微生物在环境物质循环中作用

包含天然物质循环和污染物质循环，其实从本质上看，并没有太大区分，不过，污染物质进入，会影响原有物质循环一些步骤。各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等。推进物质进行循环作用包含物理、化学和生物作用，其中生物起到了主导作用，而微生物在这当中又占了极主要地位。微生物在环境物质循环中作用第1页第一节碳循环微生物在环境物质循环中作用第2页碳在陆地和水生境循环微生物在环境物质循环中作用第3页微生物在碳素循环中作用微生物在碳素循环中含有非常主要作用，它们既参加固定CO２光合作用，又参加再生CO２分解作用。1、光合作用：参加光合作用微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细菌，它们经过光合作用，将大气中和水体中CO２合成为有机碳化物。尤其是在大多数水生环境中，主要光合生物是微生物，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。2、分解作用：自然界有机碳化物分解，主要是微生物作用。陆地和水域有氧条件中，经过好氧微生物分解被彻底氧化为CO２

；在无氧条件中，经过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氢和CO２。微生物在环境物质循环中作用第4页一、碳水化合物转化单糖：葡萄糖二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖多糖：淀粉、纤维素、半纤维素难溶多糖，且当一些难溶解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。这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。提问：哪些糖类会成为污染物？微生物在环境物质循环中作用第5页1．纤维素转化葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β-1，4糖苷键）。起源：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。微生物在环境物质循环中作用第6页β-1,4-糖苷键纤维素分子结构微生物在环境物质循环中作用第7页（1）微生物分解路径微生物在环境物质循环中作用第8页（2）分解纤维素微生物好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌——链霉菌属。真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。需要时能够向有菌种库研究机构购置或自行筛选。微生物在环境物质循环中作用第9页微生物在环境物质循环中作用第10页2．半纤维素转化存在于植物细胞壁中。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解过程好氧分解EMP\TCA聚糖酶CO2+H2O半纤维素单糖+糖醛酸H2O各种发酵产物厌氧分解分解纤维素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素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。微生物在环境物质循环中作用第11页二、

脂肪转化脂肪是甘油和高级脂肪酸所形成脂，存在于动植物体内，是人和动物能量起源，也是许多微生物碳源和能源。微生物在环境物质循环中作用第12页脂肪脂肪酶甘油脂肪酸简单酸+CO2+H2OCO2+H2O饱和脂肪酸+甘油

→

在常温下为固态，称为脂不饱和脂肪酸+甘油

→

在常温下为液态，称为油起源：毛纺厂、油脂厂、制革厂等作用微生物：脂肪是比较稳定化合物，但仍有微生物能够降解它。如细菌中荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌等，真菌中青霉、白地霉、曲霉、镰刀霉及解脂假丝酵母等，一些放线菌和分枝杆菌。

磷酸二羟丙酮丙酮酸，进入TCA循环

微生物在环境物质循环中作用第13页第三节

氮循环自然界中氮元素有：分子氮（空气中N2）有机氮（氨基酸、蛋白质、核酸等）无机氮（NH4+、NO3-等）

氮素循环包含：固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用微生物在环境物质循环中作用第14页氮循环工业固氮高能固氮生物固氮有机氮合成氨化作用硝化作用反硝化作用O2不足硝化细菌反硝化细菌亚硝酸盐微生物在环境物质循环中作用第15页1、生物固氮--大气中N2经过一些原核微生物固氮作用合成为化合态氮。

2、硝化作用--土壤或水体中氨态氮经化能自养菌氧化而成为硝酸态氮过程。

微生物在环境物质循环中作用第16页3、氨化作用--有机氮经微生物氨化作用释放出氨。微生物在环境物质循环中作用第17页4、反硝化作用--硝酸和亚硝酸又可在无氧条件下经微生物反硝化作用，最终变成N2或N2O，返回至大气中。微生物在环境物质循环中作用第18页一、生物固氮作用什么叫做生物固氮？固氮微生物将大气中N2还原为NH3过程。共生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌→豆科植物放线菌→非豆科植物蓝藻→水生蕨类等圆褐固氮菌（好氧）梭菌（厌氧）鱼腥藻等为代表固氮蓝藻固氮微生物有哪些种类？微生物在环境物质循环中作用第19页铁蛋白铁钼蛋白e-+H+ATPADP+Pi固氮酶NH3固氮过程：N2微生物在环境物质循环中作用第20页蓝细菌细胞特化形式：（1）静息孢子：壁厚，休眠细胞，富含储备物，抗不良环境（2）异形孢：固氮静息孢子异形孢营养细胞微生物在环境物质循环中作用第21页二、蛋白质转化R-CH-COOHNH2R代表不一样基团氨基酸1.蛋白质氨化氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮过程（NH3、NH4+）

肽蛋白酶水解肽酶水解蛋白质氨基酸（1）蛋白质初步水解成氨基酸微生物在环境物质循环中作用第22页（2）氨基酸脱氨基产生氨①水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）RCHNH2COOH+H2ORCH(OH)COOH+NH3RCHNH2COOH+H2ORCH2OH+CO2+NH3②氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3③还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）RCHNH2COOH+2H+RCH2COOH+NH3RCHNH2COOH+2H+RCH3+CO2+NH3微生物在环境物质循环中作用第23页氨化细菌：参加氨化作用细菌。好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌厌氧性：腐败梭菌兼性菌：变形杆菌。问题：参加有哪些微生物呢？微生物在环境物质循环中作用第24页三、硝化作用1.硝化作用概念

在有氧气时，微生物将氨氧化为硝酸作用2.参加硝化作用微生物

硝化细菌亚硝酸细菌硝酸细菌两类细菌相伴而生，作用相连。微生物在环境物质循环中作用第25页硝化细菌特征：（1）革兰氏阴性菌，不生芽孢，球状或短杆状（2）强好氧性，中温性（最适30℃，5-40℃范围活动）（3）中性或碱性环境。不能在强酸环境生活。（4）对毒物敏感。极少锰对其有毒害。问题：硝化细菌有哪些特征？微生物在环境物质循环中作用第26页3.硝化作用过程（1）亚硝酸形成阶段2NH3+3O2亚硝酸细菌2HNO2+2H2O+ATP亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属微生物在环境物质循环中作用第27页（2）硝酸形成阶段2HNO2+O2硝酸细菌2HNO3+ATP硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。HNO3是植物吸收利用有效氮素养料。微生物在环境物质循环中作用第28页4.硝化作用进行条件O2NH3碱性物质（如NaHCO3，中和产生亚硝酸和硝酸）不需有机物存在蛋白质最终被氧化成：CO2、H2O、HNO3、H2SO4微生物在环境物质循环中作用第29页四、反硝化作用概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被反硝化细菌还原成NO2-、NO、N2O、N2

过程。

1.反硝化过程C6H12O6+4NO3-6H20+6CO2+2N2

+ATP缺氧N2NO3-NO2-NON2O反硝化细菌（硝酸还原菌和亚硝酸还原菌）微生物在环境物质循环中作用第30页2.反硝化作用微生物类型含有反硝化细菌种一些属有机营养型

假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、

土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、

盐杆菌属、慢生根瘤菌属化能无机营养型

硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属光能营养型

红假单胞菌属混合型

副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属反硝化细菌：进行反硝化作用微生物。50多属。兼性厌氧菌。反硝化细菌部分属群微生物在环境物质循环中作用第31页3.反硝化作用发生条件NO3-

有机物质存在氧气＜0.5mg/L（O2存在主要是抑制了呼吸作用中异化性硝酸盐还原酶合成，而对同化作用中同化型硝酸盐还原酶不发生影响）最适pH中性或微碱性中温型25℃微生物在环境物质循环中作用第32页有机硫化物硫酸盐H2S元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用一、分解作用（含硫有机物分解）：动、植物和微生物尸体中有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、H2S等）过程称为分解作用。微生物：氨化微生物第四节硫循环微生物在环境物质循环中作用第33页有机硫化物硫酸盐H2S元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用二、同化作用微生物利用硫酸盐和H2S

，组成本身细胞物质过程称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源种类。仅少数微生物同化H2S。微生物在环境物质循环中作用第34页三、无机硫氧化作用无机硫氧化作用是微生物氧化H2S

、元素Ｓ或FeS等生成硫酸盐过程。主要是硫细菌。硫细菌有两大类：1、无色化能营养型：硫杆菌，自养型，不生芽孢，短杆，多以端生鞭毛运动；丝状硫磺细菌，自养型。2、有色光能营养型紫硫菌和绿硫菌有机硫化物硫酸盐H2S元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用微生物在环境物质循环中作用第35页四、无机硫还原作用(硫酸盐还原或反硫化作用)无机硫化物还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成H2S过程。参加此过程微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）有机硫化物硫酸盐H2S元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用微生物在环境物质循环中作用第36页生物有机磷不溶性磷酸盐磷酸或可溶性磷酸盐与土壤中盐基结合产酸微生物作用或磷肥生产植物与微生物吸收同化微生物分解作用图微生物在自然界中磷元