第六章在物质循环中的作用

1、第六章第六章 微生物在自然界微生物在自然界 物质循环中的作用物质循环中的作用碳碳 素素 循循 环环氮氮 素素 循循 环环硫、磷、铁等其它无机元素的循环硫、磷、铁等其它无机元素的循环第一节第一节 碳素循环碳素循环 自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白质等。在碳循环中，CO2大部分来源于微生物分解有机物，碳的循环是以CO2为中心的。1、微生物分解有机物的一般途径1、复杂有机物简单有机物细胞内加以吸收营养摄取2、纤维素的分解v 纤维素是葡萄糖高分子聚合物，(C6H10O5)n，n=1400-10000。由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，天然纤维素为无臭、无味白色丝状物。v来源：以树

2、木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。v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。纤维素酶 2(C6H10O5)n + nH2O nC12H22O11（纤维二糖）纤维二糖酶 nC12H22O11 + nH2O 2nC6H12O6 葡萄糖被微生物吸收进入体内，进行好氧或厌氧的分解。 v 存在于植物细胞壁内，是由多种戊糖或己糖组成的大分子缩聚物，组成中有聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）、聚己糖（半乳糖、甘露糖）己聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）。含量仅次于纤维素。v来源：造纸废水和人造纤维废水。v

3、作用的微生物：能够分解纤维素的微生物大部分能分解半纤维素。3、半纤维素的分解作用过程： 水解半纤维素单糖+ 糖醛酸糖醛酸再进行好氧或厌氧分解。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单糖后，才能被微生物吸收分解。4、果胶质的分解v 由D-半乳糖醛酸以-1,4 糖苷键构成的直链高分子化合物。存在于植物细胞中。天然的果胶不溶于水，称为原果胶。v来源：造纸、制麻等。v作用的微生物：细菌（如枯草杆菌、多粘芽孢杆菌、）真菌（青霉 分解过程： 水解（原果胶酶）原果胶 可溶性果胶+ 聚戊糖 水解 果胶甲脂酶 果胶酸+ 甲醇 水解 聚半乳糖酶 半乳糖醛酸5、淀粉的分解v

4、淀粉分直链和支链两类。是由葡萄糖分子脱水缩合，以-D-1,4 葡萄糖苷键（不分支）或-1,6 键结合（分支）而成。广泛存在于植物种子和果实中。淀粉也是人类获取的主要食物来源之一。v来源：淀粉厂、酒厂等。v作用微生物：细菌（如枯草杆菌）和霉菌（如青霉、曲霉等） 分解过程：淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖 糊精酶麦芽糖苷酶葡萄糖苷酶6、脂肪的分解v 脂肪是甘油和高级脂肪酸所形成的酯，存在于动植物体内，是人和动物的能量来源，也是许多微生物的碳源和能源。组成脂肪的脂肪酸几乎都有偶数个碳原子。v来源：毛纺厂、油脂厂、制革厂等v作用微生物：如细菌中的荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、镰刀

5、霉及解脂假丝酵母等，某些放线菌和分枝杆菌。分解过程： 脂肪+ 3H2O 甘油+ 高级脂肪酸 脂肪酶l 木质素在植物体内的含量仅次于纤维素和半纤维素。酸、热水和中性溶剂对它都不起作用，只溶于碱，是植物残体中最难分解的组分。l来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。l作用微生物：在自然界中，能降解木质素的生物极少。木材的完全降解是真菌、细菌等微生物共同作用的结果，其中真菌起主要作用。（1 1）、烷烃）、烷烃l 一般过程为逐步氧化生成相应的醇、醛和酸，而后经-氧化进入三羧酸循环（TCA），最终分解成CO2 和H2O。（2 2）、烯烃）、烯烃l 大多数烯烃比烷烃和芳烃都容易被微生物所利用

6、。微生物对烯烃的代谢主要是产生具有双键的加氧氧化物或环氧化物，最终形成饱和或不饱和的脂肪酸，然后再经-氧化进入三羧酸循环而被完全分解。（3）、脂环烃类）、脂环烃类 所有烃类中脂环烃类对微生物的抵抗力最强。第二节第二节 氮素循环氮素循环氮素的来源地球沉积物中各种形态的氮大气中的氮气生物残体和土壤中的有机氮一一、氨化作用 能够分解蛋白质的微生物很多，细菌、真菌、放线菌等。 蛋白质多肽二肽氨基酸蛋白酶（胞外酶）（胞内酶）肽酶定义：有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程。 能够分解核酸的微生物很多，细菌、真菌、放线菌等。 v 尿素能被许多微生物（尿素细菌）转化成氨，如尿八联球菌、尿小球菌、尿素芽

7、孢杆菌等。v vCO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O尿酶二二、硝化作用v硝化作用：在有氧的条件下，氨经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化成硝酸的过程。 狭义的硝化作用：狭义的硝化作用：广义的硝化作用：广义的硝化作用：v硝化作用：在有氧的条件下，所有含氮有机物或无机物中的还原态氮进行氧化的过程。 狭义的反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐经微生物作用被还原为N2的过程。广义的反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐经微生物作用被还原为亚硝酸、次亚硝酸、NO和N2的过程。四四、固氮作用v 空气中有大量的氮气，但植物和大多数微生物都不能直接利用它，只有少数微生物可直接

8、利用。v 固氮微生物在固氮酶的作用下，把分子氮转化成氨，进而合成有机氮化合物，称为固氮作用。固氮微生物 Mg2+ATPN2 +6H2NH3固氮微生物：细菌、放线菌、蓝藻和古细菌。有机氮1、根据微生物与植物的关系，可将固氮分为3个类型： 共生固氮菌：只有与其它生物共生时才能固氮的微生物，如根瘤菌。活性是固氮体系中最高的。 联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物。 自生固氮菌：能独立进行固氮的微生物，如蓝藻。2、固氮酶3、影响固氮作用的因素（1）、含氮化合物浓度：高了不利于固氮（2）、O2 的含量：高了不利于固氮第三节 其它无机元素的循环无机元素循环与转化的一般途径：无

9、机元素循环与转化的一般途径：1、无机物的有机质化吸收、合成作用2、含无机元素的有机物的分解分解代谢3、无机物的氧化与还原4、无机物的溶解与沉淀v一、硫循环v二、磷、锰循环v三、铁循环 含硫的化合物有：含硫有机物（如蛋白质中的-SH基）； 无机硫化合物；元素硫 一、硫循环一、硫循环1、含硫有机物的分解： 含硫有机物如蛋白质、含硫氨基酸、磺基化合物等在微生物的分解中，经脱硫氢作用生成H2S，进行含硫有机物的无机质化过程。2、含硫无机物的分解： 硫化氢、单质硫或硫化亚铁等在硫细菌的作用下进行氧化，最后生成硫酸的过程。3、硫酸盐还原： 硫酸盐在缺氧条件下被还原生成硫化氢的过程。二、磷循环二、磷循环磷循环： 不可溶性磷酸盐中的一部分在微生物作用下能够被酸类物质逐渐溶解，而另有一部分以不溶性形式沉淀下来，离开了循环。这就是磷循环是不完全循环磷循环是不完全循环的原因所在的原因所在。 自然界Fe以无机铁化合物和有机铁化合物两种状态存在。无机铁化合物有溶解性的Fe2+和不溶性的F