1）亞硝酸形成階段）亞硝酸形成階段2 2NHNH3 3 + 3O + 3O2 2亞硝酸細菌亞硝酸細菌2 2HNOHNO2 2 + 2H+ 2H2 2O + ATPO + ATP亞硝酸細菌亞硝酸細菌：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球

9、菌屬 亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬（2 2） 硝酸形成階段硝酸形成階段2HNO2HNO2 2 + O + O2 2硝酸細菌硝酸細菌2HNO2HNO3 3 + ATP + ATP硝酸細菌硝酸細菌：硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬：硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬HNOHNO2 2毒性很強，累積起來對植物有毒害。毒性很強，累積起來對植物有毒害。 HNOHNO3 3是植物吸收利用的有效氮素養(yǎng)料。是植物吸收利用的有效氮素養(yǎng)料。4. 硝化作用進行的條件硝化作用進行的條件O2 NH3 堿性物質(zhì)（如堿性物質(zhì)（如NaHCO3，中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸）中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸） 不需有

10、機物存在不需有機物存在蛋白質(zhì)最終被氧化成：蛋白質(zhì)最終被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4概念：概念：硝酸鹽硝酸鹽在通氣不良環(huán)境中在通氣不良環(huán)境中（缺氧）（缺氧），被，被 反硝化細菌還原成反硝化細菌還原成NONO2 2- -、 NONO、N N2 2O O、N N2 2 的過程。的過程。 1. 1. 反硝化過程反硝化過程C C6 6H H1212O O6 6 + + 4NO4NO3 3- -6H6H2 20 + 6CO0 + 6CO2 2 + + 2 2N N2 2 +ATP+ATP缺氧缺氧N N2 2NONO3 3- -NONO2 2- -NONON N2 2O O反硝化細菌（硝酸

11、還原菌和亞反硝化細菌（硝酸還原菌和亞硝酸還原菌）硝酸還原菌）2. 2. 反硝化作用的微生物反硝化作用的微生物反硝化細菌反硝化細菌：進行反硝化作用的微生物。：進行反硝化作用的微生物。5050多屬。多屬。 兼性厭氧菌兼性厭氧菌。反硝化細菌的部分屬群反硝化細菌的部分屬群3. 反硝化作用發(fā)生的條件反硝化作用發(fā)生的條件NO3- 有機物質(zhì)存在有機物質(zhì)存在 氧氣氧氣 0.5 mg/L（O2的存在主要是抑制了呼吸作用中的異化性硝酸鹽還原酶的合成，的存在主要是抑制了呼吸作用中的異化性硝酸鹽還原酶的合成，而對同化作用中的同化型硝酸鹽還原酶不發(fā)生影響）而對同化作用中的同化型硝酸鹽還原酶不發(fā)生影響）最適最適pH中性或

12、微堿性中性或微堿性中溫型中溫型25有機硫化物有機硫化物硫酸鹽硫酸鹽H H2 2S S元素元素同化作用同化作用同化作用同化作用無機硫的氧化作用無機硫的氧化作用無機硫的氧無機硫的氧化作用化作用無機硫的還原作用無機硫的還原作用一、分解作用（含硫有一、分解作用（含硫有機物的分解）：機物的分解）：動、植物和微生物尸體動、植物和微生物尸體中的有機硫化物，被微中的有機硫化物，被微生物降解成無機物（硫生物降解成無機物（硫酸鹽、酸鹽、H H2 2S S等）的過程稱等）的過程稱為分解作用。為分解作用。微生物：氨化微生物微生物：氨化微生物有機硫化物有機硫化物硫酸鹽硫酸鹽H H2 2S S元素元素分解作用分解作用分解

13、作用分解作用無機硫的氧化作用無機硫的氧化作用無機硫的氧無機硫的氧化作用化作用無機硫的還原作用無機硫的還原作用二、同化作用二、同化作用微生物利用硫酸鹽和微生物利用硫酸鹽和H H2 2S S ，組成本身細胞物質(zhì)的過程組成本身細胞物質(zhì)的過程稱為同化作用，細菌、放稱為同化作用，細菌、放線菌、真菌中都有能利用線菌、真菌中都有能利用硫酸鹽作為硫源的種類。硫酸鹽作為硫源的種類。僅少數(shù)微生物同化僅少數(shù)微生物同化H H2 2S S 。三、無機硫的氧化作用三、無機硫的氧化作用無機硫的氧化作用是微生物氧無機硫的氧化作用是微生物氧化化H H2 2S S 、元素或、元素或FeSFeS等生成硫等生成硫酸鹽的過程。主要是硫

14、細菌。酸鹽的過程。主要是硫細菌。硫細菌有兩大類：硫細菌有兩大類：1 1、無色的化能營養(yǎng)型：、無色的化能營養(yǎng)型：硫桿菌，自養(yǎng)型，不生芽孢，硫桿菌，自養(yǎng)型，不生芽孢，短桿，多以端生鞭毛運動；短桿，多以端生鞭毛運動；絲狀硫磺細菌絲狀硫磺細菌，自養(yǎng)型。，自養(yǎng)型。2 2、有色的光能營養(yǎng)型、有色的光能營養(yǎng)型紫硫菌和綠硫菌紫硫菌和綠硫菌有機硫化物有機硫化物硫酸鹽硫酸鹽H H2 2S S元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用無機硫的還原作用無機硫的還原作用四、無機硫的還原作用四、無機硫的還原作用( (硫酸鹽還原或反硫化作用硫酸鹽還原或反硫化作用) )無機硫化物的還原作用是在無

15、機硫化物的還原作用是在厭氧條件下微生物將硫酸鹽厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原成還原成H H2 2S S的過程。參與此過的過程。參與此過程的微生物是硫酸鹽還原細程的微生物是硫酸鹽還原細菌。（脫硫弧菌屬、脫硫腸菌。（脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬）狀菌屬） 有機硫化物有機硫化物硫酸鹽硫酸鹽H H2 2S S元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用無機硫的氧化作用無機硫的氧化作用無機硫的氧無機硫的氧化作用化作用生物有機磷生物有機磷不溶性磷酸鹽不溶性磷酸鹽磷酸或可溶性磷酸或可溶性磷酸鹽磷酸鹽與 土 壤 中與 土 壤 中的 鹽 基 結(jié)的 鹽 基 結(jié)合合產(chǎn)酸微生物的產(chǎn)酸微生物的作用或磷肥的作用或磷肥的生產(chǎn)生產(chǎn)植物與微生物植物與微生物的吸收同化的吸收同化微生物的分微生物的分解作用解作用圖圖 微生物在自然界中磷元素的循環(huán)作用微生物在自然界中磷元素的循環(huán)作用三種基本過程三種基本過程：有有機磷轉(zhuǎn)化成溶解性機磷轉(zhuǎn)化成溶解性無機磷無機磷( (有機磷礦有機磷礦化化) )，溶解性無機溶解性無機磷變成有機磷磷變成有機磷( (磷的磷的同化同化) ,) ,不溶性無不溶性無機磷變成溶解性無機磷變成溶解性無機磷機磷(