硫化氢和硫酸盐还原.ppt

第七章微生物与物质循环一 碳循环二 氮循环三 硫循环四 铁循环 一 碳循环1 碳循环 1 光合作用在碳循环中的重要性光合生物 碳循环的基础高等植物 陆地环境中的主要光合生物光合生物微生物 水体环境中最丰富的光合生物 2 分解作用产甲烷细菌CH4CO2光合作用固定的C各种化能异养菌CO2 甲烷利用菌 Thecarboncycle 2 产甲烷菌与共生菌 Syntrophy 1 厌氧分解 种间氢传递 共生菌大分子物质甲烷 2 共生菌的产能分解脂肪酸产H2的共生菌的产能机制不清楚 有可能是通过生成乙酰辅酶A 3 产甲烷菌的生境在地球上相当普遍存在 4 海洋中的产甲烷菌由于海洋中大量的硫酸盐的存在 产甲烷菌与硫酸盐还原菌存在着对H2和CH3COO 的竞争 产甲烷菌远远处于弱势 产甲烷基质主要是三甲胺 多种原核生物共同作用 5 产甲烷细菌与共生菌及其他菌的关系初级发酵 厌氧发酵的微生物 产甲烷菌同型乙酸菌硫酸盐还原菌氧化脂肪酸产H2的菌 H2 CO2CH3COO H2 CH3COO H2 CO2 H2 CO2 H2 CO2 H2 CH3COO CH3COO CH3COO CH3COO 共生菌 3 瘤胃的微生物生态 1 瘤胃的结构和运转瘤胃 容积大 较恒定的温度 30C 较稳定的pH值 6 5 厌氧 奶牛的瘤胃有100 150升 绵羊6升 瘤胃 9 12h 蜂窝胃嘴重瓣胃皱胃小肠和大肠 2 瘤胃里的微生物发酵 很复杂 产生挥发性脂肪酸 VFAs 氨基酸 维生素 菌体蛋白 3 瘤胃细菌 厌氧菌占优势 水解纤维素瘤胃微生物丰富 产生葡萄糖 挥发性脂肪酸 白色瘤胃球菌 Ruminococcusalbus 和Fibrobactersuccinogenes 共生菌不丰富 脂肪酸被瘤胃吸收了 乙酸不被利用来产生CH4 因为利用乙酸产生CH4的菌生长极慢 4 瘤胃原生动物和真菌瘤胃中有特有的原生生物群 106 mL 主要由纤毛虫组成 瘤胃原生动物的作用 摄食瘤胃细菌 对细菌浓度起调节作用 瘤胃真菌 Neocallimastix分解木质素 半纤维素 果胶等 5 瘤胃生态系统的动力学稳定性 细菌类群相对稳定 VAFs的性质和比例相对稳定 CO2和CH4的水平相对稳定 65 35 瘤胃中微生物的变化 动物产生疾病或死亡 6 其他生物 牛 绵羊 山羊 骆驼 水牛 鹿 驯鹿 北美驯鹿 麋 须鲸 几丁质的单体N 乙酰葡糖胺 何爱青鸟 hoaztin 麝雉 产于南美 仅以植物叶为食 马 兔 有一在大肠后 肛门前的盲肠 白蚁 蟑螂 瘤胃的结构和其中的食物运转 蜂窝胃 重瓣胃 皱胃 瘤胃微生物分解纤维素菌FibrobactersuccinogenesButyrivibriofibrisolvens溶纤维丁酸弧菌属Ruminococcusalbus白色瘤胃球菌Clostridiumlochheadii分解淀粉菌Bacteroidesruminicola栖瘤胃拟杆菌Ruminobacteramylophilus嗜淀粉瘤胃杆菌Selenomonasruminantium反刍月形单胞菌Succinomonasamylolytica溶淀粉琥玻酸单胞菌Streptococcusbovis牛链球菌 分解乳酸菌Selenomonaslactilytica解乳酸月形单胞菌Megasphaeraelsdenii埃氏巨型球菌分解果胶菌Lachnospiramultiparus多对毛螺菌产甲烷菌Methanobrevibacterruminantium瘤胃甲烷短杆菌Methanomicrobiummobile运动甲烷微菌 二 氮循环地球上最主要的氮源是大气 自然界中一些关键性的氮的氧化还原反应几乎都是由微生物来完成的 1 固氮微生物固氮 豆科植物的固氮 85 闪电固氮工厂固氮人为的燃烧过程固氮2 硝酸盐还原NO3 作为电子受体 将NO3 还原成N2或N2O的呼吸作用 异化性硝酸盐还原 脱氮 N2形成的主要途径NO3 作为氮源 同化性硝酸盐还原 有机氮化合物的形成3 氨化作用和硝化作用氨化作用 有机含N化合物分解并释放出NH3的过程 NH3构成返回大气N元素的15 硝化作用 氧化NH3为硝酸的过程 包含反硝化细菌的细菌属 教材P146 不动杆菌属Acinetobacter生丝微菌属Hyphomicrobium土壤杆菌属Agrobacterium产碱杆菌属Alcaligenes水螺菌属Aquaspirillum奈瑟氏球菌属Neisseria固氮螺菌属Azospirillum副球菌属Paracoccus芽孢杆菌属Bacillus假单胞菌属Pseudomonas布朗汉氏球菌属Branhamella丙酸细菌属Propionibacterium空肠弯曲杆菌属Campylobacter根瘤菌属Rhizobium色杆菌属Chromobacteriu红假单胞杆菌属Rhodopseudomonas棒杆菌属Corynebacterium西蒙斯氏菌属Simonsiella嗜纤维菌属Cytophaga黄杆菌属Flavobacterium硫杆菌属Thiobacillus葡萄糖杆菌属Gluconobacter盐杆菌属Halobacterium 氮循环Theglobalnitrigencycle 图中的数字乘以1015为氮的克数 三 硫循环1 自然界硫存在的主要形式 2 R SH HS 0 S0 6 SO42 地球上最大量的硫源 沉积物和岩石 硫酸盐矿 如CaSO4和硫化物矿 如FeS2 2 硫化氢和硫酸盐还原 1 空气中的H2S主要由细菌还原硫酸盐而来 H2S是主要的挥发性硫气体 SO42 8e 8H H2S 2H2O 2OH 2 H2S以何种形式存在于环境中取决于环境的pH值 H2SHS S2 低pHpH 6 中性pH 高pH 3 淡水中HS 的主要来源 有机硫化物 R SH 的腐败和脱硫 4 海水中HS 的主要来源 异化性硫酸盐还原 5 HS 对大多数生物都是有毒的 与细胞色素相结合 与细胞中其他含铁的化合物相结合 6 环境脱除硫化物毒害的机理 与Fe2 结合 形成不溶性的FeS 7 同化性硫酸盐还原与异化性硫酸盐还原 高等植物 藻类 真菌 绝大部分原核生物 同化性硫酸盐还原 硫酸盐还原菌 异化性硫酸盐还原 异化性硫酸盐还原 同化性硫酸盐还原 APS 腺苷 5 磷酸硫酸盐 PAPS 磷酸腺苷 5 磷酸硫酸盐 3 硫化物和元素硫的氧化在有O2时 HS 很快自发氧化在无O2时 HS 可被光合细菌氧化在有O2时 S0可被许多微生物氧化 其中最重要的是硫杆菌属的菌 在无O2时 S0可被光合细菌氧化4 有机硫化合物大量的有机硫化物可由生物合成 自然界最丰富的有机硫化物是二甲基硫CH3 S CH3 主要在海洋环境中产生 H3C S CH2 CH2 C O CH3 S CH3 CH2 CH C O CH3 O O 海洋藻细胞的一种主要的调节渗透压的物质 4500万吨 年 微生物 CH3SO3 SO2 SO42 CH4 H2S DMSO CH3 S CH3 DMSOCH3 S CH3CH3 S CH3 H2O 大气 光氧化 产甲烷细菌 紫色光合细菌 化能营养菌 O O 2e 2H 二甲基硫CH3 S CH3 厌氧呼吸 硫循环theglobalsulfurcycle 四 铁循环1 铁在地球上的存在方式 铁是地壳中最丰富的元素之一 但在水体中则较少 铁在自然界主要以两种氧化态存在 Fe2 Fe3 铁的存在形态受pH和O2的影响 中性pH值Fe2 O2 H Fe3 H2O自发 很快酸性pH值Fe2 Fe3 很慢pH 2 5Fe3 不形成Fe OH 3沉淀 而形成HFe3 SO4 2 OH 6沉淀2 细菌作用下的铁的氧化还原Fe3 的还原Fe3 Fe2 这一反应在水浸的土壤 池塘和湖泊的沉积物中很普遍地存在 这一反应也是铁以溶解状态存在于自然界的主要方法 真菌 细菌 电子受体 在厌氧的环境中 H2S Fe3 FeS非细菌作用Fe2 的氧化在中性pH有氧环境Fe2 Fe OH 3在中性pH厌氧环境Fe2 Fe OH 3在酸性pH有氧环境Fe2 Fe3 锈色嘉利翁氏菌赭色