课件：第二章微生物在环境物质循环中作用.ppt

,第二章 微生物在环境物质循环中作用,主要内容： 主要物质的循环 微生物对有机物的降解过程,第一节 氧循环,大气中的O2（包括水体）,呼吸作用,CO2,光和作用,O2在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方向上的变化。 无论是O2还是CO2 ，除了在大气中的含量以外，它们在水体（海洋）中的含量，也是不可忽视的。 此循环的平衡，具有十分重要的意义，如维持大气中CO2的浓度。,第二节 碳循环,碳素循环,光合作用藻类、绿色植物、蓝细菌,（CH2O）n有机化合物,呼吸作用动植物及微生物,需氧,厌氧,CO2,厌氧呼吸、发酵厌氧微生物，包括光合细菌,有机化合物 （CH2O）n,光合细菌,沉积作用,产甲烷细菌,甲基化合物,甲烷氧化细菌,CH4,下面介绍几种含碳化合物的转化： 一、纤维素的转化 纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，(C6H10O5)n，n=1400-10000 来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。 作用的微生物：细菌、放线菌和真菌。 分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。,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。,纤维素酶所在的部位,细菌的纤维素酶结合在细胞质膜上，是表面酶。 真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可分泌到培养基中。,二 半纤维素的转化,存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。 分解过程 TCA循环 聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素 单糖 + 糖醛酸 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。,三淀粉的转化,1.淀粉的种类 淀粉分为直链淀粉（ 1，4结合） 支链淀粉（ 1，6结合） 2.淀粉的降解途径 途径1.枯草杆菌将淀粉分解为CO2 途径2.根霉和曲霉先将淀粉转化为葡萄糖，接着由酵母菌将葡萄糖发酵为乙醇和CO2 途径3.梭状芽孢杆菌参与发酵 途径4.丁酸梭状芽孢杆菌参与发酵,四 油脂的转化,由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态的称为脂；由不饱和脂肪酸和甘油组成，在常温下呈液态的称为油。 水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂 降解油脂较快的微生物： 细 菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌 丝状菌 放线菌、分支杆菌 真 菌 青霉、乳霉、曲霉 途径：水解+氧化,Lignin 木质素,木质素 空腔 纤维素,五 木质素的转化,木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，,自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？,干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓菌,黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。 白腐树皮上木质素被该菌分解后。,七 石油的转化,什么是石油？ 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。,1石油成分的生物降解性 与分子结构有关,A链长度 链中等长度（C10C24）链很长的（C24以上） B链结构 直链 ? 支链 不饱和 ? 饱和 烷烃 ? 芳烃,链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环芳烃极难降解,2降解石油的微生物,降解石油的微生物很多，据报道有200多种 细 菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌 诺卡氏菌 酵母菌 假丝酵母 霉 菌 青霉属、曲霉属 藻 类 蓝藻和绿藻,3石油的降解机理,A链烷烃的降解 + O2 R-CH2-CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH,B无支链环烷烃的降解 以环己烷为例,通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作用下将污染物 彻底降解共代谢。,C芳香烃,芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。,已知降解不同芳香烃的细菌类别,苯和酚的代谢,苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢,萘的代谢,菲的代谢,蒽的代谢,酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下,第三节 氮循环,二、氮源有机污染物的转化,蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。,（一）蛋白质的转化 水中来源： 生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等,1降解蛋白质的微生物 种类很多 好 氧 细 菌 链球菌和葡萄球菌 好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌 兼 性 厌 氧 菌变形杆菌、假单胞菌 厌 氧 菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌 此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。,2降解机理,N2,CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3,尿酶,2NH3+CO2+H2O,二 尿素的氨化,尿素细菌： 1、球菌：尿素生孢八叠球菌 2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌,尿素细菌的生理特点： 喜好碱性条件。 以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。,三 其它含氮有机物的转化,氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。 危 害：生物毒害 、环境积累 A降解这些物质的微生物 细 菌紫色杆菌、假单胞菌 放线菌诺卡氏菌 真 菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等,B降解机理,a.氰化物 5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3 b.有机腈,担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 甲醛 氨基乙腈 丙氨酸,第四节 硫循环,一、含硫有机物的转化,动、植物和微生物机体中含硫有机物主要是蛋白质。能够分解含氮有机物的都能分解含硫有机物，产生硫化氢。,二、无机硫的转化,1.硫化作用 有氧条件下，通过硫细菌的作用将H2S氧化为元素S，再进而氧化为硫酸。 2.硫化细菌 革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得能量，产生硫酸。 硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水中，不同种类的硫杆菌要求的环境pH不同，氧化硫硫杆菌2.03.5，氧化亚铁硫杆菌2.55.8，排硫杆菌中性和偏碱性,3.硫磺细菌 将H2S氧化为S，并将硫粒积累在细胞内。 丝状硫磺细菌：贝日阿托氏菌 发硫菌 辫硫菌属 亮发菌 透明颤菌属在生活污水和含硫工业废水的生物处理过程中出现。含硫化物较多时，贝日阿托氏菌和发硫菌过度生长引起活性污泥丝状膨胀。 光能自养硫细菌 含细菌叶绿素，在光照下，将H2S氧化为S。,4.反硫化作用 水体处于缺氧状态时，含硫无机盐在微生物的还原作用下形成H2S。 在混凝土排水管和铸铁排水管中，如有硫酸盐存在，管底常因缺氧而产生H2S。 H2S上升到污水表层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇， H2S被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和铸铁管受到腐蚀。,第五节 磷循环,生物体中的含磷有机物有核酸、磷脂、植素。 1.核酸 核酸 核苷酸 核苷磷酸 嘧啶核糖 氨,一、含磷有机物的转化,核酸酶,水解,核苷酸酶,核苷酶,水解,脱氨基,2.磷脂 卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，可被微生物卵磷脂酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱。 胆碱再分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。 3.植素,二、磷酸盐的转化,洗涤剂中的磷酸盐为可溶性的磷酸钠 土壤中的磷酸盐则主要是难溶的磷酸钙 微生物产酸 土壤中的难溶磷酸盐 可溶性磷酸盐 洗涤剂中的可溶性磷酸盐 卵磷脂、核酸、ATP 厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原为PH3。（自燃鬼火） + 8H H3PO4 PH3 4H2O,第六节 铁、锰的循环 所有的生物都需要铁，而且要求溶解性的二价亚铁盐，二价和三价铁的转化受pH和氧化还原电位影响。pH为中性和有氧时，二价铁氧化为三价铁的氢氧化物。无氧时，存在大量二价铁。 二价铁还能被铁细菌氧化为三价铁。在含有机物和铁盐的水管中一般都有铁细菌存在。常因水管中有酸性水而将铁转化为溶解性的二价铁，铁细菌就转化二价铁为三价铁（锈铁）沉积于水管壁上。,趋磁性细菌,趋磁细菌是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒磁小体的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。趋磁细菌细胞内磁小体的主要成分为Fe3O4和Fe3S4。 趋磁性细菌只在水或沉积物的某一个深度繁殖。高于这个位置，氧气过多会令它们无法承受；低于这个位置，氧气又过于稀少。,趋磁细菌的用途,在信息存储中的应用：磁小体具有超微性（纳米级）、均匀性和无毒性，可生产品位高的磁性生物材料，国外已开始了高清晰、高保真的大容量超高密度磁记录材料的开发。 在传感技术中的应用：日本研究人员已成功地将磁小体用于新型生物传感器的研究开发中。将抗体固定在磁小体微粒上，可定性或定量地检测多种蛋白抗原。,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料仅供参考，实际情况实际分析,感谢您的观看和下载,The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field,在医疗卫生上的应用：作为酶、药物或核酸（