微生物在氮循环中的作用.doc

1998 年 10 月第 4 期松辽学刊 (自然科学版)So ngliao Jo ur nal ( Nat ural Science Editio n)14Oct .微生物在氮循环中的作用李霞(四平师范学院四平136000)摘要 本文报道了微生物在氮循环中的作用 ,论述微生物的硝化作用和反硝化作用 ,介绍了硝化作用的机理 1关键词微生物 硝化作用 反硝化作用微生物在自然界中大量存在 ,广泛分布 1 它们当中有能将无机物转变成有机物 ,而有些却能分解有机物成无机物 1 自然界中正因为有微生物的存在而保持了物质的平衡 ,其 中微生物的硝化作用和反硝化作用 ,在自然界氮循环中起着重要作用 1反硝化作用凡能直接引起硝酸还原为 N2 的细菌称为反硝化细菌 1 反硝化作用是指在土壤中 , 由于微生物的作用 ,使硝酸还原为分子态氮的过程 1 反硝化细菌的种类很多 ,重要的有 , 脱氮微球菌 ( Microco ccus denit rificans) 、脱氮假单胞菌 ( Pscudo mo nas denitificans) 、脱氮色杆菌 ( Chro mo bacterium denit rificans) 、紫色色杆菌 ( Chro mo bacterium violaceun) 、荧光假单 胞菌 ( Pseudo mo ns fluo rescens) 、伊氏螺菌 ( Spirillum Herso nii) 等 1 这些菌在有氧情况下 ,进1行有氧呼吸 ,以氧为最终电子受体 ,没有反硝化作用 1 但在缺氧条件下 ,则可以 No2 为最3终电子受体 ,并能将 No2 还原为 No2 、最终还原为 N ,使土壤中的氮素遭受到损失 1 所以322说 ,反硝化细菌属于兼性厌氧微生物类群 ,在有氧和无氧条件下均能生长 ,这是由于在菌内 ,具两套酶系统 ,在不同的外界条件下 ,不同的酶系统发挥作用的结果 1反硝化作用是造成土壤中氮素流失的重要原因之一 1 在通气情况不好时 ,反硝化作 用旺盛 ,大量的硝酸盐被还原为游离的氮气挥发至空中 ,并且在还原过程中形成 N2 O 会污染大气 1 因此需要设法防止反硝化作用 1 但是从自然界氮循环上来说 ,它又是不可缺少的一环 ,如果没有反硝化作用 ,大气中氮气就会减少 ,而 NO2 大量溶于水 ,随水流失 ,造3成在海洋中的积累 ,从而使氮循环中断 ,这样的后果将是难以想象的 1硝化作用2211硝化作用的含义在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下 ,氨被氧化成硝酸的过程称为细菌的硝化作用 1至今仍未发现有一类菌能直接把氨转化为硝酸 ,而是必须通过两类菌的共同作用 ,才能完收稿日期 :1997 - 12 - 15亚硝酸细菌第一阶段 ,在亚硝化细菌的作用下 , 氨被氧化成亚硝酸 , 即 2N H3 + 3O23 HNO2 + 3 H2 O 这类茵的形态多样 ,包括有亚硝化单胞菌属 ( Nit ro so mo no s) ,亚硝化球菌属 ( Nit ro sococcus) ,亚硝化螺菌属 ( Nit ro so spira) ,亚硝化叶菌属 ( Nit ro soLo bus) 等等 1第二阶段 ,在硝化细菌作用下 ,亚硝酸被氧化为硝酸 ,即硝化细菌3 HNO2 + O23 HNO3这类菌的形态也多样 ,包括有硝化杆菌属 ( Nit ro bacter) ,硝化球菌属 ( Nit rococcus) ,硝化囊菌属 ( Nit rocystis) 等等 1在土壤中亚硝化细菌和硝化细菌常常相伴生长 1 前者的代谢产物亚硝酸 ,是后者生 长所必需的营养物质 1 我们知道 ,亚硝酸对生物是有害的 ,亚硝酸与一些金属离子可形成亚硝酸盐 ,而亚硝酸盐又可和胺类物质形成具有强烈致癌作用的亚硝胺 1 相反 ,亚硝酸转变成硝酸后 ,在土壤中极易形成硝酸盐 ,而成为可被植物利用的营养物质 1 科学家们发 现 ,土壤中一般没有亚硝酸的积累 ,那是因为在通常情况下 ,硝化细菌的活性比较强的缘 故 1212 亚硝化细菌和硝化细菌的特点两类菌虽然形态多样 ,但均属革兰氏染色阴性菌 ,在它们生长周期中均不形成芽孢 1 它们分布虽广 ,但生长缓慢 ,平均繁殖一代需 10 小时以上 1 这些菌的细胞菌结构较复杂 , 大多数均有复杂的膜内褶结构 (即细胞膜向细胞质内陷形成片层状 ,囊泡状或管状结构) 1 有人认为 ,这种结构可能起着增大膜面积 、增多呼吸活性中心的作用 1因为这两类菌的生长均严格需氧 ,无氧则不能生活 ,故称为好气性微生物 1 又因为它 们在生长过程中不需要有机物 ,只需无机物 (如氨或亚硝酸) 和 CO2 ,通过氧化无机物获得 能量 ,以同化 CO2 构成细胞物质 ,所以它们均属于化能自氧菌 1213 硝化作用的机理自从 1890 年俄国微生物学家维诺格拉斯基发现了硝化细菌以来 ,人们对硝化作用进 行了不断的研究 1 关于它的作用机理简述如下 :21311 细菌的硝化作用存在中间体在亚硝化细菌的作用下 ,氨转变为亚硝酸的氧化过程中 ,氮原子价从23 变至 + 3 ,电 子的移动达 6 个 ,故必然会有中间产物 ,但中间产物究竟有几个 ,现仍不大清楚 1 现已证 明 ,其中一种中间体是羟胺 ( N H2 O H) ,认为由羟胺进一步氧化成亚硝酸必需经过两个阶 段 ,即羟胺脱氢形成像硝酰 ( NO H) 那样的氧化态中间体 ,然后在酶的作用下由硝酰转变成亚硝酸 1 而亚硝酸在硝化细菌的作用下可直接氧化成 NO2 1321312细菌获得能量的方式我们知道 ,生物体的全部生命过程必需耗费能量 1 任何一种生物其能量的直接来源 ,均 是营养物质在生物体内的氧化 ,它们氧化所得来的能量大部分均用来产生 ATP ,并以 TAP水解时所失去的一个高能磷的链提供的能量的进行生命活动 1 那么这些菌的 ATP 是如何 形成的 ? 一般生物体中 ATP 的产生 ,概括地说 ,代谢物在氧化过程中脱下的氢 (3 H 3 H + 2e2) 进入呼吸链 ,通过一系列呼吸链传递体 ,最后把质子和电子传递(下转第 36 页)此较大的提高了测量精度 , 可达 10 24 1度的因素 , 而且硅光电池只做比较平衡 , 因参考文献1 张国玉 ,李凤春 1 杂光测试装置的研究及改进 1 光学技术 ,1994 ,108 :21272 刘迎春编著 1 传感器原理设计与应用 1 长沙 :国防科技大学出版社 119893 高伯龙 1D F 透反仪 1 激光科技 ,1980 ,20 :124APP RICATIO N OF D IFFERENTIAL CIRCUITIN TESTING VEIL ING GL AREDon g Zha n w en( Siping No r mal College Siping 136000)Abstract The veiling glare of an op tical system is t he majo r specificatio n fo r opp rasing it simaging qualit y. Black - spot met ho d fo r testing t he veiling glare is a currently co mo n - used technique. In t he let ter ,t he met ho d is p ut fo rwerd t hat is t he met ho d of co mparing t he t wo beams f ro m a same so urce of light ,using a bridge diff rential circuit . It is p roved t hat t he test2ing p recisio n is as high as 1024 by t he calculatio n and experiment s.Key wordsveiling glareblack - spot mot ho ddiff rential circuit(上接第 31 页) 给分子氧 ,与其结合成水 ,如果代谢物脱下的氢是从头到尾通过了一个完整的呼吸链 ,就会产生 3 个 ATP ,因为整个呼吸链中有三个部位与 ADP 的磷酸化相偶联 1参考文献1 林婉莲等 1 四种浮游生物的碎硝形成过程 1 全国海洋湖泊生态学述讨论会论文汇编 11983 ,153154THE ROL E OF MICROBIC IN THE CIRCL E OF NIFRO GENL i X i a( Siping No r mal College ,Siping ,136000)Ab