第二章微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

1、2024年3月8日5時(shí)38分,第八章 微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用,主要內(nèi)容： 主要物質(zhì)的循環(huán) 微生物對(duì)有機(jī)物的降解過程,2024年3月8日5時(shí)38分,,包括天然物質(zhì)循環(huán)和污染物質(zhì)的循環(huán)，其實(shí)從本質(zhì)上看，并沒有太大的區(qū)別，但是，污染物質(zhì)的進(jìn)入，會(huì)影響原有的物質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)節(jié)。 包括各種物質(zhì)元素：O、C、N、P、S、Fe等。 推動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的作用包括物理、化學(xué)和生物的作用，其中生物起到了主導(dǎo)的作用，而微生物在這當(dāng)中又占了極重

2、要的地位。,2024年3月8日5時(shí)38分,第一節(jié) 氧循環(huán),大氣中的O2（包括水體）   呼吸作用 光合作用 CO2O2在大氣中分布均勻，而在水體中有垂直方向上的變化。 無論是O2還是CO2 ，除了在大氣中的含量以外，它們?cè)谒w（海洋）中的含量，也是不可忽視的。 此循環(huán)的平衡，具有十分重要的意義，如維持大氣

3、中CO2的濃度。,,,2024年3月8日5時(shí)38分,,,2024年3月8日5時(shí)38分,第二節(jié) 碳循環(huán),自然界中含碳物質(zhì)有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等。碳的循環(huán)是以CO2為中心的。 在碳循環(huán)中，CO2大部分來源于微生物分解有機(jī)物，另外，由于CO2同時(shí)也參與氧循環(huán)，因此，實(shí)際上C和O循環(huán)是相互關(guān)聯(lián)的。 CO2可以成為植物、藻類的碳源，大氣中CO2的含量為0.032%（320ppm），這個(gè)值由于人類活動(dòng)大量產(chǎn)生CO2進(jìn)入大氣中而

4、在增加，造成所謂的氣候變暖。由此帶來一系列的問題，成為當(dāng)今世界最關(guān)注的熱點(diǎn)之一。,2024年3月8日5時(shí)38分,,2024年3月8日5時(shí)38分,,2024年3月8日5時(shí)38分,纖維素的轉(zhuǎn)化,作用的微生物：細(xì)菌、放線菌和真菌。 分解過程：首先必須經(jīng)過微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的較簡(jiǎn)單的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。,2024年3月8日5時(shí)38分,半纖維素的轉(zhuǎn)化,存在于植物細(xì)胞壁內(nèi)，是由多種戊糖或己糖組成的大分子縮聚

5、物，組成中有聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）、聚己糖（半乳糖、甘露糖）己聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）。 來源：造紙廢水和人造纖維廢水。 作用的微生物：能夠分解纖維素的微生物大部分能分解半纖維素。,2024年3月8日5時(shí)38分,淀粉的轉(zhuǎn)化,來源：淀粉廠、酒廠等。 作用微生物：細(xì)菌（如枯草桿菌）和霉菌（如青霉、曲霉等）,2024年3月8日5時(shí)38分,,2024年3月8日5時(shí)38分,烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,2024年3月8日5時(shí)38分,,2024

6、年3月8日5時(shí)38分,,2024年3月8日5時(shí)38分,第三節(jié) 氮循環(huán),自然界中的氮元素有：分子氮（空氣中的N2）、有機(jī)氮（蛋白質(zhì)等）、無機(jī)氮（NH4+、NO3-等）。 在生物的協(xié)同作用下，三種形式的氮互相轉(zhuǎn)化，構(gòu)成循環(huán)。其中，微生物在轉(zhuǎn)化中起著重要作用。,2024年3月8日5時(shí)38分,,一、蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化 1．蛋白質(zhì)的水解 蛋白質(zhì)是生物細(xì)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(zhì)的分解，首先也是水

7、解，才能進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)。   蛋白酶 蛋白酶 蛋白酶 肽酶 蛋白質(zhì) —→月示 —→ 胨 —→ 肽 —→ 氨基酸  能夠分解蛋白質(zhì)的微生物很多，細(xì)菌、真菌、放線菌等。,2024年3月8日5時(shí)38分,,2．氨基酸轉(zhuǎn)化 （1）脫氨 氨化作用：有機(jī)氮化合物在脫氮微生物的作用下脫氨基產(chǎn)生氨。 例如： 氨基酸 —→ 不含氮的有機(jī)物（酸） + NH3經(jīng)脫氨基后形成的有機(jī)酸和脂肪酸

8、，在微生物的作用下繼續(xù)分解。 （2）脫羧 氨基酸脫去羧酸基（CO2），產(chǎn)生胺。多由腐敗細(xì)菌和霉菌引起，二元胺對(duì)人有毒。胺是合成細(xì)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 (丙氨酸) → CH3CH2NH2 （乙胺） + CO2,2024年3月8日5時(shí)38分,,二、尿素的氨化 人、畜尿中含有尿素，印染工業(yè)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(xì)菌）

9、轉(zhuǎn)化成氨，如尿八聯(lián)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(wěn)定,2024年3月8日5時(shí)38分,,三、硝化作用 在有氧的條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的作用，氨轉(zhuǎn)化成硝酸。 分二步進(jìn)行： 2NH3 + 3O2

10、—→ 2HNO2 + 2H2O + 619KJ 亞硝酸細(xì)菌 2HNO2 + O2 —→2HNO3 + 201KJ 硝酸細(xì)菌 亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌是好氧的，世代時(shí)間很長（從十幾小時(shí)到幾天）。,2024年3月8日5時(shí)38分,,四、反硝化作用 反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽被還原為氮?dú)獾倪^程。 發(fā)生反硝化的條件是：硝酸鹽存在（提供

11、電子受體）、有機(jī)物存在（提供能量）、缺氧。 反應(yīng)過程，有三種結(jié)果： HNO3——→NH3 HNO3——→N2 HNO3——→HNO2在環(huán)境工程中， 涉及的反硝化作用主要是：NO3-——→N2反硝化作用的意義： 土壤中發(fā)生反硝化作用，會(huì)降低土壤的肥力； 污水生物處理的二沉池中

12、發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生的氮?dú)鈺?huì)把池底的沉淀污泥帶上浮起，影響出水水質(zhì)； 利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脫氮）。,2024年3月8日5時(shí)38分,,五、固氮作用 空氣中有大量的氮?dú)?，但植物和大多?shù)微生物都不能直接利用它。在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化成氨，進(jìn)而合成有機(jī)氮化合物，稱為固氮作用。 固氮微生物：細(xì)菌（根瘤菌、固氮菌等）和藍(lán)藻  N2 + 6e- + 6H + nATP ——→ 2NH3 +

13、nADP + nPi 固氮酶 固氮酶對(duì)O2敏感，所以好氧固氮菌在體內(nèi)形成獨(dú)特的防護(hù)機(jī)制，保護(hù)固氮酶的活性,2024年3月8日5時(shí)38分,第四節(jié) 硫循環(huán),含硫的化合物有：含硫有機(jī)物（蛋白質(zhì)中的SH基等） 無機(jī)硫化合物 元素硫,,2024年3月8日5時(shí)38分,,2024年3月8日5時(shí)38分,第五節(jié) 磷循環(huán)