微生物在自然界物质循环中的作用

1、会计学1微生物在自然界物质循环中的作用微生物在自然界物质循环中的作用第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。增加，从而对环境造成污染。这类多糖主要是这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉胶质、木质素、淀粉。第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用1、纤维素的分解、纤维素的分解第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的

2、作用(C6H10O5）n1014kg来源来源:棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。市垃圾等，其中均含有大量纤维素。微生物微生物微生物分解途径微生物分解途径第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用(1)(1)有氧、中温条件有氧、中温条件a.a.真菌真菌( (木霉属木霉属) ) 木材腐朽：木材腐朽： 褐褐 腐腐：只分解木材中的纤维素剩下木质素。：只分解木材中的纤维素剩下木质素。 白白 腐：腐：只分解木材中的木质素剩下纤维素。只分解木材中的木质素剩下纤维素。b.b.细菌细菌（食纤维菌属（食纤维菌属) )c.

3、c.放线菌放线菌、分解纤维素的微生物、分解纤维素的微生物(2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细细 菌菌：纤维分解梭菌：纤维分解梭菌 真真 菌菌：木朽菌、层孔菌：木朽菌、层孔菌 放线菌放线菌：第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用(3)(3)高温条件：在高温条件：在60607070条件下生长，并分解纤维素。条件下生长，并分解纤维素。 细细 菌：菌：热纤维菌热纤维菌 放线菌放线菌：链霉菌属、小单孢菌属：链霉菌属、小单孢菌属 真真 菌：菌：、分解纤维素的微生物、分解纤维素的微生物第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用 纤维素纤维素 单糖单糖按作用场所分：按作

4、用场所分： 表面酶：表面酶：分布于细胞表面分布于细胞表面, ,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）。菌）。 胞外酶：胞外酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌形成的纤维在细胞生活环境中起作用的酶（真菌形成的纤维素酶）。素酶）。内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纤维素复合酶纤维素复合酶、微生物分解纤维素的生化机制、微生物分解纤维素的生化机制第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用、半纤维素的分解、半纤维素的分解存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤

5、维废水中含半纤维。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。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 厌氧分解厌氧分解五碳糖、六碳糖、糖醛酸五碳糖、六碳糖、糖醛酸的组成的多糖的组成的多糖第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用分解半纤维素的微生物：分解半纤维素的微生物：真菌（真菌（双孢蘑菇根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉双孢蘑菇根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉及镰刀霉）。）。放线菌（放线菌（青铜色小单孢菌青铜色小单孢菌）细菌（细菌（许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细

6、菌）藻藻 类类、果胶物质的分解、果胶物质的分解第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用半乳糖醛酸以半乳糖醛酸以-1，4糖苷键连成的多糖糖苷键连成的多糖（1 1）、分解果胶的微生物）、分解果胶的微生物细细 菌、放线菌、菌、放线菌、真真 菌等菌等 水浸法：水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。胶。 露浸法：露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。分解果胶。（2 2）、果胶分解的应用）、果胶分解的应用-麻类脱胶麻类脱胶、木质素的分解、木质素的分解第

7、一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用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，由松柏醇、香豆醇和芥由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。子醇聚合而成的高度分枝多聚物。木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素、木质素的分解、木质素的分解第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用主要微生物：主要微生物： 真菌中的真菌中的担子菌担子菌 放线菌中的放线菌中的链霉菌链霉菌 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有软确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有软腐菌。腐菌。(Phanerochaete chr

8、ysosprium)是白腐真菌的一种，隶是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。菌目、丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分解后漏出白色白色的纤维素部分。第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用纤维素分解复合菌系PC1第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用PC1对稻秆的分解MC1处理8d后的稻秆第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用 第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用MC1-1MC1-4MC1-2MC1-3MC1-5MC1-6第一节第一节 碳素循环中微生

9、物的作用碳素循环中微生物的作用第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用、几丁质的分解、几丁质的分解第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用N-乙酰氨基葡萄糖以乙酰氨基葡萄糖以-1，4糖苷键糖苷键连接而连接而成的大分子成的大分子主要微生物：主要微生物：细菌：细菌：嗜几丁质芽孢杆菌嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：放线菌：链霉菌链霉菌水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂量油脂降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的

10、微生物：细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌杆菌丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉途径：途径：水解水解+氧化氧化第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多种多种细细 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 诺诺卡氏菌卡氏菌酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物

11、的作用以环己烷为例以环己烷为例 第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。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

12、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、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌 苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯、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 菲的代谢菲的代谢蒽的代谢蒽的代谢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的后半段是相同的，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下，可表示如下提问：提问：为什么

13、这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶种类：种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、杀虫剂、除草剂以及各种工稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等艺流程中的废品等。第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用甲基分支干扰生物降解甲基分支干扰生物降解，链末端与，链末端与4个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强。更强。第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用第一节第一节 碳

14、素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用生物体有机态氮NO3-NH4+NO2-NON2O大气N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用异化还原作用第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用有机氮有机氮氨态氮氨态氮亚硝态氮亚硝态氮硝态氮硝态氮氮氮 气气植物及微生物的固植物及微生物的固定定微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用

15、一、氨化作用一、氨化作用有机态有机态N被微生物降解形成被微生物降解形成NH3的过程的过程(1)蛋白质的氨化作用过程蛋白质的氨化作用过程蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶水解水解肽肽肽酶肽酶水解水解氨基酸氨基酸降降解解NH3氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用水解脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用还原脱氨基作用第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)(2)尿素的氨化尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3尿酶尿酶2NH3+CO2+H2O第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素

16、细菌：尿素细菌： 1 1、球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌（芽孢）：尿素生孢八叠球菌（芽孢） 2 2、芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌（唯一：巴斯德尿素芽孢杆菌（唯一N N源）源）第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌的生理特点：尿素细菌的生理特点： 喜碱性条件喜碱性条件以尿素、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、能源第一、施尿素注意第一、施尿素注意深施深施第二、尿素不要与第二、尿素不要与碱性碱性物质同时施入物质同时施入农业实践对策农业实践对策（损失率：（损失率：10-70%）

17、第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用氨化作用氨化作用有机氮有机氮无机氮无机氮微生物生长的氮源微生物生长的氮源植物生长的氮源植物生长的氮源第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用微生物生长发育过程中，从外界吸收利用的营养微生物生长发育过程中，从外界吸收利用的营养物质的物质的 C/N 是是有机质的碳氮比有机质的碳氮比C/N=12.5:1有机质的碳氮比有机质的碳氮比C/N=50:1?25：1C：N=25：1C：N=5：1有机物微生物第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用一、氨化作用一、氨化作用

18、第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用二、硝化作用二、硝化作用将铵氧化形成硝酸的微生物学过程将铵氧化形成硝酸的微生物学过程硝化作用硝化作用化能自养型（好氧）化能自养型（好氧）异异 养养 型（厌氧、耐酸）型（厌氧、耐酸）1 1、硝化细菌和硝化作用的过程、硝化细菌和硝化作用的过程NHNH4 4+ + NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸细菌硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用二、硝化作用二、硝化作用2 2、影响硝化作用的环境因素、影响硝化作用的环境因素 (1)pH(1)pH值：喜欢微碱性环境；值：喜欢微碱性环境；

19、(2)(2)温度：温度：4-404-40，最适：，最适：25-3525-35； (3)(3)通气：需要氧、通气：需要氧、COCO2 2； (4)(4)湿度：过量湿度：过量- -影响通气，不足影响通气，不足- -引起细胞缺水。引起细胞缺水。3 3、硝化作用的农业意义、硝化作用的农业意义 淋溶、反硝化淋溶、反硝化 硝化作用的化学抑制硝化作用的化学抑制第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用微生物将硝酸还原为氨、微生物将硝酸还原为氨、N2O及及N2的过程的过程HNO3 N2O 或或 N2NH3硝酸盐的硝酸盐的同化同化还原作用还原作用硝酸盐的硝酸盐的异化异

20、化还原作用还原作用（脱氮）（脱氮）1、反硝化作用的过程、反硝化作用的过程第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多数：大多数：异养、兼性厌氧异养、兼性厌氧 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）第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用三、反硝化作用三、反硝化作用3 3、环境对反硝化作用的影响、环境对反硝化作用的影响 通气状况通气状况厌氧环境厌氧环境 pHpH值值微微 碱碱 性性 有机质与有机质与NONO- -3 3含量含量丰富丰富*水稻干湿交替的栽培方式非常有

21、利于反硝化形式脱氮。第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮土壤氮素损失的途径土壤氮素损失的途径: :收获、收获、NHNH3 3、NONO3 3- -、N N2 2O O、N N2 2 投入的途径投入的途径: :施肥、降雨或灌溉、施肥、降雨或灌溉、生物固氮生物固氮等等*生物固氮量：生物固氮量：1.221.75万吨万吨/年年第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮共生固氮作用共生固氮作用100100余属余属细菌细菌放线菌放线菌兰细菌兰细菌固氮微生物固氮微生物非豆科植物非豆科植物 21个属个属豆科植物豆科植物 70

22、0700个属个属生物固氮：生物固氮： 分子态氮在微生物体内由固氮酶催化下还原为氨的过程。分子态氮在微生物体内由固氮酶催化下还原为氨的过程。第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（一）生物固氮作用的机理（一）生物固氮作用的机理1 1、固、固N N酶的结构：酶的结构：钼铁蛋白和铁蛋白（钒固氮酶）钼铁蛋白和铁蛋白（钒固氮酶）2 2、固、固N N酶固氮的基本反应酶固氮的基本反应1 1、能量（、能量（28ATP28ATP）2 2、电子供体、电子供体3 3、电子载体（、电子载体（铁氧还蛋白和黄素氧还蛋白铁氧还蛋白和黄素氧还蛋白）4、无氧环境、无氧环境(氧化电子载

23、体或抑制固氮酶氧化电子载体或抑制固氮酶）3 3、固、固N N酶作用的基本条件酶作用的基本条件N2+8e+8H+28ATP 2NH3+H2+ 28ADP+ nPi 第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（二）生物固氮种类（二）生物固氮种类1 1、自生固氮：、自生固氮：微生物独立生活时进行固氮的现象。微生物独立生活时进行固氮的现象。2、共生固氮：、共生固氮：微生物与植物形成具有特殊结构与微生物与植物形成具有特殊结构与 功能的器官而进行固氮的现象。功能的器官而进行固氮的现象。 3 3、内生固氮：、内生固氮：生活在植物根的细胞内或细胞间生活在植物根的细胞内或

24、细胞间 的某些细菌进行固氮作用的现象。的某些细菌进行固氮作用的现象。4 4、联合固氮：、联合固氮：固氮微生物与植物根系联合成松固氮微生物与植物根系联合成松 散的结构进行固氮作用的散的结构进行固氮作用的现象。现象。第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（三）影响生物固氮作用的因素（三）影响生物固氮作用的因素1、土壤化合态氮对自生和共生固氮作用的影响、土壤化合态氮对自生和共生固氮作用的影响(1) 对自生固氮的影响对自生固氮的影响:抑制固氮酶活性抑制固氮酶活性破坏电子传递破坏电子传递(2) 对共生固氮的影响对共生固氮的影响: 妨碍根瘤菌进入根毛妨碍根瘤菌进

25、入根毛 影响根瘤的长大影响根瘤的长大 降低根瘤的固氮活性降低根瘤的固氮活性丰富的化合态氮抑制固氮作用丰富的化合态氮抑制固氮作用第二节第二节 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用四、生物固氮四、生物固氮（三）影响生物固氮作用的因素（三）影响生物固氮作用的因素2、氧气对固氮作用的影响、氧气对固氮作用的影响好气固氮菌固氮的防氧保护：好气固氮菌固氮的防氧保护： 蓝细菌的异形胞蓝细菌的异形胞 豆血红蛋白豆血红蛋白生物体有机硫S5.异化性硫酸盐还原SO42 H2S1.同化性硫酸盐还原2.脱硫 作用4.硫氧化作用（2）3.硫氧化作用（1）6.异化性硫还原细菌滤沥也称细菌冶金，主要有三步：1.溶矿：硫

26、酸铜溶出2.置换：用铁屑置换铜3.再生浸矿剂：Fe2+Fe3+生物体有机磷磷酸或可溶性磷酸盐不溶性磷酸盐产酸微生物的作用或磷肥生产与土壤中的盐基结合植被与微生物的吸收同化微生物的分解作用第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用、半纤维素的分解、半纤维素的分解存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。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 厌氧分解厌氧分解五碳糖、六碳糖、糖醛酸五碳糖、六碳糖、糖醛酸的组成的

27、多糖的组成的多糖、木质素的分解、木质素的分解第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用主要微生物：主要微生物： 真菌中的真菌中的担子菌担子菌 放线菌中的放线菌中的链霉菌链霉菌 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有软确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有软腐菌。腐菌。(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。菌目、丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分解后漏出白色白色的纤维素部分。第一节第一节 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微芳香烃普遍具有生