生态学--微生物在生物地球化学循环中的作用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,六、微生物在生物地球化学循环中的作用(碳循环、氮循环）,内容,总述,碳循环,氮循环,总述,环境中的物质，除了人烟稀少、无工业的保护区会,保留纯净的天然性状外，一般或多或少受到废物或,毒物的污染。所以，物质的循环包括天然物质和有,毒物质的循环。物质循环有氧、碳、氮、硫、磷、,铁、锰、及各种有毒或无毒污染物的循环。促使上,述物质循环的有物理作用、化学作用和生物作用。,其中，生物作用占主导，微生物在生物作用中占极,重要的地位。,营养层次,微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用,自然界物质及能量流动的金字塔,初级生产者,初级取食者,次级取食者,高级取食者,分解者,主要是高等植物,微生物次,生物地球化学循环,生物地球化学循环是指自然界中物质在生物圈中进行的转化和运动，简言之，许多化学元素在生物圈和非生物圈间的循环。,生命元素生命体组成和生命活动中参加的元素。,基本元素,：C，H，O，N，P，S，Ca，Si等循环,强烈迅速,次要元素,：K，Na，Mg，Fe和卤素元素等,微量元素,：Al，Br，Co，Cr，Cu，Mo，Ni，,Se，Ge，Zn等,一、碳素循环：该元素循环与H，O循环协同,CO,2,+H,2,O,化石燃料,呼吸作用,O,2,+“CH,2,O”,醇，有机酸，H,2,+CO,2,CH4,光合作用,发酵作用,有氧环境,无氧环境,碳、氢、氧元素在自然界中的循环,微生物与碳循环之间的所有关系:一个理想化的食物网,自养微生物,化能、光能,初级生产者,初级取食者,次级取食者,高级取食者,微生物分解者,CO,2,无机盐,CO,2,被捕食,残 体,大,气,CO,2,通过食物网进行的碳转移,呼吸作用,动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面,CO,2,有机质,地球上的氮库,N,2,主要存在于大气,溶解形式的无机,N,，如,NH,4,+,，,NH,3,，,NO,3,-,，,NO,2,-,等,有机,N,，,活的和死的有机体,惰性氮（非溶解性氮），,NO,N,2,O,等,大多数微生物和植物可吸收的形式：,NH,4,+,、NO,3,-,二、氮素循环,氮素在自然界的循环（红箭头表示微生物与植物的共同作用；黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节）,大气N,2,生物体有机氮,NH,4,+,NO,3,-,NO,2,-,NO,N,2,O,NH,2,OH,NH,4,+,硝化作用,硝酸盐同化作用,铵盐同化作用,生物固氮,异化性硝酸盐还原作用,反硝化作用,亚硝酸氨化作用,硝化作用,氨化作用,氮素在自然界的循环总图,一、N,2,的固定,主要由微生物完成，有的微生物游离固氮，有的微生物与植物根形成特殊的结构根瘤,能源,ATP,H,+,e,-,氧化态,还原态,铁氧化还原蛋白,ADP+Pi,固氮酶,Fe N,2,Mo,NH,NH,NH,2,NH,2,NH,3,NH,3,N,N,2NH,3,2e,-,2e,-,2e,-,固氮酶作用图,每年由微生物固定大气中的N2为1.7x10,8,吨。,其中，自生固氮菌固氮速度较慢，共生固氮菌固氮速度快。对木薯地中的二者进行比较：共生固氮菌固氮300Kg/hm,2,；自生固氮菌固氮0.52.5Kg/hm,2,。固氮效率受氧气影响较大。,自生固氮菌的种属较多，能够固氮的微生物不断发现，如固氮菌属，拜叶林克氏菌属，红硫菌属，红假单孢菌属，红螺菌属，脱硫弧菌属，克雷氏菌属等；水中主要是蓝细菌属。,氨化作用,有机氮,NH,3,氨化菌,二、有机态N被微生物降解形成NH,3,的过程,(1)蛋白质物质的氨化作用过程,蛋白质,蛋白酶,水解,肽,肽酶,水解,氨基酸,降解,NH,3,氧化脱氨基作用,水解脱氨基作用,还原脱氨基作用,减饱和脱氨作用,(2)尿素的氨化,CO(NH,2,),2,+2H,2,O (NH,4,),2,CO,3,尿酶,2NH,3,+CO,2,+H,2,O,尿素细菌：,球菌,：尿素生孢八叠球菌,芽孢杆菌,：巴斯德尿素芽孢杆菌,尿素细菌的生理特点：,喜好碱性条件。,以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。,固氮作用和氨化作用产生的NH,3,在水中产生NH,4,+,NH,4,+,植物、微生物,铵盐同化作用,生物体有机氮,NH,4,+,NO,2,-,NO,3,-,硝化作用,亚硝化细菌,硝化细菌,三、硝化作用,铵氧化形成硝酸的微生物学过程,硝化作用微生物,化能自养型,异养型,1、硝化细菌和硝化作用的过程,2、影响硝化作用的环境因素,(1)pH值：适宜微碱性,(2)温度：4-40，最适：25-35,(3)通气：需氧,(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。,四、反硝化作用,微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N,2,的作用,HNO,3,N,2,O 或 N,2,NH,3,1、反硝化作用的过程,NH,2,OH,NO,2,-,NH,4,+,NO,N,2,O,N,2,亚硝酸氨化作用,反硝化作用,NO,3,-,NO,2,-,NH,4,+,生物体有机氮,硝酸盐还原,硝酸盐同化,反硝化细菌,如产碱,杆菌、大肠杆菌等,细致过程,生物体有机氮,2、反硝化作用微生物,大多数：异养兼厌气性,极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）,3、环境对反硝化作用的影响,通气状况：厌氧或氧浓度较低条件下，才进行反,硝化作用,pH值：影响反硝化途径，pH越低形成的氧化氮比,例越高,有机质与NO,-,3,含量：NO,-,3,浓度越高反硝化作用越,强，环境补充有机质，那么生成N,2,就多,谢谢观看,