微生物在环境物质循环中作用.ppt

1、第八章 微生物在环境物质循环中作用,包括天然物质循环和污染物质的循环，其实从本质上看，并没有太大的区别，但是，污染物质的进入，会影响原有的物质循环的某些环节。 各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等。 推动物质进行循环的作用包括物理、化学和生物的作用，其中生物起到了主导的作用，而微生物在这当中又占了极重要的地位。,第一节 碳循环,碳在陆地和水生境的循环,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CO光合作用，又参与再生CO的分解作用。 1、光合作用：参与光合作用的微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细菌，它们通过光合作用，将大气中和水体中的CO合成为有机碳化物。

2、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、分解作用：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CO ；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CO。,一 、 碳水化合物的转化,单糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖 多糖：淀粉、纤维素、半纤维素,难溶的多糖，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。这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。,提问：哪些糖类会成为污染物？,1纤维素的转化 葡萄糖高

3、聚物，每个纤维素分子含140010000个葡萄糖基（-1，4糖苷键）。 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。,纤维素的分子结构,（1）微生物分解途径,（2）分解纤维素的微生物,好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。 放 线 菌链霉菌属。 真 菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。,2半纤维素的转化,存在于植物细胞壁中。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。 分解过程 好氧分解 EMPTCA 聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素 单糖 + 糖醛酸

4、H2O 各种发酵产物 厌氧分解 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。 许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。,二、 脂肪的转化,脂肪是甘油和高级脂肪酸所形成的脂，存在于动植物体内，是人和动物的能量来源，也是许多微生物的碳源和能源。,饱和脂肪酸 + 甘油 在常温下为固态，称为脂 不饱和脂肪酸 + 甘油 在常温下为液态，称为油 来源：毛纺厂、油脂厂、制革厂等 作用微生物：脂肪是比较稳定的化合物，但仍有微生物可以降解它。如细菌中的荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、镰刀霉及解脂假丝酵母等，某些放线菌和分枝杆菌。,磷

5、酸二羟丙酮,丙酮酸，进入TCA循环,第三节 氮循环,自然界中的氮元素有： 分子氮（空气中的N2） 有机氮（氨基酸、蛋白质、核酸等） 无机氮（NH4+、NO3-等）,氮素循环包括： 固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用,氮循环,工业固氮,高能固氮,生物固氮,有机氮合成,氨化作用,硝化作用,反硝化作用,O2不足,硝化细菌,反硝化细菌,亚硝酸盐,1、生物固氮-大气中的N2通过某些原核微生物的固氮作用合成为化合态氮。 2、硝化作用-土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。,3、氨化作用-有机氮经微生物的氨化作用释放出氨。,4、反硝化作用-硝酸和亚硝酸又可在无氧条件下经微生物的反

6、硝化作用，最终变成N2或N2O，返回至大气中。,一、生物固氮作用,什么叫做生物固氮？,固氮微生物将大气中的N2还原为NH3的过程。,固氮微生物有哪些种类？,e-,+,H+,ATP,ADP+Pi,固氮酶,NH3,固氮过程：,N2,蓝细菌细胞的特化形式： （1）静息孢子：壁厚，休眠细胞，富含储藏物，抗不良环境 （2）异形孢：固氮,二、蛋白质的转化,1.蛋白质的氨化,氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（NH3、NH4+）,（1）蛋白质初步水解成氨基酸,（2）氨基酸脱氨基产生氨,水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）,氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）,还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）,氨化细菌：参与氨化作

7、用的细菌。 好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌。,问题：参加的有哪些微生物呢？,三、硝化作用,1. 硝化作用概念 在有氧气时，微生物将氨氧化为硝酸的作用,2. 参加硝化作用的微生物,两类细菌相伴而生，作用相连。,硝化细菌的特性： （1）革兰氏阴性菌，不生芽孢 ，球状或短杆状 （2）强好氧性 ，中温性（最适30，5-40 范围活动） （3）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。,问题：硝化细菌有哪些特性？,3. 硝化作用的过程,（1）亚硝酸形成阶段,亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属 亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属,（2） 硝

8、酸形成阶段,硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属,HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。 HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。,4. 硝化作用进行的条件,O2 NH3 碱性物质（如NaHCO3，中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在,蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4,四、反硝化作用,概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被 反硝化细菌还原成NO2-、 NO、N2O、N2 的过程。,1. 反硝化过程,反硝化细菌（硝酸还原菌和亚硝酸还原菌）,2. 反硝化作用的微生物,反硝化细菌：进行反硝化作用的微生物。50多属。 兼性厌氧菌。,反硝化细菌的部分属群,3. 反

9、硝化作用发生的条件,NO3- 有机物质存在 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，而对同化作用中的同化型硝酸盐还原酶不发生影响） 最适pH中性或微碱性 中温型25,有机硫化物,硫酸盐,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的还原作用,一、分解作用（含硫有机物的分解）： 动、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、H2S等）的过程称为分解作用。 微生物：氨化微生物,第四节 硫循环,有机硫化物,硫酸盐,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫的氧化作用

10、,无机硫的氧化作用,无机硫的还原作用,二、同化作用 微生物利用硫酸盐和H2S ，组成本身细胞物质的过程称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源的种类。仅少数微生物同化H2S 。,三、无机硫的氧化作用 无机硫的氧化作用是微生物氧化H2S 、元素或FeS等生成硫酸盐的过程。主要是硫细菌。 硫细菌有两大类： 1、无色的化能营养型： 硫杆菌，自养型，不生芽孢，短杆，多以端生鞭毛运动； 丝状硫磺细菌，自养型。 2、有色的光能营养型 紫硫菌和绿硫菌,有机硫化物,硫酸盐,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的还原作用,四、无机硫的还原作用 (硫酸盐还原或反硫化作用) 无机硫化物的还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成H2S的过程。参与此过程的微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）,有机硫化物,硫酸盐,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的还原作用,三种基本过程：有机磷转化成溶解性无机磷(有机磷矿化)，溶解性无机磷变成有机磷(磷的同化) ,不溶性无机磷变成溶解性无机磷(磷的有效化). 微生物参与磷循环