微生物在环境物质循环中的.pptx

第八章 微生物在环境物质循环中的作用第一节第一节 碳循环碳循环含碳物质主要包括：二氧化碳、碳水化合含碳物质主要包括：二氧化碳、碳水化合物、脂肪及蛋白质等物、脂肪及蛋白质等纤维素的转化纤维素的转化分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物包括细菌、放线菌和真菌，其中细菌居多，包括细菌、放线菌和真菌，其中细菌居多，都是革兰氏阴性菌，生孢食纤维菌中的球都是革兰氏阴性菌，生孢食纤维菌中的球形生孢食纤维菌和椭圆形生孢食纤维菌较形生孢食纤维菌和椭圆形生孢食纤维菌较常见。常见。分解纤维素的微生物还有青霉菌、曲霉、分解纤维素的微生物还有青霉菌、曲霉、木霉等木霉等分解纤维素的酶均是表面酶，在细胞质膜分解纤维素的酶均是表面酶，在细胞质膜上或是胞外酶。上或是胞外酶。半纤维素的转化半纤维素的转化 半纤维素由聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸等半纤维素由聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸等组成组成 分解纤维素的微生物多能分解半纤维素。分解纤维素的微生物多能分解半纤维素。另外，芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌、根霉、另外，芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌、根霉、曲霉、小克银汉霉等可以分解半纤维素曲霉、小克银汉霉等可以分解半纤维素果胶质的转化果胶质的转化果胶质是由果胶质是由D-半乳糖醛酸以半乳糖醛酸以-1、4糖苷糖苷键构成，羰基与甲基脂化形成甲基脂键构成，羰基与甲基脂化形成甲基脂原果胶原果胶H2O可溶性果胶聚戊糖可溶性果胶聚戊糖可溶性果胶可溶性果胶H2O果胶酸甲醇果胶酸甲醇果胶酸果胶酸H2O半乳糖醛酸半乳糖醛酸分解果胶质的微生物有枯草芽孢杆菌、分解果胶质的微生物有枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、浸软芽孢杆菌等好氧菌多粘芽孢杆菌、浸软芽孢杆菌等好氧菌及蚀果胶梭菌和费新尼亚浸麻梭菌等厌及蚀果胶梭菌和费新尼亚浸麻梭菌等厌氧菌。氧菌。淀粉的转化淀粉的转化 淀粉的种类：直链和支链两种淀粉的种类：直链和支链两种 淀粉的降解途径：淀粉分解为葡萄糖，进淀粉的降解途径：淀粉分解为葡萄糖，进而参与产能代谢等而参与产能代谢等 降解淀粉的微生物：枯草芽孢杆菌、根霉、降解淀粉的微生物：枯草芽孢杆菌、根霉、曲霉等曲霉等脂肪的转化脂肪的转化脂肪水解为脂肪酸和甘油脂肪水解为脂肪酸和甘油甘油可以经过甘油激酶和磷酸甘油脱氢酶的甘油可以经过甘油激酶和磷酸甘油脱氢酶的作用转化为磷酸二羟丙酮，参与代谢。作用转化为磷酸二羟丙酮，参与代谢。脂肪酸通过脂肪酸通过 氧化途径氧化。氧化途径氧化。降解油脂较快的微生物：细菌、丝状菌、真降解油脂较快的微生物：细菌、丝状菌、真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉等青霉、乳霉、曲霉等降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多多种种细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌菌属、产碱杆菌属放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻烃类的代谢烃类的代谢苯的代谢第三节第三节 氮循环氮循环有机氮化合物：蛋白质、氨基酸、尿素及其他物质无机含氮化合物：氮气、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等2 2蛋白质降解机理蛋白质降解机理蛋白质降解机理蛋白质降解机理反硝化反硝化N2氨基酸转化氨基酸转化脱氨作用：氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨脱氨作用：氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨脱羧作用：氨基酸脱羧作用多数由腐败细菌和脱羧作用：氨基酸脱羧作用多数由腐败细菌和霉菌引起，经脱羧后生成胺。其中，二元胺有霉菌引起，经脱羧后生成胺。其中，二元胺有毒，因此蛋白质腐败后有毒。毒，因此蛋白质腐败后有毒。氧化脱氨还原脱氨水解脱氨脱羧作用尿素的氨化尿素的氨化用酚红可以检验此反应，酚红的变色范围是用酚红可以检验此反应，酚红的变色范围是6.48.0，酸性时为黄色，碱性时为红色，酸性时为黄色，碱性时为红色，当酚红呈红色时说明有氨生成。分解尿素的当酚红呈红色时说明有氨生成。分解尿素的细菌有尿八叠球菌。尿素细菌利用单糖、双细菌有尿八叠球菌。尿素细菌利用单糖、双糖、淀粉及有机酸盐做碳源。糖、淀粉及有机酸盐做碳源。硝化作用：硝化作用：亚硝酸细菌和硝酸菌都是好氧菌，适宜在中性和偏亚硝酸细菌和硝酸菌都是好氧菌，适宜在中性和偏碱性环境中生长，不需有机营养。亚硝酸细菌为革碱性环境中生长，不需有机营养。亚硝酸细菌为革兰氏阴性菌在硅胶固体培养基上生成细小、稠密的兰氏阴性菌在硅胶固体培养基上生成细小、稠密的褐色、黑色或淡褐色的菌落。硝酸细菌在固体培养褐色、黑色或淡褐色的菌落。硝酸细菌在固体培养基上生成细小、稠密的褐色、黑色或淡褐色的菌落。基上生成细小、稠密的褐色、黑色或淡褐色的菌落。可以应用到废水深度处理。可以应用到废水深度处理。反硝化作用反硝化作用土壤、水体及污水生物处理构筑物中的硝土壤、水体及污水生物处理构筑物中的硝酸盐在缺氧的情况下发生硝化作用。酸盐在缺氧的情况下发生硝化作用。大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为氮源，通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原氮源，通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原为氨，合成氨基酸、蛋白质及其他含氮化为氨，合成氨基酸、蛋白质及其他含氮化合物合物反硝化细菌在厌氧条件下，将硝酸还原为反硝化细菌在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气氮气硝酸盐还原为亚硝酸。硝酸盐还原为亚硝酸。固氮作用固氮作用在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。为氨，进而合成为有机氮化合物。基本反应式为：基本反应式为：N2+6e+6H+nATP2NH3+nADP+nPi 固氮微生物有根瘤菌、圆褐固氮菌、雀俾固氮微生物有根瘤菌、圆褐固氮菌、雀俾固氮菌和万氏固氮菌等。都是好氧菌，可固氮菌和万氏固氮菌等。都是好氧菌，可利用各种糖、醇、有机酸为碳源，分子氮利用各种糖、醇、有机酸为碳源，分子氮为氮源。当供给为氮源。当供给NH3、尿素和硝酸盐时固氮、尿素和硝酸盐时固氮作用停止。适于中性和偏碱性环境中生长，作用停止。适于中性和偏碱性环境中生长，在较低氧分压下固氮效果好。光合细菌例在较低氧分压下固氮效果好。光合细菌例如红螺细菌属、小着色菌及绿菌属等在光如红螺细菌属、小着色菌及绿菌属等在光照下厌氧生活时也能固氮。藻类的异形胞照下厌氧生活时也能固氮。藻类的异形胞也能固氮。也能固氮。第四节第四节 硫循环硫循环含硫有机物的转化含硫无机物的转化硫化作用含硫有机物的转化含硫有机物的转化含硫氨基酸包括蛋氨酸、半胱氨酸及胱氨酸等含硫氨基酸包括蛋氨酸、半胱氨酸及胱氨酸等可以利用醋酸铅试纸及硫酸亚铁来检验。可以利用醋酸铅试纸及硫酸亚铁来检验。无机硫的转化硫化作用：通过细菌将硫化氢氧化为单质硫，进一硫化作用：通过细菌将硫化氢氧化为单质硫，进一步氧化为硫酸。参与硫化作用的微生物有硫化细菌步氧化为硫酸。参与硫化作用的微生物有硫化细菌和硫磺细菌。和硫磺细菌。其中，氧化硫硫杆菌的硫转化其中，氧化硫硫杆菌的硫转化氧化亚铁硫杆菌，从氧化硫酸亚铁、硫代硫酸氧化亚铁硫杆菌，从氧化硫酸亚铁、硫代硫酸盐中获得能量，将硫酸亚铁氧化硫酸高铁。盐中获得能量，将硫酸亚铁氧化硫酸高铁。4FeSO4+O2+2H2SO4Fe2(SO4)3+2H2OFeS2+7 Fe2(SO4)3+8H2O15FeSO4+8H2SO4Cu2S+Fe2(SO4)3CuSO4+4FeSO4+S硫磺细菌：将硫化氢氧化为硫，并将硫粒积累在细硫磺细菌：将硫化氢氧化为硫，并将硫粒积累在细胞内，包括丝状硫磺细菌和光能自养的硫细菌。胞内，包括丝状硫磺细菌和光能自养的硫细菌。丝状硫磺细菌主要包括贝日阿托氏菌属、透明颤菌丝状硫磺细菌主要包括贝日阿托氏菌属、透明颤菌属、发硫菌等，均为革兰氏阴性菌属、发硫菌等，均为革兰氏阴性菌贝日阿托氏菌为无色不附着的丝状体，无鞘，体内贝日阿托氏菌为无色不附着的丝状体，无鞘，体内有有PHB或异染粒，或异染粒，DNA的的G+C为为37发硫菌，能氧化硫化氢并累积硫粒于细胞内。丝状发硫菌，能氧化硫化氢并累积硫粒于细胞内。丝状体外有鞘，一端附着，不能运动。在污水处理构筑体外有鞘，一端附着，不能运动。在污水处理构筑物、淡水和海水中均能找到。物、淡水和海水中均能找到。反硫化作用反硫化作用土壤淹水、河流、湖泊等水体缺氧状态时，土壤淹水、河流、湖泊等水体缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等在微生硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等在微生物的还原作用下形成硫化氢的作用物的还原作用下形成硫化氢的作用 称为反称为反硫化作用。硫化作用。脱硫脱硫弧菌：略弯曲的杆菌，脱硫脱硫弧菌：略弯曲的杆菌，G，严格，严格厌氧，具一根极端鞭毛，最适温度厌氧，具一根极端鞭毛，最适温度2530，pH最适范围为最适范围为67.5。除利用葡萄。除利用葡萄糖、乳酸为供氢体外，还能利用蛋白质、糖、乳酸为供氢体外，还能利用蛋白质、天门冬素及琥珀酸等为供氢体。天门冬素及琥珀酸等为供氢体。第五节第五节 磷循环磷循环含磷有机物有核酸、植酸及卵磷脂等；无含磷有机物有核酸、植酸及卵磷脂等；无机磷化合物有磷酸钙、磷酸钠及磷灰石等。机磷化合物有磷酸钙、磷酸钠及磷灰石等。主要介绍含磷有机物的转化及无机磷化合主要介绍含磷有机物的转化及无机磷化合物的转化物的转化含磷有机物的转化含磷有机物的转化核酸：在微生物核酸酶的作用下，水解生成核苷酸，核酸：在微生物核酸酶的作用下，水解生成核苷酸，在核苷酸酶作用下分解核苷核磷酸，核苷再经核苷在核苷酸酶作用下分解核苷核磷酸，核苷再经核苷酶水解碱基核核糖。碱基进一步分解、脱氨。酶水解碱基核核糖。碱基进一步分解、脱氨。磷脂：卵磷脂是含胆碱的磷酸脂。被微生物卵磷脂磷脂：卵磷脂是含胆碱的磷酸脂。被微生物卵磷脂酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸及胆碱。胆碱分解为酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸及胆碱。胆碱分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。能分解有机磷化合物氨、二氧化碳、有机酸和醇。能分解有机磷化合物的微生物有蜡状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌蕈状变种、的微生物有蜡状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌蕈状变种、多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌及假单胞菌等多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌及假单胞菌等