第八章 微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用

1、l氧循環(huán)氧循環(huán)l碳循環(huán)碳循環(huán)l氮循環(huán)氮循環(huán)l硫循環(huán)硫循環(huán)l磷循環(huán)磷循環(huán)l鐵、錳、汞循環(huán)鐵、錳、汞循環(huán)固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用第一節(jié)第一節(jié) 氧循環(huán)氧循環(huán)溶解氧溶解氧大氣中的氧光合生物光合生物土壤中的氧土壤中的氧臭臭 氧氧氧化作用氧化作用人和生物人和生物分解呼吸作用光合作用光合作用l自然界中含碳物質(zhì)有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等。l碳循環(huán)以CO2為中心，光合作用 植物性碳 動物性碳 微生物分解CO2l水環(huán)境中： CO2 產(chǎn)甲烷菌 甲烷甲烷氧化菌 CO22009年二氧化碳濃度達(dá)到387ppm為何一年中會起起落落大氣中CO2濃度急劇增加的原因主要有兩個：首先，隨著工業(yè)化的發(fā)展人口的劇增

2、，人類消耗的礦物燃料迅速增加燃燒產(chǎn)生的CO2釋放進(jìn)入大氣層，使大氣中CO2濃度增加；其次，森林、植被的減少，使全球總的光合作用減小，從而增加了CO2在大氣中的積累。http:/qingyuan_ 纖維素是植物細(xì)胞壁的成分，由葡萄糖通過-1，4-糖苷鍵連接起來的高分子聚合物，不溶于水。(C6H10O5)n，n=1400-10000， 來源：以樹木、農(nóng)作物為原料的工業(yè)生產(chǎn)廢水，如造紙、印染、人造纖維廢水等。 分解過程：首先必須經(jīng)過微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的較簡單的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。l好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌黏細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌黏細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌l厭氧細(xì)

3、菌厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖產(chǎn)纖維二糖梭菌梭菌、無芽孢厭氧分解菌及熱、無芽孢厭氧分解菌及熱解纖維梭菌。解纖維梭菌。l放放 線線 菌菌鏈霉菌屬。鏈霉菌屬。l真真 菌菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。 食纖維菌生孢食纖維菌、食纖維菌、堆囊黏菌細(xì)菌的纖維素酶結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上，是表面酶。真菌和放線菌的纖維素酶是胞外酶，可分泌到培養(yǎng)基中,通過離心和過濾分離。存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。半纖維素。 TCA循環(huán)循環(huán) 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纖維素半纖維素 單糖單糖 + 糖醛酸糖醛酸

4、H2O 各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物 厭氧分解厭氧分解分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。由D-半乳糖醛酸以-1,4糖苷鍵構(gòu)成的直鏈高分子化合物。果膠質(zhì)是構(gòu)成植物細(xì)胞間質(zhì)的物質(zhì)，并使相鄰近的細(xì)胞壁相連天然的果膠不溶于水，稱為原果膠。來源：造紙、制麻廢水。作用的微生物：細(xì)菌（如枯草桿菌、多粘芽孢桿菌、）真菌（青霉，曲霉、木霉等）也有一些放線菌l分解過程： 水解（原果膠

5、酶）原果膠 可溶性果膠 + 聚戊糖 水解 果膠甲脂酶 果膠酸 + 甲醇 水解 聚半乳糖酶 半乳糖醛酸好氧條件： CO2 H2O厭氧條件：丁酸發(fā)酵 丁酸、乙酸 酚類等1、淀粉是葡萄糖的高聚體。以糧食作原料的工廠廢水中含有淀粉，例如淀粉廠廢水、酒廠廢水，印染廢水、抗生素發(fā)酵廢水及生活污水等。2.2.淀粉的種類淀粉的種類淀粉分為直鏈淀粉（淀粉分為直鏈淀粉（ 1 1，4 4結(jié)合）結(jié)合） 支鏈淀粉（支鏈淀粉（ 1 1，4 4結(jié)合和結(jié)合和1 1，6 6結(jié)合結(jié)合）3.3.淀粉的降解途徑淀粉的降解途徑途徑1.枯草桿菌將淀粉分解為CO2途徑2.根霉和曲霉先將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖，接著由酵母菌將葡萄糖發(fā)酵為乙醇和CO

6、2途徑3.梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵途徑4.丁酸梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵4 4、降解微生物、降解微生物降解淀粉的微生物主要有：枯草芽孢桿菌和根霉、曲霉。其他微生物則主要進(jìn)行淀粉水解產(chǎn)物葡萄糖的進(jìn)一步分解。l由飽和脂肪酸和甘油組成的，常溫下呈固態(tài)的稱為脂；由由飽和脂肪酸和甘油組成的，常溫下呈固態(tài)的稱為脂；由不飽和脂肪酸和甘油組成，在常溫下呈液態(tài)的稱為油。不飽和脂肪酸和甘油組成，在常溫下呈液態(tài)的稱為油。l水中來源：水中來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂、制革廠廢水含有大量油脂l降解油脂較快的微生物：降解油脂較快的微生物：l細(xì)細(xì) 菌菌

7、 熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌l絲狀菌絲狀菌 放線菌、分支桿菌放線菌、分支桿菌l真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉l途徑：途徑：水解水解+氧化氧化脂肪脂肪酶甘油高級脂肪酸：氧化氧化甘油激酶-磷脂甘油磷酸甘油脫氫酶磷酸二羥丙酮丙酮酸EMPCO2+H2OTCA1.1.脂肪酸先被脂酰硫激酶激活脂肪酸先被脂酰硫激酶激活2.2.在在、碳原子上脫氫、加水、脫氫、再加水碳原子上脫氫、加水、脫氫、再加水3.3.在在、碳位之間的碳鏈斷裂，生成碳位之間的碳鏈斷裂，生成1mol1mol乙酰輔乙酰輔酶酶A A和碳鏈較原來少兩個碳原子的脂肪酸。和碳鏈較原來少兩個碳原子的脂肪酸。4.4.

8、乙酰輔酶乙酰輔酶A A進(jìn)入三羧酸循環(huán)完全氧化成二氧化碳和進(jìn)入三羧酸循環(huán)完全氧化成二氧化碳和水。水。5.5.剩下的碳鏈較原來少兩個碳原子的脂肪酸可重復(fù)剩下的碳鏈較原來少兩個碳原子的脂肪酸可重復(fù)一次一次氧化，以至完全形成乙酰輔酶氧化，以至完全形成乙酰輔酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO2l1mol1mol硬脂酸含硬脂酸含1818個碳原子，需要經(jīng)過個碳原子，需要經(jīng)過8 8次次氧化氧化作用，全部降解為作用，全部降解為9mol9mol乙酰輔酶乙酰輔酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA

9、TCA ATP H2O CO21mol1mol乙酰輔酶乙酰輔酶A A經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生 12molATP12molATP1molFADH1molFADH2 2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生 2molATP2molATP1molNADH1molNADH2 2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生 3molATP3molATP總共產(chǎn)生總共產(chǎn)生 17molATP17molATP開始激活硬脂酸時消耗開始激活硬脂酸時消耗 -1molATP-1molATP凈得凈得 16molATP 16molATP 第一步第一步1mol硬脂酸完全氧化，共得能量：1617712147mol ATP第一次第

10、一次氧化氧化最后一次最后一次氧化氧化18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA82168324129108148mol ATP-1mol ATP=147mol木質(zhì)素木質(zhì)素 空腔空腔 纖維素纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，以苯丙烷單元為核心的芳香族化合物經(jīng)氧化縮合而成。擔(dān)子菌綱：干朽菌、多孔菌、傘菌等的一些種，擔(dān)子菌綱：干朽菌、多孔菌、傘菌等的一些種，厚孢毛霉和松栓菌厚孢毛霉和松栓菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱

11、、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。絲核菌科。白腐白腐樹皮上木質(zhì)素被該菌分樹皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出解后漏出白色白色的纖維素部分。的纖維素部分。 分解速率緩慢分解速率緩慢l石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。化合物的復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在石油污染主要出現(xiàn)在采采油區(qū)油區(qū)和和石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場以及以及石化行業(yè)的工業(yè)石化行業(yè)的工業(yè)廢水廢水中中。l與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：烷烴比芳香烴易降解與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：烷烴比芳香烴易降解l 不飽和烴比飽和烴易降解不飽和烴比飽和烴易降解l降解石油的微生物很多，降解石

12、油的微生物很多，據(jù)報道有據(jù)報道有200多種多種l細(xì)細(xì) 菌菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌放線菌 諾卡氏菌諾卡氏菌l酵母菌酵母菌 假絲酵母假絲酵母l霉霉 菌菌 青霉屬、曲霉屬青霉屬、曲霉屬l藻藻 類類 藍(lán)藻和綠藻藍(lán)藻和綠藻3、烷烴的轉(zhuǎn)化 長鏈脂肪烴：首先在羧化酶（單加氧酶）、鐵硫蛋白和鐵硫蛋白-NADH還原酶作用下，在脂肪烴末端碳原子上發(fā)生氧化生成一元醇，然后逐步氧化成相應(yīng)的脂肪醛、脂肪酸，最后以脂肪酸-氧化方式分解釋放能量。 甲烷：甲烷 甲醇 甲醛 甲酸 二氧化碳 種類：酚、間甲酚、鄰苯二酚、苯、二甲苯、異丙苯、異丙甲苯、萘、菲、蒽等。

13、 來源：煉油廠、煤氣廠、焦化廠、化肥廠等的廢水。 芳香烴普遍具有生物毒性，但在一定濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度被微生物分解。 目前已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別4、芳香烴化合物的轉(zhuǎn)化 苯氧化成鄰苯二酚，可在苯環(huán)的鄰位或間位上被氧化打開，生成脂肪族化合物，再逐步分解，生成糖分解途徑中的中間物質(zhì)，再按糖代謝的方式進(jìn)行分解。復(fù)雜的聯(lián)苯類芳香烴化合物在氧化過程中逐步氧化成鄰苯二酚。 酚也是先被氧化為鄰苯二酚，各類芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下： 苯 酚 氧化酶 酶 萘鄰苯二酚 酮基己二酸 菲 + O2 + O2 +2H 蒽 琥珀酸 三羧酸循環(huán) CO2 + H2O 乙酰輔酶A 自然界中氮素蘊(yùn)藏量豐

14、富，以三種形態(tài)存在：分子氮N2(占大氣的78%)、有機(jī)氮化合物（氨基酸、蛋白質(zhì)）、無機(jī)氮化合物（氨氮和硝態(tài)氮）一、蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化一、蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化水中來源：水中來源： 生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等l種類很多種類很多l(xiāng)好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌 鏈球菌和葡萄球菌鏈球菌和葡萄球菌l好氧芽孢細(xì)菌好氧芽孢細(xì)菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌 l兼性厭氧菌兼性厭氧菌變形桿菌、假單胞菌變形桿菌、假單胞菌 l厭氧菌厭氧菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌l此外，還有曲霉

15、、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌( (放放線菌線菌) )。反硝化反硝化N2脫羧作用l氨基酸脫去羧酸基（CO2），產(chǎn)生胺。多由腐敗細(xì)菌和霉菌引起，二元胺對人有毒。胺是合成細(xì)胞成分的重要的起始物，諸如NAD等輔酶的合成。CH3CHNH2COOH CH3CH2NH2 + CO2 (丙氨酸 ) (乙胺)H2N(CH2)4CHNH2COOH H2N(CH2)5NH2+CO2 (賴氨酸) (尸胺)肉類蛋白質(zhì)腐敗后不能食用脫氨作用（氨化作用） 有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫氨基作用下產(chǎn)生氨的生物學(xué)過程，稱為脫氨作用。氨基酸的脫氨基作用是導(dǎo)致氨化作用的重要原因之一。 氧化脫

16、氨氧化脫氨氨基酸 氨基酸氧化酶 -酮戊二酸 + NH3 （有氧條件下） 還原脫氨還原脫氨 在無氧條件下，氨基酸經(jīng)還原脫氨的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)酸與氨，有機(jī)酸可進(jìn)一步作為能源物質(zhì)。 氨基酸 氨化酶 脂肪酸 + NH3水解脫氨水解脫氨氨基酸經(jīng)水解產(chǎn)生羧酸與NH3，羧酸經(jīng)脫羧生成一元醇R-CHNH2-COOH+H2O R-CHOH-COOH+NH3 RCH2OH + CO2減飽和脫氨減飽和脫氨：分解脫氨基反應(yīng) 生成不飽和脂肪酸和氨，如天冬氨酸和組氨酸的分解。 天冬氨酸 延胡索酸 + NH3 沒有H的交換CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3尿酶尿酶2NH3+CO2+H2O二二 尿素的氨化尿素的氨化

17、印染廢水中有尿素，缺氮時，尿素可作為氮源。尿素細(xì)菌：尿素細(xì)菌： 1 1、球菌、球菌：尿八疊球菌：尿八疊球菌 2 2、芽孢桿菌、芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌尿素細(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，pH2mg/L）、適宜在中性偏堿性(pH 7-8)環(huán)境中生長，對pH值很敏感，廢水中應(yīng)有足夠的堿度，調(diào)節(jié)pH變化。2 2、硝化作用的意義、硝化作用的意義 生活污水和工業(yè)廢水如味精廢水、賴氨酸廢水等含有相當(dāng)高濃度的氨氮； 某些工業(yè)廢水如印染廢水和合成制藥廢水中氨氮含量不高，而有機(jī)氮含量高； 先將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（硝化作用），再通過反硝化作用將硝酸氮還原為氮?dú)庖绯鏊?。?/p>

18、四 反硝化作用反硝化作用兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為N2l發(fā)生反硝化的條件是：硝酸鹽存在（提供電子受體）、有機(jī)物存在（提供能量）缺氧。1 1、反硝化作用的結(jié)果、反硝化作用的結(jié)果NO3- N2NH3 氨基酸、蛋白質(zhì)氨基酸、蛋白質(zhì)兼性厭氧菌在缺氧條件下進(jìn)行兼性厭氧菌在缺氧條件下進(jìn)行HNO2 細(xì)菌、放線菌、真菌利用細(xì)菌、放線菌、真菌利用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多數(shù)：異養(yǎng)兼性厭氧型 極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（脫氮硫桿菌）3 3、反硝化作用的應(yīng)用、反硝化作用的應(yīng)用土壤中發(fā)生反硝化作用會使土壤肥力降低；若在二沉池發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生的氮?dú)鈺殉氐椎某恋砦勰鄮细∑穑绊懗鏊乃|(zhì)。

19、污水經(jīng)生物處理后出水硝酸鹽含量高，在排入水體后，若水體缺氧發(fā)生反硝化作用，會產(chǎn)生致癌物質(zhì)亞硝酸胺，造成二次污染，危害人體健康。 利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脫 氮）。 在固氮微生物固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)在固氮微生物固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)而合成為有機(jī)氮化合物。而合成為有機(jī)氮化合物。固氮條件1.固氮酶：細(xì)菌（根瘤菌、固氮菌等）和藍(lán)藻2.能量：平均每還原1mol氮為2mol的氨，需要24molATP，其中9molATP提供3對電子用于還原作用，15molATP用于催化反應(yīng)，與M2+形成復(fù)合物才起作用（ Mg2+=Mn2+ Co2+ Fe2+）3.氮源：N2,當(dāng)供

20、給NH3、尿素和硝酸鹽時固氮作用停止。4.環(huán)境條件：中性和偏堿性5.5.氧的影響：在較低氧分壓下固氮效果好氧的影響：在較低氧分壓下固氮效果好 固氮酶防氧機(jī)制固氮酶防氧機(jī)制（1）呼吸保護(hù)呼吸保護(hù)：固氮菌能以較強(qiáng)的呼吸作用迅速將周圍環(huán)境中的氧消耗掉以保持細(xì)胞表面的氧處于低濃度，并使細(xì)胞內(nèi)的固氮酶能處于厭氧環(huán)境中。（2）構(gòu)象保護(hù)構(gòu)象保護(hù)：指固氮酶周圍環(huán)境中有過量氧存在時，其可形成某種構(gòu)象防止氧的傷害，此時不表現(xiàn)固氮活性。（3）固氮藍(lán)藻固氮藍(lán)藻：異形胞；固氮與光合作用交替（微氧時固氮）；形成束狀群體（中央?yún)捬酰?固氮菌生長需要氧氣，固氮作用不需要氧氣，固氮酶遇固氮菌生長需要氧氣，固氮作用不需要氧氣，固

21、氮酶遇到氧氣會不可逆失活，好氧菌進(jìn)化過程中形成了保護(hù)固到氧氣會不可逆失活，好氧菌進(jìn)化過程中形成了保護(hù)固氮菌的防氧機(jī)制氮菌的防氧機(jī)制1 1、固氮微生物：、固氮微生物：（1）共生固氮微生物 豆科植物共生：根瘤菌+豌豆、花生、三葉草、紫云英、苜蓿、大豆。豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤 非豆科植物共生非豆科植物共生：主要與木本植物共生，主要的共生菌是放線菌弗蘭克氏菌。 藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌：可與藻類、裸子植物、被子植物、苔蘚、真菌共生。（2 2）自生固氮微生物）自生固氮微生物 好氧性細(xì)菌好氧性細(xì)菌：固氮菌科的全部屬、種，還有分枝桿菌屬、螺菌屬、拜葉林克氏菌屬、德克斯氏菌屬。其中固氮菌屬和拜葉林克氏菌屬研究較多，

22、固氮菌中的圓褐固氮菌曾作為固氮菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。 兼性厭氧菌兼性厭氧菌：腸桿菌屬、克氏菌屬、芽孢桿菌屬。 厭氧菌厭氧菌：巴氏梭菌、丁酸梭菌。固氮量低于好氧性固氮菌。光合細(xì)菌光合細(xì)菌：紅螺菌、著色菌、綠菌屬。 藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物腈類化合物及及硝基硝基化合物化合物 l水中來源：水中來源：化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。l危危 害：害：生物毒害生物毒害 、環(huán)境積累、環(huán)境積累細(xì)菌細(xì)菌紫色桿菌、假單胞菌紫色桿菌、假單胞菌放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌真菌真菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤

23、霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌( (茄科病鐮刀霉茄科病鐮刀霉) )、木霉及擔(dān)子菌等、木霉及擔(dān)子菌等 l5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3 ORCH2CN （RCH2C-NH2） RCH2COOH + NH3 CO2 + H2OH2OH2O擔(dān)子菌還能利用乙醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下?lián)泳€能利用乙醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成為縮合成為氨基乙腈，進(jìn)而合成為丙氨酸。氨基乙腈，進(jìn)而合成為丙氨酸。 HCNHCN CH CH3 3COH CHCOH CH3 3CHNHCHNH2 2CN CHCN CH3 3CHNHCHNH2 2COOHCOOH 乙乙l含硫的

24、化合物有：含硫有機(jī)物（蛋白質(zhì)中的含硫的化合物有：含硫有機(jī)物（蛋白質(zhì)中的SHSH基等），無機(jī)硫化合物，元素硫基等），無機(jī)硫化合物，元素硫l動、植物和微生物機(jī)體中含硫有機(jī)物主要是蛋白質(zhì)。能夠分解含氮有機(jī)物的都能分解含硫有機(jī)物，產(chǎn)生硫化氫和氨。二、無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化二、無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化（一）硫化作用（一）硫化作用 H H2 2S S SOS S SO4 42-2-1.1.硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌 硫桿菌硫桿菌, , G-G-，無芽孢，專性或兼性自養(yǎng)細(xì)菌，好氧， 從氧化H2S、S、S2O32-、SO32-獲得能量，產(chǎn)生硫酸，產(chǎn)生硫酸， 廣泛分布于土壤、淡水、海水中，廣泛分布于土壤、淡水、海水中， 不同不同種類的硫桿菌要

25、求的環(huán)境種類的硫桿菌要求的環(huán)境pHpH不同，氧化硫硫桿菌不同，氧化硫硫桿菌2.02.03.53.5，氧化亞鐵硫桿菌，氧化亞鐵硫桿菌5.8，排硫桿菌，排硫桿菌中性和偏堿性中性和偏堿性, , ，O2O2氧化硫硫桿菌氧化硫硫桿菌氧化元素硫成硫酸，造成環(huán)境酸性，最適pH2.0-3.5。 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + 118千卡 2H2S + O2 2H2O + 2S + 82千卡氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌 氧化硫酸亞鐵、硫代硫酸鹽，最適pH2.5-5.8。 5Na2S2O3+4O2+H2O 5Na2SO4 + H2SO4 + 4S + 500千卡 4FeSO4

26、+ O2 + 2H2SO4 2Fe2（SO4）3 + 2H2O濕法冶金：7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O 15FeSO4+8H2SO4Cu2S+2Fe2(SO4)3 2CuSO4+4FeSO4+ S利用硫細(xì)菌產(chǎn)生硫酸鐵，將礦物浸出的方法。H2SO4和硫酸鐵為浸溶劑，可將銅、鐵等金屬礦物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽而溶出。4FeSO4+O2+2H2SO4 2Fe2(SO4)3+2H2O 2.2.硫磺細(xì)菌硫磺細(xì)菌 將H2S氧化為S，并將硫粒積累在細(xì)胞內(nèi)。絲狀硫磺細(xì)菌：貝日阿托氏菌屬 發(fā)硫菌屬 辮硫菌屬 亮發(fā)菌屬 透明顫菌屬在生活污水和含硫工業(yè)廢水的生物處理過程中出現(xiàn)。DO 較低（1mg/L)時，含硫化物較

27、多時，貝日阿托氏菌和發(fā)硫菌過度生長引起活性污泥絲狀膨脹。 在給排水中比較常見的硫磺細(xì)菌是在給排水中比較常見的硫磺細(xì)菌是貝日阿托氏菌貝日阿托氏菌、發(fā)硫細(xì)菌發(fā)硫細(xì)菌，與活性污泥的絲狀膨脹有密切關(guān)系。，與活性污泥的絲狀膨脹有密切關(guān)系。貝日阿托氏菌：貝日阿托氏菌：絲狀體、無色、絲狀體、無色、不附著、無鞘、不附著、無鞘、滑行滑行 發(fā)硫細(xì)菌發(fā)硫細(xì)菌：絲狀體，有鞘（一端附著在固體上：絲狀體，有鞘（一端附著在固體上，不運(yùn)動），能滑行。，不運(yùn)動），能滑行。光能自養(yǎng)硫細(xì)菌光能自養(yǎng)硫細(xì)菌 含細(xì)菌葉綠素，在光照下，將H2S氧化為S。綠硫細(xì)菌和紫硫細(xì)菌（二）（二）. .反硫化作用反硫化作用處于缺氧狀態(tài)時，含硫無機(jī)鹽在微

28、生物的還原作用下形成H2S。 在混凝土排水管和鑄鐵排水管中，如有硫酸鹽存在，管底常因缺氧而產(chǎn)生H2S。 H2S上升到污水表層或逸出空氣層，與污水表面溶解氧相遇， H2S被硫化細(xì)菌或硫磺細(xì)菌氧化為硫酸，使混凝土管和鑄鐵管受到腐蝕。第五節(jié)第五節(jié) 磷循環(huán)磷循環(huán)三種狀態(tài)存在：三種狀態(tài)存在：有機(jī)磷化物有機(jī)磷化物無機(jī)磷化物無機(jī)磷化物還原態(tài)還原態(tài)PHPH3 3。 一部分則以不溶性形式沉淀下來，這是磷循環(huán)是不完全循環(huán)的原因所在生物體中的含磷有機(jī)物有核酸、磷脂、植素。生物體中的含磷有機(jī)物有核酸、磷脂、植素。1.1.核酸核酸核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷磷酸核苷磷酸 嘌呤或嘧啶核糖嘌呤或嘧啶核糖 氨氨核酸酶核酸酶水

29、解水解核苷酸酶核苷酸酶核苷酶核苷酶 水解水解脫氨基脫氨基2.2.磷脂磷脂l卵磷脂 甘油 + 磷酸 + 脂肪酸 + 膽堿l膽堿 NH3 + CO2 + 有機(jī)酸 + 醇3.植素l由植酸和由植酸和Ca、Mg組成。組成。l植酸植酸 植酸酶植酸酶 磷酸磷酸 + 環(huán)己六醇環(huán)己六醇CO2+H2O 洗滌劑中的磷酸鹽為洗滌劑中的磷酸鹽為可溶性可溶性的的磷酸鈉磷酸鈉 土壤中的磷酸鹽則主要是土壤中的磷酸鹽則主要是難溶難溶的的磷酸鈣磷酸鈣 微生物產(chǎn)酸微生物產(chǎn)酸 土壤中的難溶磷酸鹽土壤中的難溶磷酸鹽 可溶性磷酸鹽可溶性磷酸鹽 洗滌劑中的可溶性磷酸鹽洗滌劑中的可溶性磷酸鹽 卵磷脂、核酸、卵磷脂、核酸、ATP 厭氧條件下，

30、磷酸鹽還可以被梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌等還厭氧條件下，磷酸鹽還可以被梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌等還原為原為PH3。（。（自燃自燃鬼火）鬼火） + 8H H3PO4 PH3 4H2O第六節(jié)第六節(jié) 鐵、錳的循環(huán)鐵、錳的循環(huán)所有的生物都需要鐵，而且要求溶解性的二價亞鐵所有的生物都需要鐵，而且要求溶解性的二價亞鐵鹽，鹽，二價和三價鐵的轉(zhuǎn)化受二價和三價鐵的轉(zhuǎn)化受pHpH和氧化還原電位影響。和氧化還原電位影響。pHpH為中性和有氧時，二價鐵氧化為三價鐵的氫氧為中性和有氧時，二價鐵氧化為三價鐵的氫氧化物。無氧時，存在大量二價鐵?；?。無氧時，存在大量二價鐵。 二價鐵還能被鐵細(xì)菌氧化為三價鐵。在含有機(jī)二價鐵還能被鐵

31、細(xì)菌氧化為三價鐵。在含有機(jī)物和鐵鹽的水管中一般都有鐵細(xì)菌存在。常因水物和鐵鹽的水管中一般都有鐵細(xì)菌存在。常因水管中有酸性水而將鐵轉(zhuǎn)化為溶解性的二價鐵，鐵管中有酸性水而將鐵轉(zhuǎn)化為溶解性的二價鐵，鐵細(xì)菌就轉(zhuǎn)化二價鐵為三價鐵（銹鐵）沉積于水管細(xì)菌就轉(zhuǎn)化二價鐵為三價鐵（銹鐵）沉積于水管壁上。壁上。趨磁性細(xì)菌1.發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 19751975年年, ,有人用顯微鏡研究鹽澤的泥漿沉淀物時有人用顯微鏡研究鹽澤的泥漿沉淀物時, ,觀察到有些微生物持續(xù)不變地向一個方向游動觀察到有些微生物持續(xù)不變地向一個方向游動, ,它它們聚集在一滴污水的某一邊緣們聚集在一滴污水的某一邊緣. .這是一種趨光性反這是一種趨光性反應(yīng)嗎應(yīng)

32、嗎? ?不是不是, ,因?yàn)椴还苈湓陲@微鏡片上的光怎樣分因?yàn)椴还苈湓陲@微鏡片上的光怎樣分布布, ,細(xì)菌總是游向同一個邊緣細(xì)菌總是游向同一個邊緣, ,甚至當(dāng)顯微鏡被木甚至當(dāng)顯微鏡被木盒蓋住、轉(zhuǎn)向或移放到其它房間時，細(xì)菌仍然游盒蓋住、轉(zhuǎn)向或移放到其它房間時，細(xì)菌仍然游向同一方向。向同一方向。 這究竟是怎么一回事呢？它的這種運(yùn)動與地球的這究竟是怎么一回事呢？它的這種運(yùn)動與地球的磁場有關(guān)嗎磁場有關(guān)嗎 實(shí)際上這是一種趨磁性行為。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)把一小實(shí)際上這是一種趨磁性行為。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)把一小滴泥漿用暗場照明的顯微鏡在低倍率（約滴泥漿用暗場照明的顯微鏡在低倍率（約80倍）倍）下放大檢查時，游動的、折射光的細(xì)菌

33、看起來像下放大檢查時，游動的、折射光的細(xì)菌看起來像一些游動的小光點(diǎn)。在只有地磁場而沒有其它磁一些游動的小光點(diǎn)。在只有地磁場而沒有其它磁場作用時，一些細(xì)菌就持續(xù)不斷地向北游動，并場作用時，一些細(xì)菌就持續(xù)不斷地向北游動，并聚集在小水滴的北面的邊緣。如果把一條形磁鐵聚集在小水滴的北面的邊緣。如果把一條形磁鐵放在附近，細(xì)菌就游向吸引羅盤針指向北端的那放在附近，細(xì)菌就游向吸引羅盤針指向北端的那一極。一極。 引起趨磁性的內(nèi)因是：在細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有一些引起趨磁性的內(nèi)因是：在細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有一些50nm50nm寬寬的小顆粒，每一顆粒是一個單磁疇。這樣的小顆粒稱為的小顆粒，每一顆粒是一個單磁疇。這樣的小顆粒稱為

34、磁小體。它們通常是立方體或八面體、平行于細(xì)胞的長磁小體。它們通常是立方體或八面體、平行于細(xì)胞的長軸排列成單鏈或雙鏈。軸排列成單鏈或雙鏈。 l趨磁性的最簡單解釋是，一個正在游動的細(xì)菌由于趨磁性的最簡單解釋是，一個正在游動的細(xì)菌由于地磁場施加于磁性小體的轉(zhuǎn)動力矩而被動地指向。地磁場施加于磁性小體的轉(zhuǎn)動力矩而被動地指向。例如，當(dāng)磁場強(qiáng)到幾個高斯時，細(xì)菌會很好地選取例如，當(dāng)磁場強(qiáng)到幾個高斯時，細(xì)菌會很好地選取擇方向且有較大的波動速度。磁場較弱時，由于受擇方向且有較大的波動速度。磁場較弱時，由于受熱擾動影響，定向能力較弱，在磁場方向中游速就熱擾動影響，定向能力較弱，在磁場方向中游速就較慢。較慢。l人們發(fā)

35、現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。領(lǐng)。 l趨磁細(xì)菌是一類在外磁場的作用下能作定向運(yùn)動趨磁細(xì)菌是一類在外磁場的作用下能作定向運(yùn)動并在體內(nèi)形成納米磁性顆粒磁小體的細(xì)菌，其并在體內(nèi)形成納米磁性顆粒磁小體的細(xì)菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。趨主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。趨磁細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)磁小體的主要成分為磁細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)磁小體的主要成分為FeFe3 3O O4 4和和FeFe3 3S S4 4。l趨磁性細(xì)菌寄生在水中或