微生物在环境物质循环中作用

1、微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中具有非常重要的作用，它们既参与固定微生物在碳素循环中具有非常重要的作用，它们既参与固定COCO光合光合作用，又参与再生作用，又参与再生COCO的分解作用。的分解作用。1 1、光合作用：、光合作用：参与光合作用的微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细参与光合作用的微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细菌，它们通过光合作用，将大气中和水体中的菌，它们通过光合作用，将大气中和水体中的COCO合成为有机碳化物。合成为有机碳化物。特别是在大多数水生环境中，主要的光合生物是微生物，在有氧区域特别是在大多数水生环境中，主要的光合生物是微生物，在有氧区域以

2、蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。以蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。2 2、分解作用：、分解作用：自然界有机碳化物的分解，主要是微生物的作用。自然界有机碳化物的分解，主要是微生物的作用。陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被彻底氧化为陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被彻底氧化为COCO ；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氢在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氢和和COCO。一一 、 碳水化合物的转化碳水化合物的转化单糖：葡萄糖单糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖 多糖

3、：淀粉、纤维素、半纤维素多糖：淀粉、纤维素、半纤维素难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多糖主这类多糖主要是要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？-1,4-糖苷键糖苷键 纤纤维维素素酶酶 纤纤维维二二糖糖酶酶 纤纤维维素素 纤纤维维二二糖糖 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 丙丙酮酮丁丁醇醇发发酵酵 丙丙酮酮

4、+ 丁丁醇醇 + CO2 + H2 厌厌氧氧发发酵酵 丁丁酸酸发发酵酵 丁丁酸酸 + 乙乙酸酸 + CO2 + H2 三三羧羧酸酸 循循 环环 厌厌氧氧发发酵酵 二、二、 脂肪的转化脂肪的转化脂肪脂肪脂肪酶脂肪酶甘油甘油脂肪酸脂肪酸简单的酸简单的酸+CO2+H2OCO2+H2O 氮素循环包括：氮素循环包括：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、反硝化作用工业工业固氮固氮高能高能固氮固氮生物生物固氮固氮亚硝亚硝酸盐酸盐蓝细菌细胞的特化形式：蓝细菌细胞的特化形式：（1 1）静息孢子：）静息孢子：壁厚，休眠细胞，富含储藏物，抗不良环境壁厚，休眠细胞，富含储藏物，抗不良

5、环境 （2 2）异形孢：）异形孢：固氮固氮静息孢子静息孢子异形孢异形孢营养细胞营养细胞R-CH-COOHNH2R代表不同的基团代表不同的基团氨基酸氨基酸1.1.蛋白质的氨化蛋白质的氨化氨化作用氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（NH3、NH4+） 肽肽蛋白酶蛋白酶 水解水解肽酶肽酶 水解水解蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸（1 1）蛋白质初步水解成氨基酸）蛋白质初步水解成氨基酸（2 2）氨基酸脱氨基产生氨）氨基酸脱氨基产生氨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氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+OCOOH+O2 2RCOOH+CORCOOH+CO2 2+NH+NH3 3还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH2 2COOH+NHCOOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH3 3+CO+CO2 2+NH+NH3 3氨化细菌：参与氨化作用的细菌。

7、氨化细菌：参与氨化作用的细菌。 好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐败梭菌厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌。兼性菌：变形杆菌。问题：参加的有哪些微生物呢？问题：参加的有哪些微生物呢？1. 1. 硝化作用概念硝化作用概念 在有在有氧气氧气时，微生物将时，微生物将氨氨氧化为氧化为硝酸硝酸的作用的作用2. 2. 参加硝化作用的微生物参加硝化作用的微生物 硝化细菌硝化细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌硝酸细菌硝酸细菌两类细菌相伴而生，作用相连。两类细菌相伴而生，作用相连。硝化细菌的特性：硝化细菌的特性： （1）革兰氏阴性菌，不生芽孢）革兰氏阴性菌，不生芽孢 ，球状或短杆状，球状

8、或短杆状（2）强好氧性）强好氧性 ，中温性（最适，中温性（最适30，5-40 范围活动）范围活动）（3）中性或碱性环境。不能在强酸环境生活。）中性或碱性环境。不能在强酸环境生活。 （4）对毒物敏感。很少的锰对其有毒害。）对毒物敏感。很少的锰对其有毒害。问题：问题：硝化细菌有哪些特性？硝化细菌有哪些特性？3. 3. 硝化作用的过程硝化作用的过程（1 1）亚硝酸形成阶段）亚硝酸形成阶段2 2NHNH3 3 + 3O + 3O2 2亚硝酸细菌亚硝酸细菌2 2HNOHNO2 2 + 2H+ 2H2 2O + ATPO + ATP亚硝酸细菌亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球

9、菌属 亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属（2 2） 硝酸形成阶段硝酸形成阶段2HNO2HNO2 2 + O + O2 2硝酸细菌硝酸细菌2HNO2HNO3 3 + ATP + ATP硝酸细菌硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属HNOHNO2 2毒性很强，累积起来对植物有毒害。毒性很强，累积起来对植物有毒害。 HNOHNO3 3是植物吸收利用的有效氮素养料。是植物吸收利用的有效氮素养料。4. 硝化作用进行的条件硝化作用进行的条件O2 NH3 碱性物质（如碱性物质（如NaHCO3，中和产生的亚硝酸和硝酸）中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有

10、机物存在不需有机物存在蛋白质最终被氧化成：蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4概念：概念：硝酸盐硝酸盐在通气不良环境中在通气不良环境中（缺氧）（缺氧），被，被 反硝化细菌还原成反硝化细菌还原成NONO2 2- -、 NONO、N N2 2O O、N N2 2 的过程。的过程。 1. 1. 反硝化过程反硝化过程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反硝化细菌（硝酸

11、还原菌和亚反硝化细菌（硝酸还原菌和亚硝酸还原菌）硝酸还原菌）2. 2. 反硝化作用的微生物反硝化作用的微生物反硝化细菌反硝化细菌：进行反硝化作用的微生物。：进行反硝化作用的微生物。5050多属。多属。 兼性厌氧菌兼性厌氧菌。反硝化细菌的部分属群反硝化细菌的部分属群3. 反硝化作用发生的条件反硝化作用发生的条件NO3- 有机物质存在有机物质存在 氧气氧气 0.5 mg/L（O2的存在主要是抑制了呼吸作用中的异化性硝酸盐还原酶的合成，的存在主要是抑制了呼吸作用中的异化性硝酸盐还原酶的合成，而对同化作用中的同化型硝酸盐还原酶不发生影响）而对同化作用中的同化型硝酸盐还原酶不发生影响）最适最适pH中性或

12、微碱性中性或微碱性中温型中温型25有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐H H2 2S S元素元素同化作用同化作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧无机硫的氧化作用化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用一、分解作用（含硫有一、分解作用（含硫有机物的分解）：机物的分解）：动、植物和微生物尸体动、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微中的有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫生物降解成无机物（硫酸盐、酸盐、H H2 2S S等）的过程称等）的过程称为分解作用。为分解作用。微生物：氨化微生物微生物：氨化微生物有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐H H2 2S S元素元素分解作用分解作用分解

13、作用分解作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧无机硫的氧化作用化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用二、同化作用二、同化作用微生物利用硫酸盐和微生物利用硫酸盐和H H2 2S S ，组成本身细胞物质的过程组成本身细胞物质的过程称为同化作用，细菌、放称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源的种类。硫酸盐作为硫源的种类。仅少数微生物同化仅少数微生物同化H H2 2S S 。三、无机硫的氧化作用三、无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用是微生物氧无机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盐的过程。主要是硫

14、细菌。酸盐的过程。主要是硫细菌。硫细菌有两大类：硫细菌有两大类：1 1、无色的化能营养型：、无色的化能营养型：硫杆菌，自养型，不生芽孢，硫杆菌，自养型，不生芽孢，短杆，多以端生鞭毛运动；短杆，多以端生鞭毛运动；丝状硫磺细菌丝状硫磺细菌，自养型。，自养型。2 2、有色的光能营养型、有色的光能营养型紫硫菌和绿硫菌紫硫菌和绿硫菌有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐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无机硫的还原作用无机硫的还原作用四、无机硫的还原作用四、无机硫的还原作用( (硫酸盐还原或反硫化作用硫酸盐还原或反硫化作用) )无机硫化物的还原作用是在无

15、机硫化物的还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成还原成H H2 2S S的过程。参与此过的过程。参与此过程的微生物是硫酸盐还原细程的微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）状菌属） 有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐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无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧无机硫的氧化作用化作用生物有机磷生物有机磷不溶性磷酸盐不溶性磷酸盐磷酸或可溶性磷酸或可溶性磷酸盐磷酸盐与 土 壤 中与 土 壤 中的 盐 基 结的 盐 基 结合合产酸微生物的产酸微生物的作用或磷肥的作用或磷肥的生产生产植物与微生物植物与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图图 微生物在自然界中磷元素的循环作用微生物在自然界中磷元素的循环作用三种基本过程三种基本过程：有有机磷转化成溶解性机磷转化成溶解性无机磷无机磷( (有机磷矿有机磷矿化化) )，溶解性无机溶解性无机磷变成有机磷磷变成有机磷( (磷的磷的同化同化) ,) ,不溶性无不溶性无机磷变成溶解性无机磷变成溶解性无机磷机磷(