在物質(zhì)循環(huán)中的作用

關(guān)于在物質(zhì)循環(huán)中的作用碳素循環(huán)氮素循環(huán)硫、磷、鐵等其它無機(jī)元素的循環(huán)第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)碳素循環(huán)自然界中含碳物質(zhì)有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等。在碳循環(huán)中，CO2大部分來源于微生物分解有機(jī)物，碳的循環(huán)是以CO2為中心的。第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、微生物分解有機(jī)物的一般途徑1、復(fù)雜有機(jī)物簡單有機(jī)物細(xì)胞內(nèi)加以吸收營養(yǎng)攝取第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、纖維素的分解纖維素是葡萄糖高分子聚合物，(C6H10O5)n，n=1400-10000。由葡萄糖以β（1→4）糖苷鍵連接而成的直鏈，天然纖維素為無臭、無味白色絲狀物。來源：以樹木、農(nóng)作物為原料的工業(yè)生產(chǎn)，如造紙、印染等。作用的微生物：細(xì)菌、放線菌和真菌。第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：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。纖維素酶2(C6H10O5)n+nH2OnC12H22O11（纖維二糖）纖維二糖酶nC12H22O11+nH2O2nC6H12O6

葡萄糖被微生物吸收進(jìn)入體內(nèi)，進(jìn)行好氧或厭氧的分解。

第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天存在于植物細(xì)胞壁內(nèi)，是由多種戊糖或己糖組成的大分子縮聚物，組成中有聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）、聚己糖（半乳糖、甘露糖）己聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）。含量僅次于纖維素。來源：造紙廢水和人造纖維廢水。作用的微生物：能夠分解纖維素的微生物大部分能分解半纖維素。3、半纖維素的分解第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天作用過程：水解半纖維素——→單糖+糖醛酸糖醛酸再進(jìn)行好氧或厭氧分解。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單糖后，才能被微生物吸收分解。第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4、果膠質(zhì)的分解由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷鍵構(gòu)成的直鏈高分子化合物。存在于植物細(xì)胞中。天然的果膠不溶于水，稱為原果膠。來源：造紙、制麻等。作用的微生物：細(xì)菌（如枯草桿菌、多粘芽孢桿菌、）真菌（青霉

第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：水解（原果膠酶）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

半乳糖醛酸第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5、淀粉的分解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(jié)合（分支）而成。廣泛存在于植物種子和果實(shí)中。淀粉也是人類獲取的主要食物來源之一。來源：淀粉廠、酒廠等。作用微生物：細(xì)菌（如枯草桿菌）和霉菌（如青霉、曲霉等）

第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：淀粉糊精麥芽糖葡萄糖

糊精酶麥芽糖苷酶葡萄糖苷酶第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天6、脂肪的分解脂肪是甘油和高級脂肪酸所形成的酯，存在于動(dòng)植物體內(nèi)，是人和動(dòng)物的能量來源，也是許多微生物的碳源和能源。組成脂肪的脂肪酸幾乎都有偶數(shù)個(gè)碳原子。來源：毛紡廠、油脂廠、制革廠等作用微生物：如細(xì)菌中的熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、鐮刀霉及解脂假絲酵母等，某些放線菌和分枝桿菌。第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：

脂肪+3H2O——→甘油+高級脂肪酸

脂肪酶第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天木質(zhì)素在植物體內(nèi)的含量僅次于纖維素和半纖維素。酸、熱水和中性溶劑對它都不起作用，只溶于堿，是植物殘?bào)w中最難分解的組分。來源：以樹木、農(nóng)作物為原料的工業(yè)生產(chǎn)，如造紙、印染等。作用微生物：在自然界中，能降解木質(zhì)素的生物極少。木材的完全降解是真菌、細(xì)菌等微生物共同作用的結(jié)果，其中真菌起主要作用。7、木質(zhì)素的分解第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天8、烴類的分解（1）、烷烴一般過程為逐步氧化生成相應(yīng)的醇、醛和酸，而后經(jīng)β-氧化進(jìn)入三羧酸循環(huán)（TCA），最終分解成CO2

和H2O。第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（2）、烯烴大多數(shù)烯烴比烷烴和芳烴都容易被微生物所利用。微生物對烯烴的代謝主要是產(chǎn)生具有雙鍵的加氧氧化物或環(huán)氧化物，最終形成飽和或不飽和的脂肪酸，然后再經(jīng)β-氧化進(jìn)入三羧酸循環(huán)而被完全分解。（3）、脂環(huán)烴類所有烴類中脂環(huán)烴類對微生物的抵抗力最強(qiáng)。第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)氮素循環(huán)氮素的來源地球沉積物中各種形態(tài)的氮大氣中的氮?dú)馍餁報(bào)w和土壤中的有機(jī)氮第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、氨化作用能夠分解蛋白質(zhì)的微生物很多，細(xì)菌、真菌、放線菌等。

1、蛋白質(zhì)的水解與氨基酸的轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)多肽二肽氨基酸蛋白酶（胞外酶）（胞內(nèi)酶）肽酶定義：有機(jī)氮化物在微生物的分解作用中釋放出氨的過程。第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、核酸的分解能夠分解核酸的微生物很多，細(xì)菌、真菌、放線菌等。

第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天尿素能被許多微生物（尿素細(xì)菌）轉(zhuǎn)化成氨，如尿八聯(lián)球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。

CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O3、其他含氮有機(jī)物的分解—尿素尿酶第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、硝化作用硝化作用：在有氧的條件下，氨經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化成硝酸的過程。

狹義的硝化作用：第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天廣義的硝化作用：硝化作用：在有氧的條件下，所有含氮有機(jī)物或無機(jī)物中的還原態(tài)氮進(jìn)行氧化的過程。

第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天三、反硝化作用狹義的反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽經(jīng)微生物作用被還原為N2的過程。廣義的反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽經(jīng)微生物作用被還原為亞硝酸、次亞硝酸、NO和N2的過程。第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天四、固氮作用空氣中有大量的氮?dú)?，但植物和大多?shù)微生物都不能直接利用它，只有少數(shù)微生物可直接利用。固氮微生物在固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化成氨，進(jìn)而合成有機(jī)氮化合物，稱為固氮作用。固氮微生物Mg2++ATPN2+6[H]2NH3固氮微生物：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻和古細(xì)菌。有機(jī)氮第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、根據(jù)微生物與植物的關(guān)系，可將固氮分為3個(gè)類型：①共生固氮菌：只有與其它生物共生時(shí)才能固氮的微生物，如根瘤菌?；钚允枪痰w系中最高的。②聯(lián)合固氮菌：必須生活在植物根際、葉面或動(dòng)物腸道等處才能固氮的微生物。③自生固氮菌：能獨(dú)立進(jìn)行固氮的微生物，如藍(lán)藻。第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、固氮酶3、影響固氮作用的因素（1）、含氮化合物濃度：高了不利于固氮（2）、O2的含量：高了不利于固氮第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)其它無機(jī)元素的循環(huán)無機(jī)元素循環(huán)與轉(zhuǎn)化的一般途徑：1、無機(jī)物的有機(jī)質(zhì)化—吸收、合成作用2、含無機(jī)元素的有機(jī)物的分解—分解代謝3、無機(jī)物的氧化與還原4、無機(jī)物的溶解與沉淀第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、硫循環(huán)二、磷、錳循環(huán)三、鐵循環(huán)第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天含硫的化合物有：含硫有機(jī)物（如蛋白質(zhì)中的-SH基）；無機(jī)硫化合物；元素硫

一、硫循環(huán)1、含硫有機(jī)物的分解：含硫有機(jī)物如蛋白質(zhì)、含硫氨基酸、磺基化合物等在微生物的分解中，經(jīng)脫硫氫作用生成H2S，進(jìn)行含硫有機(jī)物的無機(jī)質(zhì)化過程。第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、含硫無機(jī)物的分解：硫化氫、單質(zhì)硫或硫化亞鐵等在硫細(xì)菌的作用下進(jìn)行氧化，最后生成硫酸的過程。3、硫酸鹽還原：硫酸鹽在缺氧條件下被還原生成硫化氫的過程。第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、磷循環(huán)磷循環(huán)：不可溶性磷酸鹽中的一部分在微生物作用下能夠被酸類物質(zhì)逐漸溶解，而另有一部分以不溶性形式沉淀下來，離開了循環(huán)。這就是磷循環(huán)是不完全循環(huán)的原因所在。第34頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共37頁，2024年2月25