4.3微生物在自然界物質循環中作用

2021/5/91主要內容：碳循環氮循環硫循環磷循環2021/5/92第一節

碳循環

2021/5/93一、碳循環

自然界中含碳物質有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白質等。碳的循環是以CO2為中心的。

在碳循環過程中，CO2大部分來源于微生物分解有機物，另外，由于CO2同時也參與氧循環，因此，實際上C和O循環是相互關聯的。CO2可以成為植物、藻類的碳源。2021/5/94碳循環2021/5/95二、微生物在碳循環中的作用微生物在碳循環中的作用，主要體現在兩個方面，一是通過光合作用和化能合成作用來固定CO2，二是通過分解作用再生CO2。含碳有機物的種類極其多樣，不同有機物能被不同微生物分解，在自然界中參與有機物分解的主要是細菌、真菌和放線菌。2021/5/96第二節氮循環2021/5/97自然界中的氮元素有：分子氮（空氣中的N2）、有機氮（蛋白質等）、無機氮（NH4+、NO3-等）。在生物的協同作用下，三種形式的氮互相轉化，構成循環。其中，微生物在轉化中起著重要作用。

2021/5/98一、氮循環的過程2021/5/99二、微生物在氮循環中的作用（一）蛋白質水解與氨基酸轉化1．蛋白質的水解蛋白質是生物細胞的主要成分，由許多氨基酸連接而成（幾—幾百萬的分子量）。蛋白質的分解，首先也是水解，才能進入微生物細胞內。

蛋白酶蛋白酶蛋白酶肽酶蛋白質—→（月示）

—→胨—→肽—→氨基酸

能夠分解蛋白質的微生物很多，細菌、真菌、放線菌等。2021/5/9102．氨基酸轉化（1）脫氨氨化作用：有機氮化合物在脫氮微生物的作用下脫氨基產生氨。例如：

氨基酸—→不含氮的有機物（酸）+NH3經脫氨基后形成的有機酸和脂肪酸，在微生物的作用下繼續分解。2021/5/911（2）脫羧氨基酸脫去羧酸基（CO2），產生胺。多由腐敗細菌和霉菌引起，二元胺對人有毒。胺是合成細胞成分的重要的起始物，尤其使諸如NAD等輔酶的合成。例如：CH3CHNH2COOH→CH3CH2NH2+CO2(丙氨酸)(乙胺)H2N(CH2)4CHNH2COOH→H2N(CH2)5NH2

(賴氨酸)

(尸胺)2021/5/912（二）尿素的氨化人、畜尿中含有尿素，印染工業中的印花漿用尿素作膨化劑和溶劑，故印染廢水中含有尿素。尿素能被許多微生物（尿素細菌）轉化成氨，如尿八聯球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。

尿酶CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O

碳酸銨，很不穩定

2021/5/913（三）硝化作用在有氧的條件下，經亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用，氨轉化成硝酸。（消耗溶解氧）硝化分二步進行：

2NH3+3O2—→2HNO2+2H2O+619KJ

（亞硝酸細菌）

2HNO2+O2—→2HNO3+201KJ

（

硝酸細菌）亞硝酸細菌和硝酸細菌是好氧的，世代時間很長（從十幾小時到幾天）。2021/5/914（四）反硝化作用發生反硝化的條件是：硝酸鹽存在（提供電子受體）、有機物存在（提供能量）缺氧。反應過程，有三種結果：HNO3——→NH3HNO3——→N2HNO3——→HNO2環境工程最關心的反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽被還原為氮氣的過程。2021/5/915在環境工程中，涉及反硝化作用的主要是：NO3-→N2反硝化作用的意義：土壤中發生反硝化作用，會降低土壤的肥力；污水生物處理的二沉池中發生反硝化作用，產生的氮氣會把池底的沉淀污泥帶上浮起，影響出水水質；利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脫氮）。2021/5/916（五）固氮作用在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮轉化成氨，進而合成有機氮化合物，稱為固氮作用。固氮微生物：細菌（根瘤菌、固氮菌等）和藍藻固氮酶

N2+6e-+6H+nATP——→2NH3+nADP+nPi固氮酶對O2敏感，所以好氧固氮菌在體內形成獨特的防護機制，保護固氮酶的活性。2021/5/9172021/5/918一、概念：是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程二、固氮微生物的種類共生固氮微生物

自生固氮微生物2021/5/919共生固氮微生物1、概念：是指與一些綠色植物

互利共生的固氮微生物.2、代表生物：根瘤菌（屬于細菌）

共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入一種或多種特定種類的豆科植物共生關系：豆科植物為根瘤菌提供有機物，根瘤菌為豆科植物提供氨2021/5/9202021/5/921根瘤與根瘤菌根瘤菌是與豆科等植物互利共生的一類細菌。能夠將大氣中的氮還原為氨供給豆科植物，同時又從豆科植物體中獲取有機物。豆科植物開花之前，根瘤菌的固氮能力最強。根瘤是根瘤菌侵入豆科植物根部后不斷繁殖，刺激根內薄壁細胞，導致這些細胞強烈的分裂和生長，從而使根部局部膨大形成瘤狀突起，即根瘤。2021/5/922自生固氮微生物1、概念：是指在土壤中能夠獨立

進行固氮的微生物2、代表生物：

圓褐固氮菌（屬于細菌）：具有較強的固氮能力，并且能夠分泌生長素，促進植物生長和果實發育2021/5/9232021/5/924共生固氮微生物－－根瘤菌自生固氮微生物－－圓褐固氮菌2.只有侵入到特定種類的豆科植物的根內時才具有固氮能力。1.土壤中獨立存在時有無固氮能力？根瘤菌豆科植物3.根內＝根細胞內？根內≠根細胞內NH3有機物4.互利共生30％－80％同化作用的方式？5.新陳代謝的類型：異養需氧型異養型2.新陳代謝的類型：異養需氧型3.分泌生長素，促進植物的生長和果實的發育。1.自生≠自養2021/5/925（六）氨的同化作用生物生長需要從外界獲得氮素營養，即進行同化作用。植物或微生物的氮元素，可以來自氨化作用產生的氨，也可以是固氮作用產生的氨；另一來源是硝酸鹽，自然界的土壤、水體中，均含有硝酸鹽，植物、微生物可以此為氮源，它們吸收硝酸鹽，在缺氧條件下，由硝酸還原酶作用，進行反硝化作用（亦稱為同化硝酸鹽還原作用），把硝酸鹽還原成氨。植物、微生物等獲得氨后，進一步合成菌體蛋白等細胞物質。

2021/5/926第三節

硫循環

2021/5/927一、硫循環的過程含硫的化合物有：含硫有機物（蛋白質中的SH基等），無機硫化合物，元素硫2021/5/928二、微生物在硫循環過程中的作用微生物參與了硫素循環的各個過程，并起著很重要的作用。

含硫有機物的轉化（脫硫作用）生物體內的含硫有機物主要是含硫的蛋白質和氨基酸，如蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等。它們在微生物的作用下被分解脫巰基產生硫化氫。能分解含硫有機物很多，引起含氮有機物分解的微生物都能分解含硫有機物產生硫化氫。2021/5/9292.硫化作用硫化作用，也稱無機硫的氧化作用，它是在有氧條件下，通過硫細菌的作用將硫化氫轉化為元素硫，再進而氧化成硫酸的過程。參與硫化作用的微生物有硫化和硫磺細菌。硫化細菌一般在細胞外積累硫。

硫磺細菌一般將硫粒積累在細胞內（也有在細胞外的）的細菌。

2021/5/9303.反硫化作用當環境條件處于缺氧狀態時，硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽和次亞硫酸鹽在微生物的作用下，還原成硫化氫，這個過程稱為反硫化作用（或稱硫酸鹽還原作用）。4.同化作用由植物和微生物引起。生物吸收的硫酸鹽被轉變成還原態的硫化物（也稱為同化硫酸鹽還原作用），然后再固定到蛋白質等成分中（主要以巰基形式存在）。

2021/5/931第四節

磷循環2021/5/932磷是生物體的重要元素

含磷的化合物有：含磷有機物（核酸、磷脂等）無機磷化合物

可溶的不可溶，如Ca3(PO4)2，不能被植物吸收利用

氣體（PH3）磷化氫是一種無色、高毒、易燃的儲存于鋼瓶內的液化壓縮氣體。該氣體比空氣重并有類似臭魚的味道。2021/5/933一、磷的循環過程無機磷可以為植物所吸收利用，在食物鏈中傳遞，而一部分則以不溶性形式沉淀下來，離開了循環。這就是磷循環是不完全循環的原因所在。2021/5/934二、磷循環過程中微生物的作用有機膦的礦化作用