微生物在自然界物质循环中的作用课件

主要内容：碳循环氮循环硫循环磷循环主要内容：1第一节

碳循环

第一节碳循环2一、碳循环

自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白质等。碳的循环是以CO2为中心的。

在碳循环过程中，CO2大部分来源于微生物分解有机物，另外，由于CO2同时也参与氧循环，因此，实际上C和O循环是相互关联的。CO2可以成为植物、藻类的碳源。一、碳循环自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白3碳循环碳循环4二、微生物在碳循环中的作用微生物在碳循环中的作用，主要体现在两个方面，一是通过光合作用和化能合成作用来固定CO2，二是通过分解作用再生CO2。含碳有机物的种类极其多样，不同有机物能被不同微生物分解，在自然界中参与有机物分解的主要是细菌、真菌和放线菌。二、微生物在碳循环中的作用微生物在碳循环中的作用，主要体现在5第二节氮循环第二节氮循环6自然界中的氮元素有：分子氮（空气中的N2）、有机氮（蛋白质等）、无机氮（NH4+、NO3-等）。在生物的协同作用下，三种形式的氮互相转化，构成循环。其中，微生物在转化中起着重要作用。

自然界中的氮元素有：分子氮（空气中的N2）、有机氮（蛋白质等7一、氮循环的过程一、氮循环的过程8二、微生物在氮循环中的作用（一）蛋白质水解与氨基酸转化1．蛋白质的水解蛋白质是生物细胞的主要成分，由许多氨基酸连接而成（几—几百万的分子量）。蛋白质的分解，首先也是水解，才能进入微生物细胞内。

蛋白酶蛋白酶蛋白酶肽酶蛋白质—→（月示）

—→胨—→肽—→氨基酸

能够分解蛋白质的微生物很多，细菌、真菌、放线菌等。二、微生物在氮循环中的作用（一）蛋白质水解与氨基酸转化92．氨基酸转化（1）脱氨氨化作用：有机氮化合物在脱氮微生物的作用下脱氨基产生氨。例如：

氨基酸—→不含氮的有机物（酸）+NH3经脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸，在微生物的作用下继续分解。2．氨基酸转化10（2）脱羧氨基酸脱去羧酸基（CO2），产生胺。多由腐败细菌和霉菌引起，二元胺对人有毒。胺是合成细胞成分的重要的起始物，尤其使诸如NAD等辅酶的合成。例如：CH3CHNH2COOH→CH3CH2NH2+CO2(丙氨酸)(乙胺)H2N(CH2)4CHNH2COOH→H2N(CH2)5NH2

(赖氨酸)

(尸胺)（2）脱羧11（二）尿素的氨化人、畜尿中含有尿素，印染工业中的印花浆用尿素作膨化剂和溶剂，故印染废水中含有尿素。尿素能被许多微生物（尿素细菌）转化成氨，如尿八联球菌、尿小球菌、尿素芽孢杆菌等。

尿酶CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O

碳酸铵，很不稳定

（二）尿素的氨化人、畜尿中含有尿素，印染工业中的印花浆用尿素12（三）硝化作用在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用，氨转化成硝酸。（消耗溶解氧）硝化分二步进行：

2NH3+3O2—→2HNO2+2H2O+619KJ

（亚硝酸细菌）

2HNO2+O2—→2HNO3+201KJ

（

硝酸细菌）亚硝酸细菌和硝酸细菌是好氧的，世代时间很长（从十几小时到几天）。（三）硝化作用在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用，13（四）反硝化作用发生反硝化的条件是：硝酸盐存在（提供电子受体）、有机物存在（提供能量）缺氧。反应过程，有三种结果：HNO3——→NH3HNO3——→N2HNO3——→HNO2环境工程最关心的反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气的过程。（四）反硝化作用发生反硝化的条件是：14在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：NO3-→N2反硝化作用的意义：土壤中发生反硝化作用，会降低土壤的肥力；污水生物处理的二沉池中发生反硝化作用，产生的氮气会把池底的沉淀污泥带上浮起，影响出水水质；利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脱氮）。在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：15（五）固氮作用在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化成氨，进而合成有机氮化合物，称为固氮作用。固氮微生物：细菌（根瘤菌、固氮菌等）和蓝藻固氮酶

N2+6e-+6H+nATP——→2NH3+nADP+nPi固氮酶对O2敏感，所以好氧固氮菌在体内形成独特的防护机制，保护固氮酶的活性。（五）固氮作用在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化成氨16微生物在自然界物质循环中的作用课件17一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程二、固氮微生物的种类共生固氮微生物

自生固氮微生物一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程共生固氮微18共生固氮微生物1、概念：是指与一些绿色植物

互利共生的固氮微生物.2、代表生物：根瘤菌（属于细菌）

共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入一种或多种特定种类的豆科植物共生关系：豆科植物为根瘤菌提供有机物，根瘤菌为豆科植物提供氨共生固氮微生物19微生物在自然界物质循环中的作用课件20根瘤与根瘤菌根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。能够将大气中的氮还原为氨供给豆科植物，同时又从豆科植物体中获取有机物。豆科植物开花之前，根瘤菌的固氮能力最强。根瘤是根瘤菌侵入豆科植物根部后不断繁殖，刺激根内薄壁细胞，导致这些细胞强烈的分裂和生长，从而使根部局部膨大形成瘤状突起，即根瘤。根瘤与根瘤菌根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。能够将21自生固氮微生物1、概念：是指在土壤中能够独立

进行固氮的微生物2、代表生物：

圆褐固氮菌（属于细菌）：具有较强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植物生长和果实发育自生固氮微生物1、概念：是指在土壤中能够独立

进行固氮的微生22微生物在自然界物质循环中的作用课件23共生固氮微生物－－根瘤菌自生固氮微生物－－圆褐固氮菌2.只有侵入到特定种类的豆科植物的根内时才具有固氮能力。1.土壤中独立存在时有无固氮能力？根瘤菌豆科植物3.根内＝根细胞内？根内≠根细胞内NH3有机物4.互利共生30％－80％同化作用的方式？5.新陈代谢的类型：异养需氧型异养型2.新陈代谢的类型：异养需氧型3.分泌生长素，促进植物的生长和果实的发育。1.自生≠自养共生固氮微生物自生固氮微生物2.只有侵入到特定种类的24（六）氨的同化作用生物生长需要从外界获得氮素营养，即进行同化作用。植物或微生物的氮元素，可以来自氨化作用产生的氨，也可以是固氮作用产生的氨；另一来源是硝酸盐，自然界的土壤、水体中，均含有硝酸盐，植物、微生物可以此为氮源，它们吸收硝酸盐，在缺氧条件下，由硝酸还原酶作用，进行反硝化作用（亦称为同化硝酸盐还原作用），把硝酸盐还原成氨。植物、微生物等获得氨后，进一步合成菌体蛋白等细胞物质。

（六）氨的同化作用生物生长需要从外界获得氮素营养，即进行同化25第三节

硫循环

第三节硫循环26一、硫循环的过程含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的SH基等），无机硫化合物，元素硫一、硫循环的过程含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的SH基27二、微生物在硫循环过程中的作用微生物参与了硫素循环的各个过程，并起着很重要的作用。

含硫有机物的转化（脱硫作用）生物体内的含硫有机物主要是含硫的蛋白质和氨基酸，如蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等。它们在微生物的作用下被分解脱巯基产生硫化氢。能分解含硫有机物很多，引起含氮有机物分解的微生物都能分解含硫有机物产生硫化氢。二、微生物在硫循环过程中的作用微生物参与了硫素循环的各个过程282.硫化作用硫化作用，也称无机硫的氧化作用，它是在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢转化为元素硫，再进而氧化成硫酸的过程。参与硫化作用的微生物有硫化和硫磺细菌。硫化细菌一般在细胞外积累硫。

硫磺细菌一般将硫粒积累在细胞内（也有在细胞外的）的细菌。

2.硫化作用293.反硫化作用当环境条件处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的作用下，还原成硫化氢，这个过程称为反硫化作用（或称硫酸盐还原作用）。4.同化作用由植物和微生物引起。生物吸收的硫酸盐被转变成还原态的硫化物（也称为同化硫酸盐还原作用），然后再固定到蛋白质等成分中（主要以巯基形式存在）。

3.反硫化作用30第四节

磷循环第四节磷循环31磷是生物体的重要元素

含磷的化合物有：含磷有机物（核酸、磷脂等）无机磷化合物

可溶的不可溶，如Ca3(PO4)2，不能被植物吸收利用

气体（PH3）磷化氢是一种无色、高毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体。该气体比空气重并有类似臭鱼的味道。磷是生物体的重要元素32一、磷的循环过程无机磷可以为植物所吸收利用，在食物链中传递，而一部分则以不溶性形式沉淀下来，离开了循环。这就是磷循环是不完全循环的原因所在。一、磷的循环过程无机磷可以为植物所吸收利用，在食物链中传递，33二、磷循环过程中微生物的作用有机膦的矿化作用许多异养微生物在分解有机碳化物的同时也能分解有机磷化物。包括细菌、放线菌和真菌的一些种类，都能进行有机膦化物的矿化作用。2.难溶性无机磷的转化难溶性的无机磷，如磷酸钙，可以和异养微生物生命活动产生的有机酸和碳酸，硝酸细菌和硫细菌产生的硝酸和硫酸等作用，转变成可溶性磷酸盐。二、磷循环过程中微生物的作用有机膦的矿化作用34磷的同化作用可溶性的无机磷化合物能被微生物同化为有机磷，成为活细胞的组分。在水体中，磷的同化主要是由藻类进行的，并沿食物链传递。磷的同化作用35主要内容：碳循环氮循环硫循环磷循环主要内容：36第一节

碳循环

第一节碳循环37一、碳循环

自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白质等。碳的循环是以CO2为中心的。

在碳循环过程中，CO2大部分来源于微生物分解有机物，另外，由于CO2同时也参与氧循环，因此，实际上C和O循环是相互关联的。CO2可以成为植物、藻类的碳源。一、碳循环自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白38碳循环碳循环39二、微生物在碳循环中的作用微生物在碳循环中的作用，主要体现在两个方面，一是通过光合作用和化能合成作用来固定CO2，二是通过分解作用再生CO2。含碳有机物的种类极其多样，不同有机物能被不同微生物分解，在自然界中参与有机物分解的主要是细菌、真菌和放线菌。二、微生物在碳循环中的作用微生物在碳循环中的作用，主要体现在40第二节氮循环第二节氮循环41自然界中的氮元素有：分子氮（空气中的N2）、有机氮（蛋白质等）、无机氮（NH4+、NO3-等）。在生物的协同作用下，三种形式的氮互相转化，构成循环。其中，微生物在转化中起着重要作用。

自然界中的氮元素有：分子氮（空气中的N2）、有机氮（蛋白质等42一、氮循环的过程一、氮循环的过程43二、微生物在氮循环中的作用（一）蛋白质水解与氨基酸转化1．蛋白质的水解蛋白质是生物细胞的主要成分，由许多氨基酸连接而成（几—几百万的分子量）。蛋白质的分解，首先也是水解，才能进入微生物细胞内。

蛋白酶蛋白酶蛋白酶肽酶蛋白质—→（月示）

—→胨—→肽—→氨基酸

能够分解蛋白质的微生物很多，细菌、真菌、放线菌等。二、微生物在氮循环中的作用（一）蛋白质水解与氨基酸转化442．氨基酸转化（1）脱氨氨化作用：有机氮化合物在脱氮微生物的作用下脱氨基产生氨。例如：

氨基酸—→不含氮的有机物（酸）+NH3经脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸，在微生物的作用下继续分解。2．氨基酸转化45（2）脱羧氨基酸脱去羧酸基（CO2），产生胺。多由腐败细菌和霉菌引起，二元胺对人有毒。胺是合成细胞成分的重要的起始物，尤其使诸如NAD等辅酶的合成。例如：CH3CHNH2COOH→CH3CH2NH2+CO2(丙氨酸)(乙胺)H2N(CH2)4CHNH2COOH→H2N(CH2)5NH2

(赖氨酸)

(尸胺)（2）脱羧46（二）尿素的氨化人、畜尿中含有尿素，印染工业中的印花浆用尿素作膨化剂和溶剂，故印染废水中含有尿素。尿素能被许多微生物（尿素细菌）转化成氨，如尿八联球菌、尿小球菌、尿素芽孢杆菌等。

尿酶CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O

碳酸铵，很不稳定

（二）尿素的氨化人、畜尿中含有尿素，印染工业中的印花浆用尿素47（三）硝化作用在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用，氨转化成硝酸。（消耗溶解氧）硝化分二步进行：

2NH3+3O2—→2HNO2+2H2O+619KJ

（亚硝酸细菌）

2HNO2+O2—→2HNO3+201KJ

（

硝酸细菌）亚硝酸细菌和硝酸细菌是好氧的，世代时间很长（从十几小时到几天）。（三）硝化作用在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用，48（四）反硝化作用发生反硝化的条件是：硝酸盐存在（提供电子受体）、有机物存在（提供能量）缺氧。反应过程，有三种结果：HNO3——→NH3HNO3——→N2HNO3——→HNO2环境工程最关心的反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气的过程。（四）反硝化作用发生反硝化的条件是：49在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：NO3-→N2反硝化作用的意义：土壤中发生反硝化作用，会降低土壤的肥力；污水生物处理的二沉池中发生反硝化作用，产生的氮气会把池底的沉淀污泥带上浮起，影响出水水质；利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脱氮）。在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：50（五）固氮作用在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化成氨，进而合成有机氮化合物，称为固氮作用。固氮微生物：细菌（根瘤菌、固氮菌等）和蓝藻固氮酶

N2+6e-+6H+nATP——→2NH3+nADP+nPi固氮酶对O2敏感，所以好氧固氮菌在体内形成独特的防护机制，保护固氮酶的活性。（五）固氮作用在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化成氨51微生物在自然界物质循环中的作用课件52一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程二、固氮微生物的种类共生固氮微生物

自生固氮微生物一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程共生固氮微53共生固氮微生物1、概念：是指与一些绿色植物

互利共生的固氮微生物.2、代表生物：根瘤菌（属于细菌）

共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入一种或多种特定种类的豆科植物共生关系：豆科植物为根瘤菌提供有机物，根瘤菌为豆科植物提供氨共生固氮微生物54微生物在自然界物质循环中的作用课件55根瘤与根瘤菌根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。能够将大气中的氮还原为氨供给豆科植物，同时又从豆科植物体中获取有机物。豆科植物开花之前，根瘤菌的固氮能力最强。根瘤是根瘤菌侵入豆科植物根部后不断繁殖，刺激根内薄壁细胞，导致这些细胞强烈的分裂和生长，从而使根部局部膨大形成瘤状突起，即根瘤。根瘤与根瘤菌根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。能够将56自生固氮微生物1、概念：是指在土壤中能够独立

进行固氮的微生物2、代表生物：

圆褐固氮菌（属于细菌）：具有较强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植物生长和果实发育自生固氮微生物1、概念：是指在土壤中能够独立

进行固氮的微生57微生物在自然界物质循环中的作用课件58共生固氮微生物－－根瘤菌自生固氮微生物－－圆褐固氮菌2.只有侵入到特定种类的豆科植物的根内时才具有固氮能力。1.土壤中独立存在时有无固氮能力？根瘤菌豆科植物3.根内＝根细胞内？根内≠根细胞内NH3有机物4.互利共生30％－80％同化作用的方式？5.新陈代谢的类型：异养需氧型异养型2.新陈代谢的类型：异养需氧型3.分泌生长素，促进植物的生长和果实的发育。1.自生≠自养共生固氮微生物自生固氮微生物2.只有侵入到特定种类的59（六）氨的同化作用生物生长需要从外界获得氮素营养，即进行同化作用。植物或微生物的氮元素，可以来自氨化作用产生的氨，也可以是固氮作用产生的氨；另一来源是硝酸盐，自然界的土壤、水体中，均含有硝酸盐，植物、微生物可以此为氮源，它们吸收硝酸盐，在缺氧条件下，由硝酸还原酶作用，进行反硝化作用（亦称为同化硝酸盐还原作用），把硝酸盐还原成氨。植物、微生物等获得氨后，进一步合成菌体蛋白等细胞物质。

（六）氨的同化作用生物生长需要从外界获得氮素营养，即进行同化60第三节

硫循环

第三节硫循环61一、硫循环的过程含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的SH基等），无机硫化合物，元素硫一、硫循环的过程含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的SH基62二、微生物在硫循环过程中的作用微生物参与了硫素循环的各个过程，并起着很重要的作用。

含硫有机物的转化（脱硫作用）生物体内的含硫有机物主要是含硫的蛋白质和氨基酸，如蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等。它们在