微生物在环境物质循环中作用

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1、 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 固 定 CO 光 合作 用 ， 又 参 与 再 生 CO 的 分 解 作 用 。1、 光 合 作 用 ： 参 与 光 合 作 用 的 微 生 物 主 要 是 藻 类 ， 蓝 细 菌 和 光 合 细菌 ， 它 们 通 过 光 合 作 用 ， 将 大 气 中 和 水 体 中 的 CO 合 成 为 有 机 碳 化 物 。特 别 是 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

2、 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 的 分 解 ， 主 要 是 微 生 物 的 作 用 。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 CO ；在 无 氧 条 件 中 ， 通 过 厌 氧 微 生 物 发 酵 被 不 完 全 氧 化 成 有 酸 、 甲 烷 、 氢和 CO 。 NoImage一 、 碳 水 化 合 物 的 转 化单 糖 ： 葡 萄 糖 二 糖 ： 蔗 糖 、 乳 糖 、 麦 芽 糖 多 糖 ： 淀 粉 、 纤 维

3、素 、 半 纤 维 素难 溶 的 多 糖 ， 且 当 一 些 难 溶 解 的 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 ？ -1,4-糖 苷 键 纤 维 素 酶 纤 维 二 糖 酶 纤 维 素 纤 维 二 糖 葡 萄 糖 糖 酵 解 ATP 好 氧 分 解 H 2O CO2 葡 萄 糖 丙 酮 丁 醇 发 酵 丙 酮 + 丁 醇 + CO2 + H 2 厌 氧 发 酵

4、 丁 酸 发 酵 丁 酸 + 乙 酸 + CO2 + H 2 三 羧 酸 循 环 厌 氧 发 酵 二 、 脂 肪 的 转 化 NoImage脂 肪 脂 肪 酶 甘 油脂 肪 酸 简 单 的 酸 +CO2+H2OCO2+H 2O 氮 素 循 环 包 括 ：固 氮 作 用 、 氨 化 作 用 、 硝 化 作 用 、 反 硝 化 作 用 工 业固 氮高 能固 氮生 物固 氮亚 硝酸 盐 蓝 细 菌 细 胞 的 特 化 形 式 ：（ 1） 静 息 孢 子 ： 壁 厚 ， 休 眠 细 胞 ， 富 含 储 藏 物 ， 抗 不 良 环 境 （ 2） 异 形 孢 ： 固 氮 静 息 孢 子 异 形 孢 营 养

5、 细 胞 NoImageR-CH -COOHNH 2 R代 表 不 同 的 基 团氨 基 酸1.蛋 白 质 的 氨 化氨 化 作 用 ： 由 有 机 氮 化 物 转 化 为 氨 态 氮 的 过 程 （ NH 3、 NH 4+） 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 NoImage（ 2） 氨 基 酸 脱 氨 基 产 生 氨RCHNH2COOH+H2O RCH(OH)COOH+NH3RCHNH2COOH+H2O RCH2OH+CO2+NH3 氧 化 脱 氨 基 （ 产 生 氨 、 脂 肪 酸 或 酮 酸 ）RCHNH 2C

6、OOH+O2 RCOOH+CO2+NH3 还 原 脱 氨 基 （ 产 生 氨 、 脂 肪 酸 ）RCHNH2COOH+2H+ RCH2COOH+NH3RCHNH2COOH+2H+ RCH3+CO2+NH3 氨 化 细 菌 ： 参 与 氨 化 作 用 的 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 的 有 哪 些 微 生 物 呢 ？ NoImage1. 硝 化 作 用 概 念 在 有 氧 气 时 ， 微 生 物 将 氨 氧 化 为 硝 酸 的 作 用2. 参 加 硝 化 作 用 的 微

7、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 。 NoImage硝 化 细 菌 的 特 性 ： （ 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 。 很 少 的 锰 对 其 有 毒 害 。问 题 ： 硝 化 细 菌 有 哪 些 特 性 ？ NoImage3. 硝 化 作 用 的 过 程（ 1） 亚 硝

8、 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 NoImage（ 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HNO 2毒 性 很 强 ， 累 积 起 来 对 植 物 有 毒 害 。 HNO3是 植 物 吸 收 利 用 的 有 效 氮 素 养 料 。 NoImage4. 硝 化 作 用

9、进 行 的 条 件O2 NH 3 碱 性 物 质 （ 如 NaH CO3， 中 和 产 生 的 亚 硝 酸 和 硝 酸 ） 不 需 有 机 物 存 在蛋 白 质 最 终 被 氧 化 成 ： CO 2、 H 2O、 H NO3、 H 2SO4 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 的 过 程 。 1. 反 硝 化 过 程C6H12O6 + 4NO3- 6H20 + 6CO2 + 2N2 +ATP缺 氧 N2NO3- NO2- NO N2O反 硝 化 细 菌 （ 硝 酸 还 原 菌 和 亚

10、硝 酸 还 原 菌 ） 2. 反 硝 化 作 用 的 微 生 物反 硝 化 细 菌 ： 进 行 反 硝 化 作 用 的 微 生 物 。 50多 属 。 兼 性 厌 氧 菌 。反 硝 化 细 菌 的 部 分 属 群 NoImage3. 反 硝 化 作 用 发 生 的 条 件NO3- 有 机 物 质 存 在 氧 气 0.5 mg/L（ O2的 存 在 主 要 是 抑 制 了 呼 吸 作 用 中 的 异 化 性 硝 酸 盐 还 原 酶 的 合 成 ， 而 对 同 化 作 用 中 的 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 有 机

11、 硫 化 物硫 酸 盐 H2S元 素 同 化 作 用 同 化 作 用无 机 硫 的 氧 化 作 用 无 机 硫 的 氧化 作 用无 机 硫 的 还 原 作 用一 、 分 解 作 用 （ 含 硫 有机 物 的 分 解 ） ：动 、 植 物 和 微 生 物 尸 体中 的 有 机 硫 化 物 ， 被 微生 物 降 解 成 无 机 物 （ 硫酸 盐 、 H2S等 ） 的 过 程 称为 分 解 作 用 。微 生 物 ： 氨 化 微 生 物 有 机 硫 化 物硫 酸 盐 H2S元 素 分 解 作 用分 解 作 用无 机 硫 的 氧 化 作 用 无 机 硫 的 氧化 作 用无 机 硫 的 还 原 作 用二

12、、 同 化 作 用微 生 物 利 用 硫 酸 盐 和 H2S ，组 成 本 身 细 胞 物 质 的 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 的 种 类 。仅 少 数 微 生 物 同 化 H2S 。 三 、 无 机 硫 的 氧 化 作 用无 机 硫 的 氧 化 作 用 是 微 生 物 氧化 H2S 、 元 素 或 FeS等 生 成 硫酸 盐 的 过 程 。 主 要 是 硫 细 菌 。硫 细 菌 有 两 大 类 ：1、 无 色 的 化 能 营 养 型 ：硫 杆 菌 ， 自 养 型 ， 不 生 芽 孢 ，短 杆 ， 多 以

13、 端 生 鞭 毛 运 动 ；丝 状 硫 磺 细 菌 ， 自 养 型 。 2、 有 色 的 光 能 营 养 型紫 硫 菌 和 绿 硫 菌 有 机 硫 化 物硫 酸 盐 H2S元 素 分 解 作 用分 解 作 用 同 化 作 用 同 化 作 用无 机 硫 的 还 原 作 用 四 、 无 机 硫 的 还 原 作 用(硫 酸 盐 还 原 或 反 硫 化 作 用 )无 机 硫 化 物 的 还 原 作 用 是 在厌 氧 条 件 下 微 生 物 将 硫 酸 盐还 原 成 H2S的 过 程 。 参 与 此 过程 的 微 生 物 是 硫 酸 盐 还 原 细菌 。 （ 脱 硫 弧 菌 属 、 脱 硫 肠状 菌 属

14、 ） 有 机 硫 化 物硫 酸 盐 H2S元 素 分 解 作 用分 解 作 用 同 化 作 用 同 化 作 用无 机 硫 的 氧 化 作 用 无 机 硫 的 氧化 作 用 生 物 有 机 磷不 溶 性 磷 酸 盐磷 酸 或 可 溶 性磷 酸 盐 与 土 壤 中的 盐 基 结合产 酸 微 生 物 的作 用 或 磷 肥 的生 产植 物 与 微 生 物的 吸 收 同 化 微 生 物 的 分解 作 用 图 微 生 物 在 自 然 界 中 磷 元 素 的 循 环 作 用 自 学 ： 第 五 节 磷 循 环 1. 铁 化 物 的 氧 化 和 沉 淀O2 Fe2+ Fe3+铁 细 菌2. 铁 化 物 的 还 原 和 溶 解Fe3+ Fe2+缺 氧3. 铁 的 吸 收