1、第八章 微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中作用,包括天然物質(zhì)循環(huán)和污染物質(zhì)的循環(huán)，其實從本質(zhì)上看，并沒有太大的區(qū)別，但是，污染物質(zhì)的進(jìn)入，會影響原有的物質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)節(jié)。 各種物質(zhì)元素：O、C、N、P、S、Fe等。 推動物質(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)中又占了極重要的地位。,第一節(jié) 碳循環(huán),碳在陸地和水生境的循環(huán),微生物在碳素循環(huán)中的作用 微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們既參與固定CO光合作用，又參與再生CO的分解作用。 1、光合作用：參與光合作用的微生物主要是藻類，藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌，它們通過光合作用，將大氣中和水體中的CO合成為有機(jī)碳化物。

2、特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以藍(lán)細(xì)菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細(xì)菌占優(yōu)勢。 2、分解作用：自然界有機(jī)碳化物的分解，主要是微生物的作用。 陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為CO ；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有酸、甲烷、氫和CO。,一 、 碳水化合物的轉(zhuǎn)化,單糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖 多糖：淀粉、纖維素、半纖維素,難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。,提問：哪些糖類會成為污染物？,1纖維素的轉(zhuǎn)化 葡萄糖高

3、聚物，每個纖維素分子含140010000個葡萄糖基（-1，4糖苷鍵）。 來源：棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。,纖維素的分子結(jié)構(gòu),（1）微生物分解途徑,（2）分解纖維素的微生物,好氧細(xì)菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌 厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。 放 線 菌鏈霉菌屬。 真 菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。 需要時可以向有菌種庫的研究機(jī)構(gòu)購買或自行篩選。,2半纖維素的轉(zhuǎn)化,存在于植物細(xì)胞壁中。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。 分解過程 好氧分解 EMPTCA 聚糖酶 CO2 + H2O 半纖維素 單糖 + 糖醛酸

4、H2O 各種發(fā)酵產(chǎn)物 厭氧分解 分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。 許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。,二、 脂肪的轉(zhuǎn)化,脂肪是甘油和高級脂肪酸所形成的脂，存在于動植物體內(nèi)，是人和動物的能量來源，也是許多微生物的碳源和能源。,飽和脂肪酸 + 甘油 在常溫下為固態(tài)，稱為脂 不飽和脂肪酸 + 甘油 在常溫下為液態(tài)，稱為油 來源：毛紡廠、油脂廠、制革廠等 作用微生物：脂肪是比較穩(wěn)定的化合物，但仍有微生物可以降解它。如細(xì)菌中的熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、鐮刀霉及解脂假絲酵母等，某些放線菌和分枝桿菌。,磷

5、酸二羥丙酮,丙酮酸，進(jìn)入TCA循環(huán),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（氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等） 無機(jī)氮（NH4+、NO3-等）,氮素循環(huán)包括： 固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用,氮循環(huán),工業(yè)固氮,高能固氮,生物固氮,有機(jī)氮合成,氨化作用,硝化作用,反硝化作用,O2不足,硝化細(xì)菌,反硝化細(xì)菌,亞硝酸鹽,1、生物固氮-大氣中的N2通過某些原核微生物的固氮作用合成為化合態(tài)氮。 2、硝化作用-土壤或水體中的氨態(tài)氮經(jīng)化能自養(yǎng)菌的氧化而成為硝酸態(tài)氮的過程。,3、氨化作用-有機(jī)氮經(jīng)微生物的氨化作用釋放出氨。,4、反硝化作用-硝酸和亞硝酸又可在無氧條件下經(jīng)微生物的反

6、硝化作用，最終變成N2或N2O，返回至大氣中。,一、生物固氮作用,什么叫做生物固氮？,固氮微生物將大氣中的N2還原為NH3的過程。,固氮微生物有哪些種類？,e-,+,H+,ATP,ADP+Pi,固氮酶,NH3,固氮過程：,N2,藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞的特化形式： （1）靜息孢子：壁厚，休眠細(xì)胞，富含儲藏物，抗不良環(huán)境 （2）異形孢：固氮,二、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化,1.蛋白質(zhì)的氨化,氨化作用：由有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（NH3、NH4+）,（1）蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸,（2）氨基酸脫氨基產(chǎn)生氨,水解脫氨（產(chǎn)生氨、羥基酸、醇）,氧化脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸或酮酸）,還原脫氨基（產(chǎn)生氨、脂肪酸）,氨化細(xì)菌：參與氨化作

7、用的細(xì)菌。 好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌 厭氧性：腐敗梭菌 兼性菌：變形桿菌。,問題：參加的有哪些微生物呢？,三、硝化作用,1. 硝化作用概念 在有氧氣時，微生物將氨氧化為硝酸的作用,2. 參加硝化作用的微生物,兩類細(xì)菌相伴而生，作用相連。,硝化細(xì)菌的特性： （1）革蘭氏陰性菌，不生芽孢 ，球狀或短桿狀 （2）強(qiáng)好氧性 ，中溫性（最適30，5-40 范圍活動） （3）中性或堿性環(huán)境。不能在強(qiáng)酸環(huán)境生活。 （4）對毒物敏感。很少的錳對其有毒害。,問題：硝化細(xì)菌有哪些特性？,3. 硝化作用的過程,（1）亞硝酸形成階段,亞硝酸細(xì)菌：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬 亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬,（2） 硝

8、酸形成階段,硝酸細(xì)菌：硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬,HNO2毒性很強(qiáng)，累積起來對植物有毒害。 HNO3是植物吸收利用的有效氮素養(yǎng)料。,4. 硝化作用進(jìn)行的條件,O2 NH3 堿性物質(zhì)（如NaHCO3，中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸） 不需有機(jī)物存在,蛋白質(zhì)最終被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4,四、反硝化作用,概念：硝酸鹽在通氣不良環(huán)境中（缺氧），被 反硝化細(xì)菌還原成NO2-、 NO、N2O、N2 的過程。,1. 反硝化過程,反硝化細(xì)菌（硝酸還原菌和亞硝酸還原菌）,2. 反硝化作用的微生物,反硝化細(xì)菌：進(jìn)行反硝化作用的微生物。50多屬。 兼性厭氧菌。,反硝化細(xì)菌的部分屬群,3. 反

9、硝化作用發(fā)生的條件,NO3- 有機(jī)物質(zhì)存在 氧氣 0.5 mg/L （O2的存在主要是抑制了呼吸作用中的異化性硝酸鹽還原酶的合成，而對同化作用中的同化型硝酸鹽還原酶不發(fā)生影響） 最適pH中性或微堿性 中溫型25,有機(jī)硫化物,硫酸鹽,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的還原作用,一、分解作用（含硫有機(jī)物的分解）： 動、植物和微生物尸體中的有機(jī)硫化物，被微生物降解成無機(jī)物（硫酸鹽、H2S等）的過程稱為分解作用。 微生物：氨化微生物,第四節(jié) 硫循環(huán),有機(jī)硫化物,硫酸鹽,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,無機(jī)硫的氧化作用

10、,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的還原作用,二、同化作用 微生物利用硫酸鹽和H2S ，組成本身細(xì)胞物質(zhì)的過程稱為同化作用，細(xì)菌、放線菌、真菌中都有能利用硫酸鹽作為硫源的種類。僅少數(shù)微生物同化H2S 。,三、無機(jī)硫的氧化作用 無機(jī)硫的氧化作用是微生物氧化H2S 、元素或FeS等生成硫酸鹽的過程。主要是硫細(xì)菌。 硫細(xì)菌有兩大類： 1、無色的化能營養(yǎng)型： 硫桿菌，自養(yǎng)型，不生芽孢，短桿，多以端生鞭毛運(yùn)動； 絲狀硫磺細(xì)菌，自養(yǎng)型。 2、有色的光能營養(yǎng)型 紫硫菌和綠硫菌,有機(jī)硫化物,硫酸鹽,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的還原作用,四、無機(jī)硫的還原作用 (硫酸鹽還原或反硫化作用) 無機(jī)硫化物的還原作用是在厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原成H2S的過程。參與此過程的微生物是硫酸鹽還原細(xì)菌。（脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬）,有機(jī)硫化物,硫酸鹽,H2S,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的氧化作用,無機(jī)硫的還原作用,三種基本過程：有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成溶解性無機(jī)磷(有機(jī)磷礦化)，溶解性無機(jī)磷變成有機(jī)磷(磷的同化) ,不溶性無機(jī)磷變成溶解性無機(jī)磷(磷的有效化). 微生物參與磷循環(huán)