微生物在环境物质循环中的作用.ppt

第二章微生物在环境物质循环中的作用 第一节氧循环第二节碳循环第三节氮循环第四节硫循环第五节磷循环 第一节氧循环 大气中氧含量丰富 占空气21 人和动物呼吸 微生物分解有机物都需要氧 人 动物和微生物呼吸 植物及藻类光合作用 第二节碳循环 主要含碳的物质 二氧化碳 碳水化合物 脂肪 蛋白质等 有机体和大气之间的碳循环绿色植物从空气中获得二氧化碳 经过光合作用转化为葡萄糖 再综合成为植物体的碳化合物 经过的传递 成为动物体的碳化合物 植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气 另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存 动 植物死后 残体中的碳 通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气 大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年 一 纤维素的转化 纤维素 纤维二糖 葡萄糖 纤维素酶 纤维二糖酶 厌氧发酵 葡萄糖 TCA 丙酮丁醇发酵 丙酮 丁酸发酵 丁酸 能够分解纤维素的微生物很多 既有好氧性微生物 也有厌氧性微生物 既有细菌 也有放线菌和真菌 1 好氧性纤维素分解细菌 食纤维菌属和生孢食纤维菌属是土壤中常见的好氧性纤维素分解细菌 多囊菌属 镰状纤维菌属与纤维弧菌属 2 许多放线菌能够分解纤维素 土壤放线菌有2 0 4 4 能分解纤维素 其中包括白色链霉菌 灰色链霉菌 红色链霉菌等 放线菌的纤维素分解能力较弱 不及细菌和真菌 3 许多真菌具有很强的纤维素分解能力 其中主要有木霉 镰刀霉 青霉 曲霉 毛霉 葡萄孢霉等属的一些种 在森林的枯枝落叶中 占优势的纤维素分解菌是担子菌 在潮湿土壤中 真菌也是纤维素分解的优势菌群 4 厌氧性纤维素分解微生物主要是芽孢梭菌属的一些种 如奥氏梭菌 另外还有一些与奥氏梭菌区别很小的嗜热性种 如热纤梭菌 溶解梭菌等 二 半纤维素的转化 植物细胞壁构成纤维素小纤维间的间质凝胶的多糖群中除去果胶质以外的物质 是构成初生壁的主要成分 半纤维素 聚糖酶 水 单糖 糖醛酸 厌氧分解 好氧分解 各种发酵产物 EMP TCA 三 果胶质的转化 果胶质是构成高等植物细胞质的物质并使相邻近的细胞壁相连 天然的果胶质又称为原果胶 天然果胶质的主要组成是由D 半乳糖醛酸以d 1 4糖苷键相连形成的直链高分子化合物 其中大部分羧基已形成甲基酯 而不含甲基酯的称为果胶酸 四 淀粉的转化 在淀粉厂废水 酒厂废水 印染废水 抗生素发酵废水及生活污水中都含有淀粉 淀粉的分类 1 直链淀粉 由葡萄糖分子脱水缩合 以 D 1 4葡萄糖苷键组成不分支的链状结构 2 支链淀粉 由葡萄糖分子脱水缩合 除 1 4结合以外 还有 1 6结合 构成分支的链状结构 淀粉的降解途径 1 在有氧的条件下 淀粉水解成葡萄糖 进而酵解成丙酮酸 进入TCA循环 最终氧化成水和二氧化碳 2 在厌氧条件下 水解生成的葡萄糖 酵母菌进行发酵 最终转化为乙醇和二氧化碳 3 在专性厌氧菌作用下 厌氧发酵 最终转化为丙酮 丁酸和二氧化碳等 降解淀粉的微生物 好氧菌 枯草芽孢杆菌和根霉 曲霉 厌氧菌 丙酮丁醇梭状芽孢杆菌和丁醇梭状芽孢杆菌 五 脂肪的转化 脂肪是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油酯 其中甘油的分子比较简单 而脂肪酸的种类和长短却不相同 因此脂肪的性质和特点主要取决于脂肪酸 不同食物中的脂肪所含有的脂肪酸种类和含量不一样 自然界有40多种脂肪酸 因此可形成多种脂肪酸甘油三酯 脂肪酸一般由4个到24个碳原子组成 脂肪在脂肪酶的作用下分解成甘油和高级脂肪酸 甘油的转化 脂肪酸的 氧化 奇数碳原子的脂肪酸 氧化 产物除了乙酰辅酶A外 还有丙酸 能量的计算 18C硬脂酸完全氧化可产生大量能量 1mol硬脂酰辅酶A每经一次 氧化作用 产生1mol乙酰辅酶A 1molFADH2 以及1molNADH2 1moL乙酰辅酶A经TCA循环氧化产生12molATP1moLFADH2经呼吸链氧化产生2molATP1moLNADH2经呼吸链氧化产生3molATP开始激活硬脂酸消耗 1molATP 16molATP 总的ATP 16 17 7 12 147molATP 六 木质素的转化 木质素是由四种醇单体 对香豆醇 松柏醇 5 羟基松柏醇 芥子醇 形成的一种复杂酚类聚合物 木质素是构成植物细胞壁的成分之一 具有使细胞相连的作用 在自然界中 木质素的储量仅次于纤维素 而且每年都以500亿吨的速度再生 制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1 4亿吨纤维素 同时得到5000万吨左右的木质素副产品 但迄今为止 超过95 的木质素仍以 黑液 直接排入江河或浓缩后烧掉 很少得到有效利用 分解木质素的微生物主要是担子菌纲中的干朽菌 多空菌 伞菌等 厚孢毛霉和松栓菌 假单胞菌 有氧条件下分解木质素比厌氧条件下快 真菌分解木质素比细菌快 七 烃类物质的转化 1 烷烃的转化 烷烃的通式 可被微生物氧化 氧化1mol甲烷需要2mol氧气 形成1mol二氧化碳 但是由于有一部分甲烷要参与组成细胞物质 氧化烷烃的微生物有甲烷假单胞菌 分枝杆菌