微生物在自然界物质循环和转化中的作用课件

第九章微生物在自然界

物质循环中的作用微生物在物质循环中的主要作用是生物食物链的初级生产者2.是有机物质的降解者3.是地球上物质和能量的保存者微生物与生物地球化学循环碳素循环氮素循环硫素循环其他元素的微生物转化

磷素循环

整个生物圈要获得繁荣昌盛的发展，其能量来源主要依赖于太阳，而其元素来源则主要依赖于微生物所推动的物质循环。CO2有机质第一节碳素循环第一节碳素循环微生物在碳循环中的作用降解作用呼吸作用发酵作用甲烷形成光合作用在自然界中，碳及含碳化合物以多种状态存在着。其中有大气中的CO2（含量为0.032％）、溶于水中CO2,H2CO3中的碳、含碳岩石（石灰石、大理石）和化石燃料（煤、石油、天然气等）中所含的碳以及有机物中的碳。CO2+H2OCO2+CH2O醇有机酸

CO2+H2CH4光合作用发酵作用呼吸作用化石燃料碳、氢、氧元素在自然界的循环有氧条件下无氧条件下(2)无氧中温条件

细菌：纤维分解梭菌。

真菌：木朽菌、层孔菌

放线菌：（一）纤维素的分解(3)高温条件：在60—70℃条件下生长，并分解纤维素

细菌：热纤维菌

放线菌：链霉菌属、小单孢菌属（一）纤维素的分解2、微生物分解纤维素的生化机制纤维素单糖纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶β-葡萄糖苷酶纤维素复合酶（二）半纤维素的分解五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖分解半纤维素的微生物：真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）原生动物藻类（三）果胶物质的分解半乳糖醛酸以α-1，4糖苷键连成的多糖

1、分解果胶的微生物细菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等

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胶。

露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。2、果胶分解的应用---麻类脱胶（三）果胶物质的分解（四）木质素的分解带支链的芳香族化合物的聚合体。降解特点：主要微生物：真菌中的担子菌。芳香族化合物酚类酚酶（五）几丁质的分解

N-乙酰氨基葡萄糖以β-1，4糖苷键连接细菌：嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：链霉菌（六）甲烷的形成和转化甲烷形成的生化机制甲烷产生菌甲烷营养菌和甲烷的氧化甲基营养菌和一碳化合物的同化微生物在氮素循环中的作用生物固氮同化作用氨化作用硝化作用第二节氮素循环

氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五种：铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和大气中的游离氮气。

反硝化作用自然界中的氮素循环有机氮无机氮无机氮无机氮氮气植物及微生物的固定微生物微生物微生物微生物微生物

氮素循环中微生物的作用：氨化作用（ammonnification）定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。许多好氧和一些厌氧菌都有强烈的氨化作用能力。分解蛋白质的微生物种类：Proteusvulgaris（普通变形杆菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌），Clostridiumputrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌：Sporosarcinaureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌：Bacteriumchitinophilum（嗜几丁杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。（一）氨化作用有机态N被微生物降解形成NH3的过程(1)蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质蛋白酶水解肽肽酶水解氨基酸降解NH3氧化脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用（一）氨化作用(2)尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3尿酶2NH3+CO2+H2O（一）氨化作用(2)尿素的氨化尿素细菌：

1、球菌：尿素生孢八叠球菌

2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌（一）氨化作用(2)尿素的氨化尿素细菌的生理特点：①喜好碱性条件。②以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。（二）硝化作用氨氧化形成硝酸盐的微生物学过程硝化作用化能自养型异养型1、硝化细菌和硝化作用的过程NH4+

NO2-NO3-硝酸细菌亚硝酸细菌生物固氮：据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5107吨，林地4.0108吨，海洋3.6108吨，其它土壤0.6108吨。根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。硝化作用（nitrification）定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。过程：两阶段——（1）由亚硝化细菌参与，铵→亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。2、影响硝化作用的环境因素

(1)pH值：适宜微碱性

(2)温度：4-40℃，最适：25-35℃(3)通气：需氧

(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3、硝化作用的农业意义淋溶硝化作用的化学抑制（二）硝化作用反硝化作用定义：由硝酸盐还原成NO2–并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）。菌种：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonasaeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。（三）反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用HNO3N2O或N2NH3合成性硝酸还原作用硝酸盐的异化还原作用（脱氮）1、反硝化作用的过程（三）反硝化作用2、反硝化作用微生物大多数：异养兼厌气性极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）（三）反硝化作用3、环境对反硝化作用的影响①水分及通气状况②pH值③有机质与NO-3含量土壤及水环境氧被消耗而造成局部的厌氧环境松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。反硝化作用的生态学作用：好氧性机体的呼吸作用硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸反硝化作用在氮素循环中的重要作用土壤中植物能利用的氮（硝酸盐NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。第三节硫、磷等元素的循环

硫是生命物质所必需的元素，其需要量大约是氮素的十分之一（在生物体内C∶N∶S=100∶10∶1）。硫元素在自然界中的贮量十分丰富。硫素循环类似于氮素循环，其各个环节都有相应的微生物参与。（一）硫素循环微生物在硫素循环中的作用硫的氧化硫酸盐还原有机硫