碳循环的原理及应用

1、国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库水处理微生物水处理微生物碳循环的原理及应用赵敏娟 副教授知识点国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库主要内容主要内容自然界中的碳素循环的原理自然界中的碳素循环的原理微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 自然界自然

2、界的物质循环主要可归纳为两个方面：的物质循环主要可归纳为两个方面： 一一是无机物的有机质化，即生物合成作用是无机物的有机质化，即生物合成作用；另；另一个是有一个是有机物的无机质化，即矿化作用或分解作用机物的无机质化，即矿化作用或分解作用。这。这两个过程又对两个过程又对立、又统一，构成了自然界的物质循环。立、又统一，构成了自然界的物质循环。 碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 在在物质循环过程中，以高等绿色植物为主的生产者，在物质循环过程中，以高等绿色植物为主的生产者，

3、在无机物的有机质化过程中起着主要的作用；以异养型微生物无机物的有机质化过程中起着主要的作用；以异养型微生物为主的分解者，在有机质的矿化过程中起着主要作用。如果为主的分解者，在有机质的矿化过程中起着主要作用。如果没有微生物的作用，自然界各类元素及物质，就不可能周而没有微生物的作用，自然界各类元素及物质，就不可能周而复始地循环利用，自然界的生态平衡就不可能保持，人类社复始地循环利用，自然界的生态平衡就不可能保持，人类社会也将不可能生存发展。会也将不可能生存发展。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境

4、监测与治理专业教学资源库自然界中的碳素循环的原理碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 碳素碳素是生物体最重要的一种元素，是细胞结构骨架的物是生物体最重要的一种元素，是细胞结构骨架的物质，植物组织及生物细胞含有大量碳素，约占干重的质，植物组织及生物细胞含有大量碳素，约占干重的40405050，而它的主要来源是大气中的二氧化碳，但大气中的二氧，而它的主要来源是大气中的二氧化碳，但大气中的二氧化碳含量处于一种永远供应不足的状态，只有通过生物所推化碳含量处于一种永远供应不足的状

5、态，只有通过生物所推动的碳素循环，特别是微生物的分解作用，使不同形态的碳动的碳素循环，特别是微生物的分解作用，使不同形态的碳素相互转化，大气中的二氧化碳才不会被耗竭，生命才能维素相互转化，大气中的二氧化碳才不会被耗竭，生命才能维持。持。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库自然界中的碳素循环的原理自然界中的碳素循环的原理 绿色植物和微生物通过光合作用固定自然界中的二氧化绿色植物和微生物通过光合作用固定自然界中的二氧化碳，合成有机物碳化物，进而转化成各种有机物；植物和微碳，

6、合成有机物碳化物，进而转化成各种有机物；植物和微生物进行呼吸作用获得能量，同时放了二氧化碳，动物以植生物进行呼吸作用获得能量，同时放了二氧化碳，动物以植物和微生物为食，并在呼吸作用中释放出二氧化碳。当动植物和微生物为食，并在呼吸作用中释放出二氧化碳。当动植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量二物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量二氧化碳，于是整个碳素循环完成。碳素循环包括二氧化碳的氧化碳，于是整个碳素循环完成。碳素循环包括二氧化碳的固定和二氧化碳的再生。固定和二氧化碳的再生。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水

7、环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库自然界中的碳素循环的原理自然界中的碳素循环的原理 二氧化碳的固定是将二氧化碳元还原为碳水化合物的生二氧化碳的固定是将二氧化碳元还原为碳水化合物的生化反应过程，对于微生物来讲，这个过程主要是通过光合作化反应过程，对于微生物来讲，这个过程主要是通过光合作用和化能合成作用来实现的。用和化能合成作用来实现的。 碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库自然界中的碳素循环的原理自然界中的碳素循环的原理 碳素循环过程中

8、，食物链起到了媒介作用。植物和微生碳素循环过程中，食物链起到了媒介作用。植物和微生物通过光合作用固定二氧化碳成为有机碳化合物，获得生长物通过光合作用固定二氧化碳成为有机碳化合物，获得生长，同时通过呼吸作用释出二氧化碳。动物以植物和微生物为，同时通过呼吸作用释出二氧化碳。动物以植物和微生物为食物，并通过呼吸作用释放二氧化碳食物，并通过呼吸作用释放二氧化碳, ,动物死后，通过微生动物死后，通过微生物的作用，转变为有机碳化物，并进一步转变为二氧化碳，物的作用，转变为有机碳化物，并进一步转变为二氧化碳，从而完成碳素循环。从而完成碳素循环。从而完成碳素循环。从而完成碳素循环。碳循环的原理及作用碳循环的原

9、理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库自然界中的碳素循环的原理自然界中的碳素循环的原理 无论食物链上哪一个营养级上的异氧代谢过程消耗的有无论食物链上哪一个营养级上的异氧代谢过程消耗的有机物，最终要以二氧化碳的形式返还到大气中。微生物在转机物，最终要以二氧化碳的形式返还到大气中。微生物在转化有机物的过程中，使一部分有机物合成细胞，一部分成为化有机物的过程中，使一部分有机物合成细胞，一部分成为其他有机物排出体外，一部分则转化为二氧化碳。其他有机物排出体外，一部分则转化为二氧化碳。碳循环的原理及作用碳循环

10、的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库11CO2+H2O化石燃料化石燃料呼吸作用呼吸作用O2 +“CH2O”醇，有机酸，醇，有机酸，H H2 2+CO+CO2 2CH4光合作用光合作用发酵作用发酵作用有氧环境有氧环境无氧环境无氧环境碳、氢、氧元素在自然界中的循环碳、氢、氧元素在自然界中的循环碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库微生物在碳素循环中的作用碳循环的原理及作用碳循

11、环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中具有非常重要的作用，它们既参与微生物在碳素循环中具有非常重要的作用，它们既参与固定固定CO2光合作用，又参与再生光合作用，又参与再生CO2的分解作用。的分解作用。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库有机物有机物呼吸呼吸好氧好氧碳固定碳固定厌氧厌氧碳固定碳固定厌氧呼吸

12、厌氧呼吸发酵发酵产甲烷作用产甲烷作用甲烷氧化甲烷氧化CO氧化氧化产甲烷作用产甲烷作用碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用（1）光合作用）光合作用 绿色植物绿色植物、藻类、蓝细菌等，在大多数水生环境中，、藻类、蓝细菌等，在大多数水生环境中，主要的光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类主要的光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。（2）发酵

13、作用）发酵作用 陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被彻底氧化为彻底氧化为CO2；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有乙酸、甲烷、氢和被不完全氧化成有乙酸、甲烷、氢和CO2。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用（3）甲烷产生）甲烷产生 发酵细菌、产甲烷细菌、产氢产乙酸菌发酵细菌、产甲烷细菌、产氢产乙酸菌（4）地化作用）地化作用

14、 形成煤、石油，化石燃料、火山等形成煤、石油，化石燃料、火山等（5）呼吸作用）呼吸作用 所有生物所有生物碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用 把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物解处于一种良好的碳平衡循环中。解处于一种良好的碳平衡循环中。微生物的分解作用微生物的分解作用 光合作用固定的光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形式积累于木中大部分以聚糖形式积累于木本和草本植物躯干

15、中，木材占本和草本植物躯干中，木材占60%，其中，其中75%是纤维素、是纤维素、约约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。分解纤左右。分解纤维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库2 进入自然界的有机物质往往是纤维素、半纤维素、果进入自然界的有机物质往往是纤维素、半纤维素、果胶、蛋白质、淀粉、核酸等大分子复合物，这些复合物的胶、蛋白质、淀粉、核酸

16、等大分子复合物，这些复合物的分解只能是一步一步逐级分解的过程。在好氧条件下把这分解只能是一步一步逐级分解的过程。在好氧条件下把这些复合物彻底分解氧化为些复合物彻底分解氧化为CO2和水，在厌氧条件下全部转和水，在厌氧条件下全部转化为化为CH4、CO2和和NH4等物质，这个过程必须由多种微生等物质，这个过程必须由多种微生物相互分工协同作用，一环接一环地推动完成。物相互分工协同作用，一环接一环地推动完成。 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理

17、专业教学资源库纤维素是是植物细胞壁的主要成分，是世界上最丰富的纤维素是是植物细胞壁的主要成分，是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的天然有机物，占植物界碳含量的50以上。以上。 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用碳循环的原理及作用碳循环的原理及作用国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库2 分解纤维素的微生物主要是真菌，一些放线菌、细菌和原分解纤维素的微生物主要是真菌，一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分解纤维素的能力最强。生动物等也具有这种能力。真菌分解纤维素的能力最强。2 分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很较为活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物多，大大超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有有己糖、戊糖，糖醛酸己糖、戊糖，糖醛酸等。等。 微生物在碳素循环中的作用微生物在碳素循环中的作用碳循环的原理