微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用

第八章微生物在環(huán)境物質循環(huán)中作用物質循環(huán)包含天然物質和污染物質循環(huán)，其實從本質上看，并沒有太大區(qū)分，不過，污染物質進入，會影響原有物質循環(huán)一些步驟。推進物質進行循環(huán)作用包含物理、化學和生物作用，其中生物起到了主導作用，而微生物在其中占了極主要地位。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第1頁8.1氧循環(huán)

O2在大氣中分布均勻，而在水體中有垂直方向上改變。此循環(huán)平衡，含有十分主要意義，如維持大氣中CO2濃度。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第2頁8.2碳循環(huán)碳循環(huán)以CO2為中心實際上C和O循環(huán)是相互關聯(lián)。大氣中CO2含量為0.032%，這個值因為人類活動大量產(chǎn)生CO2進入大氣中而在增加，造成所謂氣候變暖。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第3頁哪些糖類會成為污染物？▲難溶多糖

當一些難溶解多糖數(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▲這類多糖主要是：

纖維素、半纖維素、果膠質、木質素、淀粉等微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第4頁8.2.1纖維素轉化2、分解纖維素微生物：細菌：好氧（黏細菌、鐮狀纖維菌、纖維弧菌等）

厭氧（產(chǎn)纖維二糖梭菌、無芽孢厭氧分解菌、熱解纖維梭菌）

放線菌：鏈霉菌屬真菌：青霉、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉1、纖維素性質：纖維素是葡萄糖高分子聚合物，(C6H10O5)1400～10000。植物體內(nèi)約有50％C以纖維素形式存在。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第5頁8.2.1纖維素轉化3、分解過程：葡萄糖被微生物吸收進入體內(nèi)，進行好氧或厭氧分解細菌：細胞質膜上，表面酶真菌、放線菌：胞外酶4、纖維素酶所在位置微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第6頁8.2.2半纖維素轉化1、半纖維素性質：存在于植物細胞壁內(nèi)，是由各種戊糖或己糖組成大分子縮聚物，組成中有聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）、聚己糖（半乳糖、甘露糖）及聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）。能夠分解纖維素微生物大部分能分解半纖維素

2、分解半纖維素微生物：微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第7頁8.2.2半纖維素轉化3、分解過程：單糖或糖醛酸再進行好氧或厭氧分解。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第8頁2、分解果膠質微生物：細菌：好氧（枯草芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌等）

厭氧（蝕果膠梭菌、費新尼亞浸麻梭菌）放線菌真菌：青霉、曲霉、木霉、毛霉、根霉、芽孢枝霉、小克銀漢霉8.2.3果膠質轉化1、果膠質性質：

由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷鍵組成直鏈高分子化合物。存在于植物細胞壁和細胞間質中。天然果膠不溶于水，稱為原果膠。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第9頁8.2.3果膠質轉化3、分解過程：微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第10頁8.2.4淀粉轉化1、淀粉性質：淀粉分直鏈和支鏈兩類。是由葡萄糖分子脫水縮合，以α-D-1,4葡萄糖苷鍵（不分支）或α-1,6鍵結合（分支）而成。廣泛存在于植物種子和果實中，也是人類獲取主要食物起源之一。2、分解淀粉微生物：細菌（如枯草芽孢桿菌）和霉菌（根霉、曲霉等）。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第11頁8.2.4淀粉轉化2、分解過程：

微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第12頁8.2.5脂肪轉化1、脂肪性質：

脂肪是甘油和高級脂肪酸所形成酯，存在于動植物體內(nèi)，是人和動物能量起源，也是許多微生物碳源和能源。

飽和脂肪酸＋甘油常溫為固態(tài)，稱為脂。

不飽和脂肪酸＋甘油常溫為液態(tài)，稱為油。2、分解脂肪微生物：

脂肪是比較穩(wěn)定化合物，但仍有微生物能夠降解它。細菌中熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌等真菌中青霉、白地霉、曲霉、鐮刀霉及解脂假絲酵母等一些放線菌和分枝桿菌微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第13頁8.2.5脂肪轉化3、分解過程：甘油轉化TCA循環(huán)CO2、H2O1-磷酸葡萄糖微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第14頁8.2.5脂肪轉化脂肪酸β-氧化經(jīng)過β-氧化路徑得到氧化。從脂肪酸上斷下一個個乙酰輔酶A，進入TCA循環(huán)，每次2個碳原子，直到全部轉化。假如是奇數(shù)脂肪酸，最終還有丙酸。

在脂肪降解過程中，能產(chǎn)生大量能量。如以18個碳原子硬脂酸為例，經(jīng)8次β-氧化可得到9mol乙酰輔酶A和8molFADH2和8molNADH，每mol乙酰輔酶A經(jīng)TCA得到12molATP,1molFADH2可得到2molATP,1molNADH可得到3molATP，除去開始時消耗1molATP，最終可得到9×12+8×2+8×3-1=147molATP。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第15頁9.2.5脂肪轉化微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第16頁8.2.6木質素轉化木質素性質：植物木質化組織主要成份。普通認為，以苯環(huán)為關鍵，帶有丙烷支鏈一個或各種芳香族化合物經(jīng)氧化縮合而成。分解木質素微生物主要有干朽菌、多孔菌、傘菌等一些種及厚孢毛霉、松栓菌、假單胞菌等。分解速度遲緩：好氧條件下比厭氧條件下分解快；真菌分解比細菌快白腐微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第17頁8.2.7烴類物質轉化烷烴轉化：

石油烴能在地下長久貯存而不被破壞？

烷烴還原性強有氧條件下多數(shù)可被微生物降解甲烷假單胞菌、分支桿菌屬、頭孢霉、青霉等微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第18頁8.3氮循環(huán)自然界中氮元素有：分子氮（空氣中N2）、有機氮（蛋白質等）、無機氮（NH4+、NO3-等）。在生物協(xié)同作用下，三種形式氮相互轉化，組成循環(huán)。其中，微生物在轉化中起著主要作用。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第19頁8.3.1蛋白質水解與氨基酸轉化一、蛋白質水解：好氧細菌——

鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細菌——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兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌另外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。

蛋白酶蛋白酶肽酶

蛋白質→胨→肽→氨基酸微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第20頁8.3.1蛋白質水解與氨基酸轉化二、氨基酸轉化1.脫氨作用：有機氮化合物在氨化微生物脫氨基作用下產(chǎn)生氨四種方式：①氧化脫氨②還原脫氨③水解脫氨④減飽和脫氨

微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第21頁②

還原脫氨：由專性厭氧菌和兼性厭氧菌在厭氧條件下進行①

氧化脫氨：在好氧微生物作用下進行微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第22頁③水解脫氨：氨基酸水解脫氨后生成羥酸④

減飽和脫氨：氨基酸脫氨基時減飽和成不飽和酸微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第23頁8.3.1蛋白質水解與氨基酸轉化2.脫羧作用氨基酸脫去羧酸基，生成胺。多由腐敗細菌和霉菌引發(fā)。CH3CHNH2COOH(丙氨酸)→CH3CH2NH2（乙胺）＋CO2

H2N(CH2)4CHNH2COOH(賴氨酸)→H2N(CH2)4CH2NH2(尸胺)＋

CO2

微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第24頁8.3.2尿素氨化人、畜尿中含有尿素，印染工業(yè)中印花漿用尿素作膨化劑和溶劑，故印染廢水中含有尿素。尿素能被許多微生物（尿素細菌）轉化成氨，如尿八聯(lián)球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。尿素細菌生理特點：①喜好堿性條件。②以尿素、銨鹽為N源，以有機C為C源、能源。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第25頁8.3.3硝化作用

有氧條件下，經(jīng)亞硝酸細菌和硝酸細菌作用，將氨基酸脫下氨轉化成硝酸，稱為硝化作用。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第26頁8.3.4反硝化作用反硝化作用：缺氧條件下，硝酸鹽被還原為氮氣過程。發(fā)生反硝化條件是：硝酸鹽存在（提供電子受體）、有機物存在（提供能量）、缺氧反應過程有三種結果：微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第27頁8.3.4反硝化作用反硝化作用影響：

1、土壤中發(fā)生反硝化作用，會降低土壤肥力；

2、污水生物處理二沉池中發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮氣會把池底沉淀污泥帶上浮起，影響出水水質；

3、二次污染，影響人體健康；

4、利用反硝化作用，能夠去除水中氮（生物脫氮）。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第28頁8.3.5固氮作用一、固氮作用概念：空氣中氮氣在固氮微生物固氮酶作用下，把分子氮轉化成氨，進而合成有機氮化合物。二、反應式

三、固氮微生物

細菌（根瘤菌、固氮菌等）和藍藻

四、固氮酶

固氮酶對O2敏感，所以好氧固氮菌在體內(nèi)形成獨特防護機制，保護固氮酶活性微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第29頁五、固氮作用分類：

1、自生固氮2、共生固氮3、聯(lián)合固氮微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第30頁1、自生固氮

自生固氮微生物能夠在環(huán)境中自由生活，能獨立進行固氮作用。在固氮酶參加下，將分子氮固定成氨，但并不釋放到環(huán)境中去，而是合成氨基酸，組成本身蛋白質。只有在死亡后，機體被分解才會向環(huán)境釋放氨。如：光合細菌。

微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第31頁2、共生固氮

共生固氮微生物只有在與其它生物緊密生活在一起情況下，才能固氮或才能有效地固氮。固氮效率高。如：根瘤菌3、聯(lián)合固氮

固氮微生物僅存在于植物根際，并不侵入根毛生成根瘤，固氮效率較高。如：雀稗固氮菌。微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第32頁（1）寫出圖①②③④作用名稱：假如地球上沒有反硝化細菌這類生物，你預測會出現(xiàn)什么情況？_______________。微生物在環(huán)