微生物在物质循环中的作用.ppt

1、微生物在物质循环中的作用,1,报告人：王静,生物是生物地球化学循环的主要推动者,化学元素的有机质化，或称生物合成作用。,有机物质的无机质化，或称分解作用、矿化作用。,由绿色植物和自养型微生物来完成，其中绿色植物作用最强。,由动物、植物及微生物参与，微生物是自然界有机质无机质化的主要推动者。,碳 素 生 物 循 环,一、微生物分解有机物的一般途径 好氧微生物 CO2 胞内酶 H2O 复杂 微生物 简单 有机物 胞外酶 有机物 厌氧微生物 CO2、H2O、H2、CH4、H2S及有机酸、 胞内酶 醇、酮、醛等未完全氧化产物,二、微生物分解纤维素 1、纤维素：葡萄糖的高分子聚合物 2、纤维素酶：是一种

2、诱导酶 1）C1酶：水解未降解的天然纤维素，对部分降解的多糖或寡糖很少作用或 没作用。 2）-1，4-葡聚糖酶：不能水解天然纤维素，只能切割部分降解的多糖。,3）-葡萄糖苷酶：水解纤维二糖、纤维三糖及低相对分子质量的 寡糖成为葡萄糖。 三、微生物分解半纤维素 1、半纤维素：由各种五碳糖、六碳糖及糖醛酸组成的大分子物质，分为同聚糖和异聚糖。 2、微生物先分泌胞外酶将半纤维素水解为单糖后，才能用于细胞呼吸代谢 作用。 四、微生物分解果胶类物质 1、果胶类物质：以半乳糖醛酸为主组成的高分子聚合物，存在于植物细胞 壁及细胞间层中。 2、分解果胶类物质的微生物:好氧性细菌、厌氧性细菌、真菌。 五、微生物

3、分解淀粉 1、淀粉：葡萄糖聚合而成的大分子聚合物，分为直链淀粉和支链淀粉。,2、淀粉酶 1）-淀粉酶：内切酶，可切割直链及支链中的-1，4 糖苷键，主要生成含多个葡萄糖分子的糊 精和麦芽糖等，也叫液化酶。 2）-淀粉酶：外切酶，从直链或支链的一端进行切割，每次切下两个葡 萄糖单位。 3）糖化淀粉酶：即糖化酶，每次切割一个葡萄糖分子。 4）异淀粉酶：主要作用于直链与支链交接处的-1，6糖苷键，生成糊精。 六、微生物分解脂质物质 1、脂质：包括脂肪、类脂及蜡质等。 2、分解机理 脂肪+H2O 脂肪酶 甘油+高级脂肪酸 类脂质+H2O 磷脂酶类 甘油或其他醇类+高级脂肪酸+磷酸+有机碱类 蜡质+H2

4、O 脂酶类 高级醇+高级脂肪酸 3、微生物：好氧性种类,七、微生物分解木素及芳香族物质 （一）木素 1、木素：也称木质素，由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接并难以被酸水 解的复杂的无定形高聚物。 2、微生物：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 真菌起着主要作用。 （二）芳香族化合物 1、有氧氧化分解的生化过程 在加氧酶作用下生成双酚化合物 在单加氧酶或双加氧酶作用下芳香环开裂 所得相应有机酸，转化为乙酸、琥珀酸、延胡索酸等进入三羧酸循环，最后氧化成CO2与H20,八、微生物分解烃类 （一）烷烃 1、分解过程 逐步氧化 相应的醇、醛、酸 -氧化 三羧酸循环 CO2+H2O 2、

5、甲烷的生物特性 1）是仅有的靠微生物活动所大量产生的气体； 2）这种气体的分解是由一类对较大分子碳氢化合物没有活性的微生物推 动的。 （二）烯烃 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。 （三）脂环烃类 在全部烃类中脂环类对微生物作用的抵抗力最强。,氮 素 生 物 循 环,一、微生物转化氮素物质的一般途径 1、自然界氮素的存在形态 分子态氮（N2），无机态氮（NH4+-N，NO3-N），有机态氮（核酸、蛋白质等）。 2、氮素转化途径,大气中的N2,生物固氮,工业固氮,高能固氮(闪电固氮),豆科植物,

6、非豆科植物,动物,动植物遗体、残体、排泄物中的有机氮,NH3,NO3,NH3,NO3,氮肥,氨化细菌,硝化细菌,反硝化细菌,反硝化作用,食物链,氨化作用,硝化作用,二、氨化作用 有机氮化物在微生物的分解作用中释放出 氨的过程，称为氨化作用。 （一）蛋白质的分解 氨、酰胺、硫化氢、硫醇 脂肪族 二氧化碳 氨基酸 氧 蛋 多 二 氨 脂肪酸 甲烷及其他碳氢化合物 白 基 甲酸、乙酸、乳酸、丙酸、丁酸、琥珀酸 质 肽 肽 酸 乙醇、丁醇 氨、酰胺、硫化氢、硫醇 芳香族 二氧化碳 氨基酸 芳香族 吲哚 有机酸 酚 苯酸、苯基乙酸等,（二）核酸的分解 嘌呤或嘧啶 核苷 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核

7、糖或脱氧核糖 磷酸 （三）其他含氮有机物的分解 1、尿素是分子结构简单的含氮有机物 微生物产生尿酶直接水解尿素，生成碳酸铵；碳酸铵在碱性环境中不稳 定，进而分解为氨和CO2。 2、几丁质是氨基葡萄糖的缩聚物 几丁质在几丁质酶的作用下分解为氨基葡萄糖和乙酸，氨基葡萄糖再经 脱氨基酶作用，生成葡萄糖和氨。 3、卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，存在于细胞原生质中 卵磷脂酶,三、硝化作用 氨经过微生物作用氧化成亚硝酸，再进一 步氧化成硝酸的过程。 1、过程 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量（亚硝化细菌作用） 2HNO2+O2 2HNO3+能量（硝化细菌作用） 2、无氧的氨氧化 5NH4+3NO3-

8、 4N2+9H2O+2H+ 广义的硝化作用：微生物引起的将含氮有机物或含氮无机物中的还原 态氮进行氧化的过程。 四、反硝化作用 硝酸盐在通气不良情况下经微生物作用而还原的过程。 1、过程 NO3- NO2- NO N2O N2,在土壤中进行反硝化作用时，经常出现的第一种气体是NO， 它是酸性环境中反硝化作用的典型产物。 2、反硝化作用的条件 1）有丰富的有机物作为碳源和能源； 2）NO3-作为氮源与氢受体； 3）最适pH中性至微碱性； 4）温度为中温型25左右； 5）厌氧环境。 五、生物固氮作用 微生物在常温常压下直接利用分子态氮（N2），将之还原为 （NH3）的过程。 1、固氮微生物,已确定

9、的固氮微生物包括古细菌、真细菌、放线菌和蓝细菌 等，均为原核微生物；至今未发现能固氮的真核微生物。 2、分类 共生固氮 联合固氮 自生固氮 3、固氮酶 含有两个组分，即：组分（钼铁蛋白），组分（铁蛋白）。 4、影响固氮作用的主要因素 1）C/N比与含氮化合物浓度 2）氧气,一、无机元素循环与转化的一般途径 无机物的有机质化、含无机元素有机物的分解、无机物的氧化与分解、 无机物的氧化与还原、无机物的溶解与沉淀。 二、硫素的生物循环与转化 1、硫元素存在形态 S2-、S0、S4+、S6+ 2、硫的生物同化 SO42-+ATP APS + PPi ATP+APS PAPS+ADP PAPS中的S为活

10、性形式，可以用来合成各种含硫有机物。 3、含硫有机物的分解 经脱硫氢作用生成硫化氢 4、无机硫化物的氧化,其他无机元素的生物循环与转化,硫化氢、元素硫或硫化亚铁等在硫细菌作用下进行氧化， 最后生成硫酸的过程，称为硫化作用。 无色硫细菌、有色硫细菌 5、硫酸盐还原 硫酸盐在缺氧条件下被一些微生物利用而还原成硫化氢的过程，称为 反硫化作用。主要由硫酸还原菌引起。 三、磷素的生物循环与转化 1、磷的生物同化 微生物能吸收可溶性磷合成磷脂、核酸、ATP等含磷有机物。 2、含磷有机物的分解 核糖核酸 核糖核酸酶 核糖+磷酸+嘌呤和嘧啶 植酸 植酸酶 磷酸+环己六烷 卵磷脂 卵磷脂酶 甘油+磷酸+脂肪酸 磷脂酸+H2O 磷脂酶 醇类+磷酸,3、不溶性磷矿物的溶解 土壤中的不溶性磷矿物通过微生物的生命活动过程中 产生的酸类物质逐渐溶解，转化成水溶性的磷酸盐类。 4、磷酸盐的还原 H3PO4 H3PO3 H3PO2 PH3 四、铁的生物循环与转化 1、