知識(shí)資料第二章知識(shí)資料環(huán)境工程微生物學(xué)(二十二)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。PAGE第頁(yè)/共頁(yè)5．硫酸鹽還原作用硫酸鹽還原作用有同化型（見(jiàn)硫的同化）和異化型兩大類(lèi)型。異化型硫酸鹽還原作用是指硫或硫酸鹽被用作電子受體而還原成硫化氫的生物過(guò)程。其中以硫?yàn)殡娮邮荏w時(shí)，反應(yīng)類(lèi)似于氧呼吸，因而稱(chēng)為硫呼吸.氧化乙酸脫硫單胞菌是典型硫呼吸細(xì)菌。它的生長(zhǎng)基質(zhì)是乙酸、乙醇和丙醇等有機(jī)小分子。在天然界，以硫酸鹽作為電子受體的硫酸鹽還原是更重要的生物反應(yīng)。脫硫桿菌、脫硫蔥狀菌、脫硫腸狀菌、脫硫球菌、脫硫八疊球菌、脫硫弧菌都是以硫酸鹽作為電子受體的硫酸鹽還原菌（SBR），它們廣泛分布于各種環(huán)境中，能夠以氫氣作為生長(zhǎng)基質(zhì)。值得注重的是，該反應(yīng)并不能使SBR自養(yǎng)生長(zhǎng)，因?yàn)槎鄶?shù)SBR不能固定二氧化碳，而需要從有機(jī)小分子（如甲醇和乙酸）取得碳素。硫和硫酸鹽還原細(xì)菌都是厭氧細(xì)菌，都能利用有機(jī)小分子（如乙酸、乳酸、丙酮酸）。厭氧環(huán)境之中之所以存在有機(jī)小分子，是因?yàn)榱蛩猁}還原細(xì)菌通常是由發(fā)酵細(xì)菌、硫酸鹽還原細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌組成的厭氧群落的成員，這個(gè)厭氧群落協(xié)同舉行有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和甲烷的序列反應(yīng)，其中，發(fā)酵性細(xì)菌可為SBR提供有機(jī)小分子。最近發(fā)現(xiàn)，SBR也能利用較復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)（如芬芳族化合物和長(zhǎng)鏈脂肪酸）。人們正在擔(dān)心將SBR用于污染環(huán)境原位修復(fù)的可能性，因?yàn)闊o(wú)數(shù)環(huán)境受芬芳族化合物污染，這些環(huán)境常常缺氧，且充氧比較艱難。［例］什么叫硫化作用？參加硫化作用有哪些微生物？答：將硫化氫、單質(zhì)硫或硫化亞鐵等氧化成硫酸的生物過(guò)程，稱(chēng)為硫化作用。參加硫化作用的微生物有硫細(xì)菌和硫化細(xì)菌。2．4．4磷循環(huán)1．磷素循環(huán)的基本過(guò)程和磷素污染天然界磷素循環(huán)的基本過(guò)程是：巖石和土壤中的磷酸鹽因?yàn)轱L(fēng)化和淋溶作用進(jìn)人河流，然后輸人海洋并沉積于海底，直到地質(zhì)活動(dòng)使它們裸露于水面，再次參加循環(huán)。這一循環(huán)又稱(chēng)磷素地質(zhì)大循環(huán)，需若干萬(wàn)年才干完成。在磷素地質(zhì)大循環(huán)中，存在兩個(gè)局部的小循環(huán)，即陸地生態(tài)系統(tǒng)的磷素循環(huán)和水生生態(tài)系統(tǒng)的磷素循環(huán)。陸地生態(tài)系統(tǒng)的磷素循環(huán)為：巖石風(fēng)化向土壤提供磷元素。植物通過(guò)根系從土壤中吸收磷元素。動(dòng)物以植物為食物而得到磷元素。動(dòng)、植物死亡后，殘?bào)w被分解，磷元素又返回土壤。在未受人為干擾的陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤和有機(jī)體之間幾乎是一個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)，磷元素的損失很少。水生生態(tài)系統(tǒng)的磷素循環(huán)為：磷元素被藻類(lèi)和水生植物吸收，然后通過(guò)食物鏈逐級(jí)傳遞。水生動(dòng)、植物死亡后，殘?bào)w分解，磷元素再次進(jìn)人循環(huán)。也有一部分磷元素沉積于深水底泥，從此退出生態(tài)循環(huán)。人類(lèi)漁撈和鳥(niǎo)類(lèi)捕食水生生物，可使磷元素返回陸地生態(tài)系統(tǒng)，但數(shù)量較少。在天然經(jīng)濟(jì)中，一方面從土地上收獲農(nóng)作物，另一方面把廢物和排泄物送回土壤，磷元素的收支基本平衡。但商品經(jīng)濟(jì)發(fā)展后，不斷把農(nóng)作物和農(nóng)牧產(chǎn)品運(yùn)往城市，城市垃圾和人畜排泄物不能返回農(nóng)田，致使農(nóng)田磷含量逐漸減少。施用磷肥已成為補(bǔ)償磷虧損的重要農(nóng)業(yè)措施。部分磷肥可隨農(nóng)田排水進(jìn)人水體，造成磷的面源污染。某些富磷工業(yè)廢水和接納含磷洗滌劑的城市生活污水，則可造成磷的點(diǎn)源污染。含磷廢水排人河流、湖泊或海灣，是引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要緣故。2．磷的同化磷是所有生物的基本營(yíng)養(yǎng)元素。在生物體中，核酸（DNA和RNA）、ATP、磷脂和磷脂蛋白都是重要的含磷有機(jī)物質(zhì)。微生物從環(huán)境中吸收可溶性磷酸鹽，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)磷化物。例如，在細(xì)胞內(nèi)，磷酸鹽可與ADP反應(yīng)產(chǎn)生ATP。在許多生態(tài)系統(tǒng)（包括農(nóng)業(yè)）中，有效磷常常成為重大的制約因子。因此可以用32PO43－來(lái)示蹤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在食物鏈上的傳遞情況。倘若把32PO43－－引人水體生態(tài)系統(tǒng)，初級(jí)生產(chǎn)者（浮游植物群落）被疾馳標(biāo)記，而動(dòng)物性浮游群落（消費(fèi)者）則因不直接吸收磷酸鹽，被標(biāo)記較慢。高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物（魚(yú)和大型無(wú)脊椎動(dòng)物）被標(biāo)記得更慢。在每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上，發(fā)射性磷濃度都經(jīng)歷一個(gè)升至最高后再降低的過(guò)程。然而，沉積物中的發(fā)射性磷濃度卻穩(wěn)定增強(qiáng)。倘若實(shí)驗(yàn)舉行得充足長(zhǎng)，在沉淀和循環(huán)磷之間也會(huì)建立一個(gè)平衡。但兩者的總算比例取決于水的化學(xué)性質(zhì)（例如，高PH值和二價(jià)陽(yáng)離子有利用于沉淀）和水力條件（例如，分層可限制磷的運(yùn)動(dòng)）。3．有機(jī)磷化物的分解植物和微生物同化的磷，又可在有機(jī)磷的分解中重新釋放。一些細(xì)菌和真菌能產(chǎn)生肌醇六磷酸酶，從肌醇六磷酸（植酸）上釋放磷酸，即肌醇六磷酸（植酸）＋6H2O→肌醇＋6PO43－一些細(xì)菌和真菌能產(chǎn)生核酸酶（nuclease）和核昔酸酶（nucleotidase），先把核酸水解成核昔酸，再?gòu)暮宋羲岵丰尫帕姿?，即核酸＋nH2O→n核苷酸→n核昔＋nPO43－也有一些細(xì)菌和真菌能產(chǎn)生磷脂酶肥磷脂水解成脂肪酸甘油和磷酸，即卵磷脂＋3H2O→2脂肪酸＋甘油＋膽堿＋PO43－在分解有機(jī)磷化物的過(guò)程中，微生物將部分磷元素轉(zhuǎn)化為自身的細(xì)胞物質(zhì)，多余部分則以磷酸鹽的形式釋放。是否能從有機(jī)磷化物的分解中釋放磷元素，取決于它的C／P比。C／P比小于200時(shí)，有磷元素釋放；C／P比為200－300時(shí)，有機(jī)物質(zhì)中的磷元素所有被微生物同化，既沒(méi)有