微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第1頁微生物在生態(tài)系統(tǒng)中角色有機(jī)物主要分解者物質(zhì)循環(huán)中主要組員生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)者物質(zhì)和能量儲存者地球生物演化先鋒種類微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第2頁CarbonCycle一、碳素循環(huán)微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第3頁（一）CO2同化:

產(chǎn)氧光合作用:

藻類、藍(lán)細(xì)菌

不產(chǎn)氧光合作用:

光合細(xì)菌

氧化無機(jī)物產(chǎn)能:

化能自養(yǎng)菌

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第4頁微生物動物植物呼吸作用發(fā)酵作用CO2再生（二）

CO2再生微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第5頁（三）有機(jī)物分解:

死亡動、植物和微生物殘體中有機(jī)物轉(zhuǎn)化和分解主要靠異養(yǎng)微生物。

比如：

多糖類微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第6頁多糖分解1.淀粉：

直鏈淀粉支鏈淀粉微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第7頁液化型淀粉酶：

α-淀粉酶糖化型淀粉酶：

淀粉1,4-麥芽糖苷酶淀粉1,4-葡萄糖苷酶淀粉α1,6-葡萄糖苷酶水解淀粉酶及產(chǎn)酶微生物：產(chǎn)液化型淀粉酶微生物：枯草芽孢桿菌、黃單胞菌、木霉、根霉等產(chǎn)糖化型淀粉酶微生物：根霉屬微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第8頁2.纖維素葡萄糖分子β-1,4鍵相連長鏈微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第9頁能分解纖維素微生物：

真菌（子囊菌，擔(dān)子菌，半知菌）

細(xì)菌（食纖維粘菌等）

纖維素酶系

纖維素→→→→葡萄糖微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第10頁不溶性纖維素不溶性和可溶性纖維寡糖纖維二糖葡萄糖C1酶Cx酶

β-葡萄糖苷酶外切酶內(nèi)切酶微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第11頁3、半纖維素半纖維素組成：

多聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）多聚己糖（半乳糖、甘露糖）多聚糖醛酸（葡萄糖醛和半乳糖醛酸）等微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第12頁半纖維素分解多聚糖酶微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第13頁4.幾丁質(zhì)

N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,4鍵相連大分子化合物

幾丁質(zhì)酶

幾丁二糖酶

幾丁質(zhì)→→→幾丁二糖→→N-乙酰氨基葡萄糖

能分解幾丁質(zhì)微生物（較少）：

嗜幾丁質(zhì)芽孢桿菌，鏈霉菌等微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第14頁5.果膠半乳糖醛酸以α-1，4糖苷鍵連成多糖。分類：

果膠酸果膠水溶性多糖原果膠非水溶性多糖微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第15頁果膠結(jié)構(gòu)果膠酸結(jié)構(gòu)甲基半乳糖醛酸微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第16頁原果膠(非水溶性)可溶性果膠果膠酸半乳糖醛酸原果膠酶多縮戊糖+甲醇+果膠甲酯水解酶果膠酸酶H2OH2OH2O果膠質(zhì)分解微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第17頁含有果膠酶系微生物：細(xì)菌：芽孢桿菌、梭菌、歐文氏菌放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動放線菌真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第18頁

水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其中果膠。

露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并保持一定濕度，利用好氧微生物分解果膠。果膠分解應(yīng)用---麻類脫膠微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第19頁(四)甲烷形成水解階段產(chǎn)酸階段產(chǎn)甲烷階段微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第20頁NitrogenCycle二、氮素循環(huán)微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第21頁（一）氨化作用含氮有機(jī)物經(jīng)微生物分解而產(chǎn)生氨作用。芽孢桿菌、梭菌、普通變形桿菌、熒光假單胞菌氨化作用較強(qiáng)。

氨化作用對提供農(nóng)作物氮素營養(yǎng)十分主要。微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第22頁蛋白質(zhì)多肽氨基酸蛋白酶肽酶氧化還原直接水解脫水氧化還原氨脫氨基作用１、蛋白質(zhì)氨化作用微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第23頁NH2C=O+2H2ONH2(NH4)2CO32NH3↑+CO2↑+H2O尿酶２、尿素分解微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第24頁３、環(huán)境條件對氨化作用影響：水分：潮濕、通氣好，氨化作用快；溫度：隨溫度上升而加緊；pH值：中性土壤高于酸性土壤，堿性土中，隨pH升高，氨揮發(fā)損失越大。有機(jī)物C/N:

C/N小，碳素少，微生物氮素固定作用就小于礦化作用；

C/N大，氮素少微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第25頁（二）硝化作用氨態(tài)氮經(jīng)微生物氧化轉(zhuǎn)變成硝酸態(tài)氮過程。分為兩個階段：NH3→NO2-亞硝化細(xì)菌2.NO2-→NO3-硝酸化細(xì)菌亞硝化單胞菌屬、亞硝化葉菌屬硝化桿菌屬、硝化刺菌屬微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第26頁最適pH值：6.6～8.0，最適溫度：25～35oC，通氣良好有利于硝化作用環(huán)境條件對硝化作用影響：微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第27頁硝化作用與土壤肥力及環(huán)境污染促進(jìn)難溶化合物溶解；更易被植物吸收同化。

NO3-

在土壤中流動性大，易造成流失；

NO3-

流入水域，會造成水域污染及富營養(yǎng)化；人畜飲用，引發(fā)高鐵血紅蛋白病。微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第28頁（三）反硝化作用(脫氮作用)指微生物還原硝酸鹽,釋放出氣態(tài)氮化物過程。地衣芽孢桿菌、脫氮副球菌、脫氮硫桿菌微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第29頁反硝化作用不利影響：反硝化作用引發(fā)土壤氮素?fù)p失，中間產(chǎn)物對植物根部有毒害作用，

N2O和NO破壞臭氧層。發(fā)生條件：

pH中性至堿性厭氧微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第30頁（四）生物固氮作用

(biologicalnitrogenfixation)

微生物利用體內(nèi)固氮酶將氮氣還原為氨過程稱為生物固氮。

化學(xué)合成：500℃，300atm,效率低；生物固氮：常溫，常壓，效率高。

據(jù)預(yù)計，每年由微生物固定氮素約2億噸，對增加土壤肥力起著很大作用。

為整個生物圈開辟了氮素營養(yǎng)源。

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第31頁

生物固氮作用

固氮微生物與固氮體系固氮作用機(jī)制固氮酶固氮酶防氧保護(hù)機(jī)制固氮產(chǎn)物(氨)同化微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第32頁１、固氮微生物與固氮體系

含有固氮作用微生物近

50個屬，均為原核微生物

(細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌)自生固氮菌共生固氮菌聯(lián)合固氮菌

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第33頁1.1自生固氮體系

自生固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中獨立生活時，均能固定分子態(tài)氮。（1）好氧（Azotobacter,固氮菌屬）（2）厭氧（Clostridium，梭菌屬）（3）微好氧（Magnetospirillum,趨磁螺菌屬）（4）兼性厭氧（Klebsiella，克氏桿菌屬）（5）光合細(xì)菌（Rhodospirillum，紅螺菌屬）微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第34頁1.2共生固氮體系：

共生固氮作用是指兩種生物緊密地生活在一起時,形成共生體，由固氮微生物進(jìn)行固氮作用。

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第35頁共生固氮體系:(1)根瘤菌(Rhizobia)與豆科植物共生:

根瘤菌侵染豆科植物形成根瘤或莖瘤;(2)弗蘭克氏菌(Frankia)與非豆科植物共生:

侵染非豆科植物根部結(jié)瘤固氮多為放線菌;(3)藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)與植物或真菌共生:

*藍(lán)細(xì)菌與水生蕨類植物共生*藍(lán)細(xì)菌與真菌共生微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第36頁1.3聯(lián)合固氮體系

固氮微生物與聯(lián)合植物有較親密相互關(guān)系，但不形成特殊結(jié)構(gòu),固氮微生物生長在植物根部表皮或皮層細(xì)胞間，比自生固氮效率高。如：固氮螺菌屬（Azospirillum）與玉米等禾本科作物形成聯(lián)合體。

雀稗固氮菌與點狀雀稗

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第37頁2、固氮作用機(jī)制

各種微生物進(jìn)行固氮作用總反應(yīng)式：

N2+8e-固氮酶+8H++nATP→2NH3+H2+nADP+nPi

Mg2+具備條件：*固氮酶（Mg2+)；*氫和電子供體；*能量（ATP）；*厭氧環(huán)境微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第38頁

３、固氮酶雙組分：

組分I

MoFe蛋白:（220,000）

含有2分子鉬原子，28-32分子鐵原子,

是還原N2活性中心。

組分IIFe蛋白:（64,000）

含有4分子鐵原子,Fe蛋白與Mg-ATP結(jié)合,提供促使兩組分結(jié)合和轉(zhuǎn)移電子能量,傳遞電子到組分I上。

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第39頁４、固氮酶防氧保護(hù)機(jī)制呼吸保護(hù):用強(qiáng)呼吸速度快速消耗細(xì)胞周圍環(huán)境氧分子,使固氮酶處于無氧環(huán)境。（如固氮菌屬）構(gòu)象保護(hù):在高氧分壓條件下,固氮酶分子構(gòu)象改變,形成一個無固氮活性但能預(yù)防氧害特殊構(gòu)象。(如褐球固氮菌).

鐵硫蛋白II(耐氧蛋白),在高氧條件下與固氮酶兩個組分結(jié)合形成耐氧復(fù)合物４.1好氧自生固氮:呼吸保護(hù)構(gòu)象保護(hù)微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第40頁４、固氮酶防氧保護(hù)機(jī)制４.1好氧自生固氮:呼吸保護(hù)構(gòu)象保護(hù)

4.2藍(lán)細(xì)菌:異形胞

固氮作用只局限在異形胞內(nèi)，外膜厚，缺乏光系統(tǒng)II，呼吸作用強(qiáng)。

4.3豆科植物根瘤菌:豆血紅蛋白

微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第41頁豆血紅蛋白（leghaemoglobin）:含F(xiàn)e蛋白，F(xiàn)e3+→Fe2+

改變發(fā)揮緩沖劑作用。結(jié)合O2：游離O2

=10000:1調(diào)整氧分壓微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第42頁5、

固氮產(chǎn)物同化微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第43頁三、硫素循環(huán)（sulfurcycle）硫是生物體主要營養(yǎng)元素自然界中，100-500mg/Kg土壤（有機(jī)硫占50-70%），植物、藻類、自養(yǎng)微生物只利用硫酸鹽，其它形式靠微生物轉(zhuǎn)化后才被利用。微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第44頁微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第45頁

----含硫有機(jī)物分解：

普通變形桿菌胱氨酸+3H2O+1/2O2→2CH3COOH+CO2+2H2S+NH3↓

（毒害植物）

微生物在降解蛋白質(zhì)等化合物同時完成了有機(jī)硫分解微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第46頁無機(jī)硫氧化作用

還原態(tài)硫化物被硫化細(xì)菌氧化為硫或硫酸鹽作用?；茏责B(yǎng)菌:硫桿菌屬,發(fā)硫菌屬等;化能異養(yǎng)菌:細(xì)菌,真菌,放線菌等;光能自養(yǎng)菌:硫磺細(xì)菌,紅硫菌等S或SO42-可被植物和微生物吸收轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫化物。微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第47頁反硫化作用微生物在厭氧條件下,將硫酸鹽和其它氧化態(tài)硫化物作為無氧呼吸受氫體而還原為硫化氫過程。常見類群:丙酸脫硫菌屬，脫硫弧菌屬,脫硫腸狀菌屬等微生物在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第48頁微生物作用土壤中不溶性磷酸鹽進(jìn)入到土壤中有機(jī)磷PO43-植物體及微生物體中有機(jī)磷動物排