微生物第八章微生物在环境物质循环中的作用

1、2021-10-221第八章第八章 微生物在环境物质循环中的作用微生物在环境物质循环中的作用第一节第一节 氧循环氧循环第二节第二节 碳循环碳循环第三节第三节 氮循环氮循环第四节第四节 硫循环硫循环环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-222 主要物质的循环 ； 微生物对有机物的降解过程。各种物质元素：各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等。等。天然物质循环天然物质循环污染物质的循环污染物质的循环 推动物质进行循环的作用包括物理、化学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，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

2、位。而微生物在这当中又占了极重要的地位。污染物质的进入，污染物质的进入，会影响原有的物会影响原有的物质循环的某些环质循环的某些环节。节。2021-10-223氧循环氧循环(oxygen cycle)(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+CO2HCO3- CO32 - Ca2+CaCO3O2水体水体臭氧层臭氧层沉积物沉积物火火山山作作用用4FeO+O22FeO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射高能紫外辐射第一节第一节 氧循氧循环环环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-224第二节第二节 碳循环

3、碳循环植物动物呼吸光合作用食用残体厌氧分解有机酸，糖，维生素，氨基酸好氧 分解呼吸(CH2O)n有机化合物CO2CH4藻类光合作用呼吸:动物植物微生物(CH2O)n发酵厌氧微生物产甲烷菌光合细菌CO2CO2植物动物呼吸光合作用食用残体厌氧 分解有机酸，糖，维生素，氨基酸好氧 分解呼吸(CH2O)n有机化合物CO2CH4藻类光合作用呼吸:动物植物微生物(CH2O)n发酵厌氧微生物产甲烷菌光合细菌环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-225化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐

4、烂腐烂扩散扩散碳循环碳循环(carbon cycle)(carbon cycle)环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-226几种含碳化合物的转化几种含碳化合物的转化 环境微生物基础教学课件 天津工业大学o 纤维素的转化纤维素的转化o 半纤维素半纤维素o 果胶质果胶质o 淀粉的转化淀粉的转化o 脂肪的转化脂肪的转化o 烃类物质的转化烃类物质的转化2021-10-227几种含碳化合物的转化几种含碳化合物的转化 1.纤维素的转化纤维素的转化 OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色

5、素氧化酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色素氧化酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色素氧化酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙

6、酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-228环境微生物基础教学课件 天津工业大学2NAD+2NADH22ADP2ATPC6H12O6CH3COCOOHCH3COSCoA 乙酰辅酶乙酰辅酶ATCA循环循环CO2底物水平底物水平磷酸化磷酸化ATPCoASHCO2CO2CH2-COOHCH-COOHO=C-COOH3412021-10-229几种含碳化合物的转化几种含碳化合物的转化 1.纤维素的转化纤维素的转化 OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖

7、酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色素氧化酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色素氧化酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纤维素纤维素酶纤维二糖纤维二糖酶葡萄糖氧化酶，脱氢酶，脱羧酶细胞色素，细胞色素氧化

8、酶TCA循环ATPH2OCO2厌氧发酵葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2厌氧发酵厌氧发酵环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2210分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物 纤维二糖芽孢梭菌，无芽孢厌氧纤维二糖芽孢梭菌，无芽孢厌氧分解菌，嗜热纤维芽孢菌分解菌，嗜热纤维芽孢菌 好氧好氧 粘细菌粘细菌 生孢食纤维菌（球形和椭形），生孢食纤维菌（球形和椭形），食纤维菌及堆囊粘菌食纤维菌及堆囊粘菌 镰状纤维菌，纤维弧菌镰状纤维菌，纤维弧菌 G-厌氧厌氧 青霉菌，曲霉，镰刀霉，木霉，毛霉青霉菌，曲霉，镰刀霉，木霉，毛霉链霉菌属、诺卡氏菌属链

9、霉菌属、诺卡氏菌属真菌真菌放线菌放线菌细菌细菌环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-22112. 半纤维素半纤维素 半纤维素单糖+糖醛酸聚糖酶H2O好氧厌氧经EMP途经各种发酵产物TCAATPCO2+H2O芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌、放线菌。芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌、放线菌。霉菌中的根霉、小克银汉霉、青霉和镰刀霉。霉菌中的根霉、小克银汉霉、青霉和镰刀霉。 分解半纤维素的微生物分解半纤维素的微生物环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-22123. 果胶质果胶质 原果胶 + H2O原果胶酶可溶性果胶 +聚戊糖+H2O果胶甲脂酶果胶酸+甲醇 +H2O聚半乳糖酶半乳糖醛酸

10、好氧分解厌氧酵解为丁酸，乙酸 ，醇CO2 , H2OCO2 , H2O环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2213有好氧菌有好氧菌：枯草芽孢杆菌，多粘芽孢杆菌枯草芽孢杆菌，多粘芽孢杆菌，浸软芽，浸软芽孢杆菌，不生芽孢的软腐欧式杆菌。孢杆菌，不生芽孢的软腐欧式杆菌。厌氧菌厌氧菌：蚀果胶梭菌和费新尼亚浸麻梭菌。：蚀果胶梭菌和费新尼亚浸麻梭菌。真菌真菌：青霉，曲霉，木霉，小克银汉霉，根霉，毛霉，：青霉，曲霉，木霉，小克银汉霉，根霉，毛霉，芽枝孢霉芽枝孢霉放线菌放线菌分解果胶质的微生物分解果胶质的微生物环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2214 淀粉的分解淀粉的分解A

11、.A.淀粉淀粉液化型淀粉酶液化型淀粉酶 麦芽糖、双糖麦芽糖、双糖 B.B.淀粉淀粉糖化型淀粉糖化型淀粉 麦芽糖或葡萄糖麦芽糖或葡萄糖 OOOCH2OHOOCH2OHOOCH2OHOOCH2OH4. 淀粉的转化淀粉的转化 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2215淀粉糊精酶糊精麦芽糖苷酶麦芽糖葡萄糖苷酶葡萄糖TCA乙醇发酵乙醇 +CO2葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2丁酸+乙酸H2OCO21234+CO2+H2环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-22165. 脂肪的转化脂肪的转化脂肪甘油 +高级脂肪酸脂肪酶3H2O环境微生物基础教学课件

12、天津工业大学分解分解分解分解2021-10-22175. 脂肪的转化脂肪的转化甘油的转化甘油的转化甘油CH2OHCHHOCH2OHCH2OHCHHOCH2OPOO-O-CH2OHCCH2OPOO-O-O -磷酸甘油磷酸二羟丙酮ATPADP甘油激酶NAD-NADH2磷酸甘油激酶酵解丙酮酸乙酰辅酶A辅酶ATCA循环CO2+H201-磷酸葡萄糖葡萄糖和淀粉环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2218脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 RCH2CH2CO-SCOA脂酰辅酶ARCH=CHCO-SCOA-烯脂酰辅酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA羟脂酰辅酶AH2ORC(O)CH2

13、CO-SCOA酮脂酰辅酶ANAD+NADH+H+COASHRCOSCOA + CH3CO-SCOA氧化RCH2CH2CO-SCOA脂酰辅酶ARCH=CHCO-SCOA-烯脂酰辅酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA羟脂酰辅酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA酮脂酰辅酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA氧化RCH2CH2CO-SCOA脂酰辅酶ARCH=CHCO-SCOA-烯脂酰辅酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA羟脂酰辅酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA酮脂酰辅酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCO

14、A+RCOSCOA氧化RCH2CH2CO-SCOA脂酰辅酶ARCH=CHCO-SCOA - 烯脂酰辅酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA 羟脂酰辅酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA 酮脂酰辅酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA 氧化RCH2CH2CO-SCOA脂酰辅酶ARCH=CHCO-SCOA - 烯脂酰辅酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA 羟脂酰辅酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA 酮脂酰辅酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA 氧化CH3(CH2)16COOH+ATP+

15、COA-SH脂酰硫激酶脂酰磷激酶CH3(CH2)16CO- SCOA+AMP+PPi环境微生物基础教学课件 天津工业大学RCOSCOA第二次第二次氧化氧化脂肪酸的活化脂肪酸的活化 2021-10-22199CH3CO-SCOA + 8FADH2 + 8NADH2TCAATPH20CO2氧化+ 8COA-SH + 8FAD+ + 8 NAD+ + 8H2OCH3(CH2)16CO- SCOA脂肪酸通常通过脂肪酸通常通过氧化过程氧化。以硬脂酸氧化过程氧化。以硬脂酸为例，为例，1mol1mol硬脂酸含有硬脂酸含有18mol18mol个碳原子，需要经个碳原子，需要经过过8 8次次氧化全部降解为氧化全部

16、降解为9 mol9 mol乙酰辅酶乙酰辅酶A A，总，总反应式：反应式：CH3(CH2)16COOH+ATP+COA-SH脂酰硫激酶脂酰磷激酶CH3(CH2)16CO- SCOA+AMP+PPi环境微生物基础教学课件 天津工业大学1mol 18C硬脂酸经硬脂酸经氧化后氧化后获得获得82+83+129-1=147mol 9CH3CO-SCOA + 8FADH2 + 8NADH2TCAATPH20CO2氧化+ 8COA-SH + 8FAD+ + 8 NAD+ + 8H2OCH3(CH2)16CO- SCOA2021-10-2220分解脂类物质的微生物主要是：分解脂类物质的微生物主要是： 好氧菌：假

17、单胞菌（荧光假单胞菌和铜绿色假单好氧菌：假单胞菌（荧光假单胞菌和铜绿色假单胞菌），分枝杆菌，无色杆菌，芽孢杆菌等。胞菌），分枝杆菌，无色杆菌，芽孢杆菌等。真菌：青霉，曲霉，枝孢霉和粉孢霉。真菌：青霉，曲霉，枝孢霉和粉孢霉。厌氧菌：产色荚膜梭菌。厌氧菌：产色荚膜梭菌。环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-22216.烃类物质的转化烃类物质的转化 环境微生物基础教学课件 天津工业大学4322O2CHCH OH+H OHCOHHCOOHCO 烷烃、烯烃、芳香烃在微生物作用下的转化。烷烃、烯烃、芳香烃在微生物作用下的转化。 烷烃烷烃甲基营养型细菌、甲烷氧化弯曲菌、甲基孢囊菌、甲基营养型细

18、菌、甲烷氧化弯曲菌、甲基孢囊菌、甲基杆菌、甲基单胞菌；甲基杆菌、甲基单胞菌；真菌：头孢菌、青霉菌。真菌：头孢菌、青霉菌。涉及烷烃加氧酶多种脱氢酶微生物：微生物： 乙烷，丙烷，丁烷的氧化，转化模式类似，乙烷，丙烷，丁烷的氧化，转化模式类似，某些甲烷氧化菌在氧化甲烷的同时可将其同时某些甲烷氧化菌在氧化甲烷的同时可将其同时共氧化，或者由另一种专门的菌分解。共氧化，或者由另一种专门的菌分解。2021-10-2222环境微生物基础教学课件 天津工业大学通过末端的氧化或次末端的氧化或两端的氧化通过末端的氧化或次末端的氧化或两端的氧化高级烷烃的氧化高级烷烃的氧化CH3(CH2)n-CH2CH3加氧酶CH3(

19、CH2)n-CH2CH2-OH脱氢酶CH3(CH2)n-CH2CHO水化酶CH3(CH2)n-CH2CH(OH)2脱氢酶CH3(CH2)n-CH2COOHCoA-SH -氧化TCA循环CO2+H2OCH3(CH2)nCH2COSCoA 氧化烷烃的微生物有甲烷假单胞菌，分枝杆菌，氧化烷烃的微生物有甲烷假单胞菌，分枝杆菌，头孢霉，青霉等。头孢霉，青霉等。2021-10-2223环境微生物基础教学课件 天津工业大学降解烯烃的微生物有蜡小球菌，铜绿色板毛菌降解烯烃的微生物有蜡小球菌，铜绿色板毛菌。H3CRCHCH2OHOH氧化为羧酸H3CRCH=CH2H3CRCHCH2O氧化为二醇H3CRCHCH2O

20、H氧化为羧酸烯烃的氧化烯烃的氧化2021-10-2224环境微生物基础教学课件 天津工业大学H2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2HCOOHCHCCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA邻苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰辅酶A+O2CO2+H2O单加氧酶双加氧酶COASH芳香烃化合物的转化芳香烃化合物的转化 H2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2HCOOHCH2CCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA邻苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰辅酶A+O2CO2+H2O单加氧

21、酶双加氧酶COASHH2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2HCOOHCHCCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA邻苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰辅酶A+O2CO2+H2O单加氧酶双加氧酶COASH 分解苯和酚的微生物分解苯和酚的微生物有荧光假单胞菌，铜绿有荧光假单胞菌，铜绿色假单胞菌及苯杆菌。色假单胞菌及苯杆菌。 2021-10-2225分解芳香化合物的微生物分解芳香化合物的微生物o 分解苯，甲苯和二甲苯的有分枝杆菌，芽孢杆分解苯，甲苯和二甲苯的有分枝杆菌，芽孢杆菌和诺卡氏菌。菌和诺卡氏菌。o 分解萘的细菌有铜绿色假单胞菌，溶

22、条假单胞分解萘的细菌有铜绿色假单胞菌，溶条假单胞菌，诺卡氏菌，球形小球菌，无色杆菌，分枝菌，诺卡氏菌，球形小球菌，无色杆菌，分枝杆菌等。杆菌等。o 分解菲的细菌有菲杆菌，菲芽孢杆菌的巴库变分解菲的细菌有菲杆菌，菲芽孢杆菌的巴库变种和古里变种。种和古里变种。o 分解苯并芘的有荧光假单胞菌和铜绿色假单胞分解苯并芘的有荧光假单胞菌和铜绿色假单胞菌，小球菌及大肠埃希氏菌。菌，小球菌及大肠埃希氏菌。 环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2226环境微生物基础教学课件 天津工业大学烃类的降解，烯烃烃类的降解，烯烃 烷烃烷烃 芳烃芳烃 多环芳烃；多环芳烃；正构烷烃比异构烷烃容易；正构烷烃比异

23、构烷烃容易；直链烷烃比支链烷烃容易降解；直链烷烃比支链烷烃容易降解；苯比烷基苯和多环芳烃更难降解。苯比烷基苯和多环芳烃更难降解。 烃类分解难易程度烃类分解难易程度2021-10-2227环境微生物基础教学课件 天津工业大学第三节第三节 氮循环氮循环 自然界中的氮蕴藏量丰富，主要以三种形自然界中的氮蕴藏量丰富，主要以三种形态存在：分子氮，占大气的态存在：分子氮，占大气的78；有机氮化合；有机氮化合物；无机氮化合物，氨氮和硝酸氮。物；无机氮化合物，氨氮和硝酸氮。 2021-10-2228氮循环氮循环(nitrogen cycle)陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物

24、溶解溶解死有死有机物机物土土壤壤中中无无机机氮氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2N2O工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气环境微生物基础教学课件 天津工业大学2021-10-2229环境微生物基础教学课件 天津工业大学N2NH3硝化作用NO2-NO3-NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白质的氨基同化亚硝酸氨化作用反硝化NH4+

25、氨化2021-10-2230环境微生物基础教学课件 天津工业大学1.蛋白质的分解蛋白质的分解蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶 多肽多肽 肽酶肽酶 氨基酸氨基酸 胨胨好氧细菌好氧细菌：枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，蕈状芽：枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，蕈状芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌；链球菌和葡萄球菌孢杆菌，蜡状芽孢杆菌；链球菌和葡萄球菌; ;兼性厌氧兼性厌氧：变形杆菌，假单胞菌；：变形杆菌，假单胞菌；厌氧菌厌氧菌：腐败梭状芽孢杆菌，生孢梭状芽孢杆菌：腐败梭状芽孢杆菌，生孢梭状芽孢杆菌; ;真菌真菌: :曲霉，毛霉，木霉等曲霉，毛霉，木霉等; ;放线菌放线菌：链霉菌。：链霉菌。 分解蛋白质的微生物分解蛋白质的微生

26、物脱氨基过程脱氨基过程脱氨基酶脱氨基酶2021-10-2231环境微生物基础教学课件 天津工业大学2. 氨基酸的转化氨基酸的转化 有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下，有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下，产生氨，称为氨化作用。产生氨，称为氨化作用。 脱氨的作用有脱氨的作用有氧化脱氨，还原脱氨，水解脱氧化脱氨，还原脱氨，水解脱氨，减饱和脱氨氨，减饱和脱氨。 氨化作用氨化作用脱羧作用脱羧作用2021-10-2232环境微生物基础教学课件 天津工业大学氧化脱氨氧化脱氨CH3CHNH2COOH+ 1/2 O2CH3COCOOH+ NH3COA-SHTCA循环+O2CO2+ H2O+ATP好氧菌作

27、用好氧菌作用2021-10-2233环境微生物基础教学课件 天津工业大学还原脱氨还原脱氨 CH2-NH2COOH+2HCH3COOH梭状芽孢杆菌+NH3甘氨酸CH3CHNH2COOH丙氨酸+2HCH3CH2COOH+NH3CH3CHNH2COOH丙氨酸+2CH2-NH2COOH甘氨酸+2H2O3CH3COOH+3NH3+ CO2厌氧、兼性菌作用厌氧、兼性菌作用2021-10-2234SticklandStickland反应反应是两个氨基酸之间的一个氨基酸是两个氨基酸之间的一个氨基酸作为氢作为氢( (电子电子) )供体，另一个氨基酸作为氢供体，另一个氨基酸作为氢( (电子电子) )受受体时的氧化

28、体时的氧化- -还原脱氨基反应。还原脱氨基反应。 CH3CHNH2COOH丙氨酸+2HCH3CH2COOH+NH3CH3CHNH2COOH丙氨酸+2CH2-NH2COOH甘氨酸+2H2O3CH3COOH+3NH3+ CO2ADP+PiATP环境微生物基础教学课件 天津工业大学已知能进行已知能进行SticklandStickland反应的细菌反应的细菌都是专性厌氧的梭菌，都是专性厌氧的梭菌，如：生孢梭菌、肉毒梭菌、双酶如：生孢梭菌、肉毒梭菌、双酶梭菌和斯氏梭菌等。梭菌和斯氏梭菌等。 2021-10-2235环境微生物基础教学课件 天津工业大学水解脱氨：氨基酸水解脱氨后生成羟酸。水解脱氨：氨基酸水

29、解脱氨后生成羟酸。CH3CHNH2COOH丙氨酸CH3CHOHCOOH+NH3+H2O2021-10-2236环境微生物基础教学课件 天津工业大学减饱和脱氨：氨基酸在脱氨基时，在减饱和脱氨：氨基酸在脱氨基时，在-键减饱和成键减饱和成为不饱和酸。为不饱和酸。 CH2CHNH2COOH天门冬氨酸+NH3COOHCHCHCOOH延胡索酸COOH2021-10-2237环境微生物基础教学课件 天津工业大学脱羧作用脱羧作用-氨基酸转化为胺氨基酸转化为胺 CH3CHNH2COOH脱羧酶CH3CH2NH2+CO2H2N(CH2)4CHNH2COOHH2N(CH2)4CH2NH2+CO2微生物：大肠杆菌、粪链

30、球菌、腐败性梭状芽孢杆微生物：大肠杆菌、粪链球菌、腐败性梭状芽孢杆菌、产气杆菌、变形杆菌菌、产气杆菌、变形杆菌 2021-10-2238NH2NH2CO+ 2H2O尿酶(NH4)2CO32NH3 + CO2 +H2O3. 尿素的转化尿素的转化 微生物：尿八叠球菌（球菌中唯一能形成芽孢微生物：尿八叠球菌（球菌中唯一能形成芽孢的种）、尿小球菌、尿素芽孢杆菌。的种）、尿小球菌、尿素芽孢杆菌。脲酶脲酶2021-10-2239环境微生物基础教学课件 天津工业大学4.硝化作用硝化作用 氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝化细氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化为硝酸，称为硝化

31、作用。菌和硝化细菌的作用转化为硝酸，称为硝化作用。 2NH3+3O22HNO2+2H2O+619KJ2HNO2+O22HNO3 + 201KJ反应反应1 1由亚硝化菌作用：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球由亚硝化菌作用：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、亚硝酸弧菌等；菌属、亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属、亚硝酸弧菌等；反应反应2 2由硝化菌作用：硝化杆菌属，硝化球菌属。由硝化菌作用：硝化杆菌属，硝化球菌属。 共性：好氧菌，适宜在中性和偏碱性的环境中生共性：好氧菌，适宜在中性和偏碱性的环境中生长，化能无机营养型长，化能无机营养型 在硅胶固体培养基中长成细小，稠在硅胶固体培养基中长成细

32、小，稠密的褐色，黑色和淡褐色的菌落密的褐色，黑色和淡褐色的菌落 由淡褐色转变成黑色的菌落由淡褐色转变成黑色的菌落 当当pH=9.5pH=9.5以上时硝化细菌受到抑制，而在以上时硝化细菌受到抑制，而在pHpH6.06.0以下时亚硝化细菌被抑制；以下时亚硝化细菌被抑制；最适宜温度最适宜温度3030，低于，低于5 5或高于或高于4040时不能活动。时不能活动。 2021-10-2240环境微生物基础教学课件 天津工业大学N2NH3硝化作用NO2-NO3-NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白质的氨基同化亚硝酸氨化作用反硝化NH4+氨化硝化意义：植物摄取氮的最为普遍形态是硝酸盐。硝化意义：植物摄取氮

33、的最为普遍形态是硝酸盐。水稻等植物可利用氨态氮，然而这一氮形态对其它水稻等植物可利用氨态氮，然而这一氮形态对其它植物是有毒的。当肥料以铵盐或氨形态施入土壤时，植物是有毒的。当肥料以铵盐或氨形态施入土壤时，上述微生物将他们转变成一般植物可利用的硝态氮。上述微生物将他们转变成一般植物可利用的硝态氮。2021-10-2241环境微生物基础教学课件 天津工业大学 兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为氮气，兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为氮气，这叫反硝化。这叫反硝化。 5. 反硝化作用反硝化作用有三种情形：有三种情形：HNO3+2HHNO2+2HHNO+H2ONH(OH)2+2HNH2OH+2HNH

34、3H2OH2OH2OH2Ou大多数细菌和放线菌和真菌将硝酸盐为氮素营养，大多数细菌和放线菌和真菌将硝酸盐为氮素营养，通过硝酸还原酶将硝酸还原成氨，进而合成自身的通过硝酸还原酶将硝酸还原成氨，进而合成自身的氨基酸，蛋白质和其它含氮物质。氨基酸，蛋白质和其它含氮物质。 2021-10-2242环境微生物基础教学课件 天津工业大学u兼性厌氧的反硝化菌在厌氧条件下，将硝酸还兼性厌氧的反硝化菌在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气。原为氮气。HNO3+2HHNO2+4H2HNO+2H-H2O-H2O2H2O2H2ON2ON2-2HH2O反硝化细菌：施氏假单胞菌，脱氮假单胞菌，荧光反硝化细菌：施氏假单胞菌，脱氮假

35、单胞菌，荧光假单胞菌，色杆菌属中的紫色杆菌，脱氮色杆菌。假单胞菌，色杆菌属中的紫色杆菌，脱氮色杆菌。 2021-10-2243环境微生物基础教学课件 天津工业大学u硝酸盐还原为亚硝酸硝酸盐还原为亚硝酸HNO3+2HHNO2+H2O反硝化意义：反硝化过程中形成的氮气、水等气态反硝化意义：反硝化过程中形成的氮气、水等气态无机氮的情况是造成土壤氮素损失、土肥力下降的无机氮的情况是造成土壤氮素损失、土肥力下降的重要原因之一。在污水处理工程中却常作为脱氮的重要原因之一。在污水处理工程中却常作为脱氮的方式。方式。2021-10-2244环境微生物基础教学课件 天津工业大学N2NH3硝化作用NO2-NO3-

36、NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白质的氨基同化亚硝酸氨化作用反硝化NH4+氨化2021-10-2245环境微生物基础教学课件 天津工业大学在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化为在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮的化合物，叫做固氮作用。氨，进而合成为有机氮的化合物，叫做固氮作用。 6. 固氮作用固氮作用2NH3 +nADP +nPiN2+ 6e+ 6H+ nATP酶-NN2e-2H+酶-NN2e-2H+酶-NN2e-2H+2NH3+ 酶特点：特点：1.1.高耗能反应，消耗高耗能反应，消耗ATPATP。2.2.需特殊的酶系统需特殊的酶系统固氮酶固氮酶 有组

37、分有组分I I钼铁蛋钼铁蛋白白, ,真正的固氮酶真正的固氮酶, ,具有催化活性具有催化活性; ;组分组分II,II,铁蛋白铁蛋白, , 传递电子。不同来源的铁蛋白和钼铁蛋白结合在传递电子。不同来源的铁蛋白和钼铁蛋白结合在一起具有固氮酶活性。一起具有固氮酶活性。 2021-10-2246固氮微生物固氮微生物o 好氧菌：根瘤菌，圆褐固氮菌，黄色固氮菌，好氧菌：根瘤菌，圆褐固氮菌，黄色固氮菌，雀稗固氮菌，拜叶林克氏菌属，万氏固氮菌。雀稗固氮菌，拜叶林克氏菌属，万氏固氮菌。o 厌氧菌：巴氏固氮梭菌能固氮，硫酸还原菌厌氧菌：巴氏固氮梭菌能固氮，硫酸还原菌o 光合细菌：红螺菌属，小着色菌及球菌属等光合细菌

38、：红螺菌属，小着色菌及球菌属等在光照下厌氧生活也能固氮。固氮蓝藻中的在光照下厌氧生活也能固氮。固氮蓝藻中的有异形胞的固氮丝状蓝藻，例如鱼腥藻属，有异形胞的固氮丝状蓝藻，例如鱼腥藻属，念珠藻属等。念珠藻属等。环境微生物基础教学课件 天津工业大学固氮酶对固氮酶对O2敏感敏感, ,好氧固氮好氧固氮菌在生长过程中同时固氮，菌在生长过程中同时固氮，它们在长期的进化中形成了它们在长期的进化中形成了保护固氮酶的放氧机制，使保护固氮酶的放氧机制，使固氮作用正常进行。固氮作用正常进行。 2021-10-22471. 1. 好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制 呼吸保护、构象保护（耐氧蛋白

39、）呼吸保护、构象保护（耐氧蛋白）2. 2. 蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制 异形胞、时间差（白天光合夜晚固氮）异形胞、时间差（白天光合夜晚固氮）3. 3. 豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制 根瘤菌以只能生长不能分裂的类菌体根瘤菌以只能生长不能分裂的类菌体（bacteroidsbacteroids）形式存在于豆科植物的根瘤中。豆血）形式存在于豆科植物的根瘤中。豆血红蛋白就像一种缓冲剂，可在根瘤中调节氧的浓度，红蛋白就像一种缓冲剂，可在根瘤中调节氧的浓度，使它稳定在对固氮酶最合适的范围内。使它稳定在对固氮酶最合适的范围内。2021-10-2

40、248环境微生物基础教学课件 天津工业大学第四节第四节 硫的微生物转化硫的微生物转化H2SSSO42-蛋白质的SH基S蛋白质的SH基光合细菌硫化作用反硫化同化同化糜烂糜烂大多数微生物能利用硫酸盐作为唯一的硫源，同化成含有-S-S基或者-SH基的蛋白质有机物。2021-10-2249 1. 有机硫的异化分解。有机硫的异化分解。环境微生物基础教学课件 天津工业大学 有机硫在好氧条件下转化为有机硫在好氧条件下转化为SO42- ；在厌氧条；在厌氧条件下转化为件下转化为H2S，CH3SH。CHNH2CH2SH+NH3COOHCH3COOH+HCOOH +H2SCHNH2CH2SH+NH4+COOHCH3

41、COCOOH+H2SO4厌氧条件下 好氧条件下 2021-10-2250环境微生物基础教学课件 天津工业大学2. 硫化作用：有氧条件下，硫细菌的作用下硫化作用：有氧条件下，硫细菌的作用下将将H2S氧化为氧化为S进而再氧化为进而再氧化为H2SO4。 H2S S SO42-2H2S + O2 2H2O + 2S2S 3O2 2H2O 2H2SO4 两类细菌参与硫化：两类细菌参与硫化： 硫化细菌和硫磺细菌硫化细菌和硫磺细菌2021-10-2251环境微生物基础教学课件 天津工业大学硫杆菌属，硫杆菌属，G-，氧化，氧化H2S，S为硫酸，土壤中存为硫酸，土壤中存在，在体外积累在，在体外积累S。 硫化细菌硫化细菌好氧：氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、氧化亚铁好氧：氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、新型硫杆菌硫杆菌、新型硫杆菌厌氧：脱氮硫杆菌厌氧：脱氮硫杆菌2021-10