环境工程微生物学课件

1、主要内容：主要内容： 主要物质的循环主要物质的循环 微生物对有机物的降解过程微生物对有机物的降解过程包括天然物质循环和污染物质的循环，其实从本包括天然物质循环和污染物质的循环，其实从本质上看，并没有太大的区别，但是，污染物质质上看，并没有太大的区别，但是，污染物质的进入，会影响原有的物质循环的某些环节。的进入，会影响原有的物质循环的某些环节。 包括各种物质元素：包括各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等。等。 推动物质进行循环的作用包括物理、化学和生物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，而微生的作用，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

2、要的地位。物在这当中又占了极重要的地位。 大气中的大气中的O2（包括水（包括水体）体）呼吸作用呼吸作用CO2光和作用光和作用 O2在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方向上的变化。向上的变化。 无论是无论是O2还是还是CO2 ，除了在大气中的含量以，除了在大气中的含量以外，它们在水体（海洋）中的含量，也是不外，它们在水体（海洋）中的含量，也是不可忽视的。可忽视的。 此循环的平衡，具有十分重要的意义，如维持此循环的平衡，具有十分重要的意义，如维持大气中大气中CO2的浓度。的浓度。 自然界中含碳物质有自然界中含碳物质有COCO2 2、碳水化合物、脂肪、碳水化合物、

3、脂肪、蛋白质等。碳的循环是以蛋白质等。碳的循环是以COCO2 2为中心的。为中心的。 在碳循环中，在碳循环中，COCO2 2大部分来源于微生物分解有机大部分来源于微生物分解有机物，另外，由于物，另外，由于COCO2 2同时也参与氧循环，因此，同时也参与氧循环，因此，实际上实际上C C和和O O循环是相互关联的。循环是相互关联的。 COCO2 2可以成为植物、藻类的碳源，大气中可以成为植物、藻类的碳源，大气中COCO2 2的含的含量为量为0.032%0.032%（320ppm320ppm），这个值由于人类活动大），这个值由于人类活动大量产生量产生COCO2 2进入大气中而在增加，造成所谓的气进入

4、大气中而在增加，造成所谓的气候变暖。由此带来一系列的问题，成为当今世界候变暖。由此带来一系列的问题，成为当今世界最关注的热点之一。最关注的热点之一。碳素循环光合作用藻光合作用藻类、绿色植类、绿色植物、蓝细菌物、蓝细菌（CH2O）n有机化合物有机化合物呼吸作用动呼吸作用动植物及微生植物及微生物物需氧需氧厌氧厌氧CO2厌氧呼吸、发厌氧呼吸、发酵厌氧微生物，酵厌氧微生物，包括光合细菌包括光合细菌有机化合物有机化合物（CH2O）n光合光合细菌细菌沉积作用沉积作用产甲烷细菌产甲烷细菌甲基化合物甲基化合物甲烷氧化细菌甲烷氧化细菌CH4下面介绍几种含碳化合物的转化：下面介绍几种含碳化合物的转化： 一、纤维素

5、的转化一、纤维素的转化 纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，(C6H10O5)n(C6H10O5)n，n=1400-10000 n=1400-10000 来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。造纸、印染等。 作用的微生物：细菌、放线菌和真菌。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。萄糖后，才能被微生物吸收分解。l好氧细菌好氧细菌粘细

6、菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌l厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖产纤维二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。及嗜热纤维芽孢梭菌。l放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。l真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。l需要时可以向需要时可以向有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买或或自行筛选自行筛选 细菌的纤维素酶结合在细胞质膜上，是表面酶。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，可分泌到培养基真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可分泌到培养基中。中。存在于植物细胞壁的存在于

7、植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。含半纤维素。 TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖 + 糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素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。素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。1.淀粉的种类淀粉的种类淀粉分为直链淀粉（淀粉分为直链淀粉（ 1 1，4 4结

8、合）结合） 支链淀粉（支链淀粉（ 1 1，6 6结合）结合）2.淀粉的降解途径淀粉的降解途径途径途径1.枯草杆菌将淀粉分解为枯草杆菌将淀粉分解为COCO2 2途径途径2.根霉和曲霉先将淀粉转化为葡萄糖，接着由酵母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菌将葡萄糖发酵为乙醇和COCO2 2途径途径3.梭状芽孢杆菌参与发酵梭状芽孢杆菌参与发酵途径途径4.丁酸梭状芽孢杆菌参与发酵丁酸梭状芽孢杆菌参与发酵l由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态的称为脂；由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。不饱和脂肪酸和甘油组成，在

9、常温下呈液态的称为油。l水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水毛纺、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、制革厂废水含有大量油脂l降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：l细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌l丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌l真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉l途径：途径：水解水解+氧化氧化1.1.脂肪酸先被脂酰硫激酶激活脂肪酸先被脂酰硫激酶激活2.2.在在、碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水3.3.在在、碳位之间的碳链断裂，生成碳位之间的碳链断裂

10、，生成1mol1mol乙酰辅乙酰辅酶酶A A和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。4.4.乙酰辅酶乙酰辅酶A A进入三羧酸循环完全氧化成二氧化碳和进入三羧酸循环完全氧化成二氧化碳和水。水。5.5.剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复一次一次氧化，以至完全形成乙酰辅酶氧化，以至完全形成乙酰辅酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO2l1mol1mol硬脂酸含硬脂酸含1818个碳原子，需要经过个碳原子，需要经过8 8次次氧化氧化作用，全部降解为作用，全

11、部降解为9mol9mol乙酰辅酶乙酰辅酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO21mol1mol乙酰辅酶乙酰辅酶A A经三羧酸循环氧化产生经三羧酸循环氧化产生 12molATP12molATP1molFADH1molFADH2 2经呼吸链氧化产生经呼吸链氧化产生 2molATP2molATP1molNADH1molNADH2 2经呼吸链氧化产生经呼吸链氧化产生 3molATP3molATP总共产生总共产生 17molATP17molATP开始激活硬脂酸时消耗开始激活硬脂酸时消耗 -1molATP-1molATP净得净得 16

12、molATP 16molATP 第一步第一步1mol硬脂酸完全氧化，共得能量：1617712147第一次第一次氧化氧化最后一次最后一次氧化氧化18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA82168324129108木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中， 干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓菌菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚

13、纲、非褶菌目、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分树皮上木质素被该菌分解后漏出解后漏出白色白色的纤维素部分。的纤维素部分。 l什么是石油？什么是石油？l石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。复杂混合物。石油污染主要出现在石油污染主要出现在采油区采油区和和石油运输事石油运输事故现场故现场以及以及石化行业的工业废水石化行业的工业废水中。中。l与分子结构有关与分子结构有关 链中等长度（链中等长度（C10C24）链很长的（）链很长的（C24以上）以上） l 直链直链 ? 支链支链 l 不饱和不饱和

14、 ? 饱和饱和l 烷烃烷烃 ? 芳烃芳烃 链末端有季碳原子链末端有季碳原子（四周都与（四周都与C相连）相连）的烃以及的烃以及多环多环芳烃极难降解芳烃极难降解 l降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，据报道有据报道有200多种多种l细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌l酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母l霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属l藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻 + O+ O2 2R-CHR-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH3 3 R- CH R- CH2 2-CH-CH2 2-COO

15、H -COOH -氧化氧化 CO CO2 2 + H+ H2 2O O CH CH2 2-COOH + R-COOH-COOH + R-COOHl 以环己烷为例以环己烷为例 OH O O +O2 +2H 2H +O2 +2H H2O H2O + H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2 + H2O OH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，环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的两类以上微生物的下将污染物下将污染物 彻底降解

16、彻底降解共代谢共代谢。l芳香烃普遍具有生物毒性芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。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已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假

17、单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌l苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 l酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下的后半段是相同的，可表示如下 苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 邻邻苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 + O2 + O2 +2H 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循环环 CO2 + H2O 乙乙酰酰辅辅酶酶Al蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等化合物等。 水中来源：水中来源： 生活污水、屠宰废

18、水、罐头食品加生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等工废水、制革废水等l种类很多种类很多l好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌l好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌 l兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 l厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌生孢梭状芽孢杆菌l此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌霉菌(放线菌放线菌)。 （好好氧氧菌菌） O2氧氧化化脱脱氨氨蛋蛋白

19、白质质 胨胨 肽肽 进进入入细细胞胞 羧羧酸酸+NH3+H2S H2还还原原脱脱氨氨 （厌厌氧氧菌菌）| 细细胞胞外外水水解解 | 氨氨化化作作用用 | 氧氧化化羧羧酸酸 CO2 + H2O 作作为为氮氮源源参参与与同同化化代代谢谢NH3 亚亚硝硝化化细细菌菌 硝硝化化细细菌菌NH3 HNO2 HNO3 硝硝酸酸盐盐 + O2 + O2| 硝硝化化作作用用 | 硫硫磺磺细细菌菌 硫硫化化细细菌菌H2S S H2SO4 硫硫酸酸盐盐 + O2 + O2反硝化反硝化N21.脱氨作用：脱氨作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨。作用下产生氨。 脱氨方式：脱

20、氨方式：氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨、氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨、 减饱和脱氨减饱和脱氨氧化脱氨：在好氧微生物作用下进行氧化脱氨：在好氧微生物作用下进行还原脱氨：由专性厌氧菌和兼性厌氧菌在厌氧条件还原脱氨：由专性厌氧菌和兼性厌氧菌在厌氧条件 下进行下进行水解脱氨：水解脱氨：减饱和脱氨：在减饱和脱氨：在、位减饱和为不饱和酸位减饱和为不饱和酸 氨基酸脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸可在好氧或氨基酸脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸可在好氧或厌氧条件下，在不同的微生物作用下继续分解。厌氧条件下，在不同的微生物作用下继续分解。2.2.脱羧作用脱羧作用CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3尿酶尿酶2NH

21、3+CO2+H2O三三 尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌：尿素细菌： 1 1、球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌尿素细菌的生理特点：尿素细菌的生理特点： 喜好碱性条件。喜好碱性条件。以尿素、铵盐为以尿素、铵盐为N N源，以有机源，以有机C C为为C C源、能源。源、能源。第三节第三节 氮循环氮循环四四 硝化作用硝化作用氨在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为氨在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。硝酸的过程。硝化作用硝化作用化能自养型化能自养型异异 养养 型型1 1、硝化细菌和硝化作

22、用的过程、硝化细菌和硝化作用的过程NHNH3 3 NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸细菌硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌2 2、硝化作用的意义、硝化作用的意义 生活污水和工业废水如味精废水、赖氨酸废水等含生活污水和工业废水如味精废水、赖氨酸废水等含有相当高浓度的氨氮。有相当高浓度的氨氮。先将氨氮转化为硝酸盐（硝化作用），再通过反硝先将氨氮转化为硝酸盐（硝化作用），再通过反硝化作用将硝酸氮还原为氮气溢出水面。化作用将硝酸氮还原为氮气溢出水面。五五 反硝化作用反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3兼性厌氧菌在

23、厌氧条件下进行兼性厌氧菌在厌氧条件下进行1、反硝化作用的结果、反硝化作用的结果HNO2细菌、放线菌、真菌利用细菌、放线菌、真菌利用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌氧性大多数：异养兼厌氧性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）3 3、反硝化作用的应用、反硝化作用的应用 土壤中发生反硝化作用会使土壤肥力降低；土壤中发生反硝化作用会使土壤肥力降低； 若在污水生物处理系统中的二次沉淀池发生反若在污水生物处理系统中的二次沉淀池发生反硝化作用，产生的氮气由池底上升逸到水面时会硝化作用，产生的氮气由池底上升逸到水面时会把池底的沉淀污泥带上浮起，使出水含

24、有多量的把池底的沉淀污泥带上浮起，使出水含有多量的泥花，影响出水的水质。泥花，影响出水的水质。 有些污水经生物处理后出水硝酸盐含量高，有些污水经生物处理后出水硝酸盐含量高，在排入水体后，若水体缺氧发生反硝化作用，在排入水体后，若水体缺氧发生反硝化作用，会产生致癌物质亚硝酸胺，造成二次污染，会产生致癌物质亚硝酸胺，造成二次污染，危害人体健康。危害人体健康。 在固氮微生物固氮酶的作用下，把分子氮转化为氨，进在固氮微生物固氮酶的作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。而合成为有机氮化合物。固氮条件固氮条件1.1.固氮酶固氮酶2.2.能量：平均每还原能量：平均每还原1mol1mol氮为氮为2

25、mol2mol的氨，需要的氨，需要24molATP24molATP，其中其中9molATP9molATP提供提供3 3对电子用于还原作用，对电子用于还原作用，15molATP15molATP用于用于催化反应催化反应3.3.氮源：氮源：N N2 2, ,当供给当供给NHNH3 3、尿素和硝酸盐时固氮作用停止。、尿素和硝酸盐时固氮作用停止。4.4.固氮微生物生长的环境条件：中性和偏碱性固氮微生物生长的环境条件：中性和偏碱性5.5.氧的影响：在较低氧分压下固氮效果好氧的影响：在较低氧分压下固氮效果好 好氧固氮菌生长需要氧，固氮却不需要。好氧固氮菌生长需要氧，固氮却不需要。 固氮菌对固氮菌对O O2

26、2敏感，从好氧固氮菌菌体内分离的固敏感，从好氧固氮菌菌体内分离的固氮酶，一遇氧就发生不可逆失活。好氧固氮菌为氮酶，一遇氧就发生不可逆失活。好氧固氮菌为了在生长过程中同时固氮，它们在长期进化中形了在生长过程中同时固氮，它们在长期进化中形成了保护固氮酶的防氧机制，使固氮作用正常进成了保护固氮酶的防氧机制，使固氮作用正常进行。行。 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物腈类化合物及及硝基硝基化合物化合物 l水中来源：水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。l危危 害：害：生物毒害生物毒害 、环境积累、环境积累

27、l细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌l放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌l真真 菌菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等木霉及担子菌等 l5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3 ORCH2CN （RCH2C-NH2） RCH2COOH + NH3 CO2 + H2OH2OH2O担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下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缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHN

28、H2COOH l动、植物和微生物机体中含硫有机物主要是蛋动、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。机物，产生硫化氢。1.1.硫化作用硫化作用 有氧条件下，通过硫细菌的作用将有氧条件下，通过硫细菌的作用将H H2 2S S氧化为元素氧化为元素S S，再进而氧化为硫酸。，再进而氧化为硫酸。2.2.硫化细菌硫化细菌 革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得能量，产生硫酸。能量，产生硫酸。 硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水中，不同种硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水

29、中，不同种类的硫杆菌要求的环境类的硫杆菌要求的环境pHpH不同，氧化硫硫杆菌不同，氧化硫硫杆菌2.02.03.53.5，氧化亚铁硫杆菌，氧化亚铁硫杆菌2.52.55.85.8，排硫杆菌，排硫杆菌中中性和偏碱性性和偏碱性3.3.硫磺细菌硫磺细菌 将将H H2 2S S氧化为氧化为S S，并将硫粒积累在细胞内。，并将硫粒积累在细胞内。丝状硫磺细菌：贝日阿托氏菌丝状硫磺细菌：贝日阿托氏菌 发硫菌发硫菌 辫硫菌属辫硫菌属 亮发菌亮发菌 透明颤菌属在生活污水和含硫工业废水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

30、过度生长引起活性污泥丝状膨阿托氏菌和发硫菌过度生长引起活性污泥丝状膨胀。胀。光能自养硫细菌光能自养硫细菌 含细菌叶绿素，在光照下，含细菌叶绿素，在光照下，将将H H2 2S S氧化为氧化为S S。4.4.反硫化作用反硫化作用 水体处于缺氧状态时，含硫无机盐在微生物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的还原作用下形成H H2 2S S。 在混凝土排水管和铸铁排水管中，如有硫酸盐存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在，管底常因缺氧而产生H H2 2S S。 H H2 2S S上升到污水表上升到污水表层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇，层或逸出空气层

31、，与污水表面溶解氧相遇， H H2 2S S被被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和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。铸铁管受到腐蚀。生物体中的含磷有机物有核酸、磷脂、植素。生物体中的含磷有机物有核酸、磷脂、植素。1.1.核酸核酸核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷磷酸核苷磷酸 嘧啶核糖嘧啶核糖 氨氨核酸酶核酸酶水解水解核苷酸酶核苷酸酶核苷酶核苷酶 水解水解脱氨基脱氨基2.2.磷脂磷脂 卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，可被微生物卵磷脂酶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。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。

32、胆碱再分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。3.3.植素植素 洗涤剂中的磷酸盐为洗涤剂中的磷酸盐为可溶性可溶性的的磷酸钠磷酸钠 土壤中的磷酸盐则主要是土壤中的磷酸盐则主要是难溶难溶的的磷酸钙磷酸钙 微生物产酸微生物产酸 土壤中的难溶磷酸盐土壤中的难溶磷酸盐 可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐 洗涤剂中的可溶性磷酸盐洗涤剂中的可溶性磷酸盐 卵磷脂、核酸、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、大肠杆菌等还原为原为PH3。（。（自燃自燃鬼火鬼火） + 8H H3PO4 PH3 4H2O第六节第六节 铁、锰的循环铁、锰的循环 所有的生物都需要

33、铁，而且要求溶解性的二价亚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铁盐，二价和三价铁的转化受pHpH和氧化还原电位和氧化还原电位影响。影响。pHpH为中性和有氧时，二价铁氧化为三价铁为中性和有氧时，二价铁氧化为三价铁的氢氧化物。无氧时，存在大量二价铁。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）

34、沉积于水管壁菌就转化二价铁为三价铁（锈铁）沉积于水管壁上。上。1.发现发现 19751975年年, ,有人用显微镜研究盐泽的泥浆沉淀物时有人用显微镜研究盐泽的泥浆沉淀物时, ,观察到有些微生物持续不变地向一个方向游动观察到有些微生物持续不变地向一个方向游动, ,它它们聚集在一滴污水的某一边缘们聚集在一滴污水的某一边缘. .这是一种趋光性反这是一种趋光性反应吗应吗? ?不是不是, ,因为不管落在显微镜片上的光怎样分因为不管落在显微镜片上的光怎样分布布, ,细菌总是游向同一个边缘细菌总是游向同一个边缘, ,甚至当显微镜被木甚至当显微镜被木盒盖住、转向或移放到其它房间时，细菌仍然游盒盖住、转向或移放

35、到其它房间时，细菌仍然游向同一方向。向同一方向。 这究竟是怎么一回事呢？它的这种运动与地球的这究竟是怎么一回事呢？它的这种运动与地球的磁场有关吗磁场有关吗 实际上这是一种趋磁性行为。实验证明：当把一小实际上这是一种趋磁性行为。实验证明：当把一小滴泥浆用暗场照明的显微镜在低倍率（约滴泥浆用暗场照明的显微镜在低倍率（约80倍）倍）下放大检查时，游动的、折射光的细菌看起来像下放大检查时，游动的、折射光的细菌看起来像一些游动的小光点。在只有地磁场而没有其它磁一些游动的小光点。在只有地磁场而没有其它磁场作用时，一些细菌就持续不断地向北游动，并场作用时，一些细菌就持续不断地向北游动，并聚集在小水滴的北面的

36、边缘。如果把一条形磁铁聚集在小水滴的北面的边缘。如果把一条形磁铁放在附近，细菌就游向吸引罗盘针指向北端的那放在附近，细菌就游向吸引罗盘针指向北端的那一极。一极。 引起趋磁性的内因是：在细菌的细胞质内有一些引起趋磁性的内因是：在细菌的细胞质内有一些50nm50nm宽宽的小颗粒，每一颗粒是一个单磁畴。这样的小颗粒称为的小颗粒，每一颗粒是一个单磁畴。这样的小颗粒称为磁小体。它们通常是立方体或八面体、平行于细胞的长磁小体。它们通常是立方体或八面体、平行于细胞的长轴排列成单链或双链。轴排列成单链或双链。 l趋磁性的最简单解释是，一个正在游动的细菌由于趋磁性的最简单解释是，一个正在游动的细菌由于地磁场施加

37、于磁性小体的转动力矩而被动地指向。地磁场施加于磁性小体的转动力矩而被动地指向。例如，当磁场强到几个高斯时，细菌会很好地选取例如，当磁场强到几个高斯时，细菌会很好地选取择方向且有较大的波动速度。磁场较弱时，由于受择方向且有较大的波动速度。磁场较弱时，由于受热扰动影响，定向能力较弱，在磁场方向中游速就热扰动影响，定向能力较弱，在磁场方向中游速就较慢。较慢。l人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。领。 l趋磁细菌是一类在外磁场的作用下能作定向运动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