微生物在环境物质循环中的作用.pptx

第二章第二章 微生物在环境物质循环中的作用微生物在环境物质循环中的作用l第一节第一节 氧循环氧循环l第二节第二节 碳循环碳循环l第三节第三节 氮循环氮循环l第四节第四节 硫循环硫循环l第五节第五节 磷循环磷循环l第六节第六节 铁、锰循环铁、锰循环第三节第三节 氮循环氮循环自然界氮素含量丰富，存在的形式有自然界氮素含量丰富，存在的形式有3种：种：1、分子氮（占大气、分子氮（占大气78%）2、有机氮化合物、有机氮化合物3、无机氮化合物（氨氮和硝酸氮）、无机氮化合物（氨氮和硝酸氮）氮循环包括氨化作用、硝化作用、反硝化作氮循环包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。用和固氮作用。氮循环过程氮循环过程 脱氨作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下脱氨作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用下产生氨，称为氨化作用。脱氨的方式有：氧化脱氨、还原脱产生氨，称为氨化作用。脱氨的方式有：氧化脱氨、还原脱氨和减饱和脱氨。氨和减饱和脱氨。一、氨化作用一、氨化作用1、蛋白质的水解、蛋白质的水解 蛋白质分子量大，不能直接进入微生物细胞，在细胞外蛋白质分子量大，不能直接进入微生物细胞，在细胞外被蛋白酶水解成小分子肽、氨基酸后才能头国细胞被微生物被蛋白酶水解成小分子肽、氨基酸后才能头国细胞被微生物利用。利用。蛋白质蛋白质肽肽氨基酸氨基酸2、氨基酸转化、氨基酸转化（1）氧化脱氮TCA（2）还原脱氮（3）水解脱氮（4）减饱和脱氨 脱羧作用：氨基酸脱羧作用多数由腐败细菌和霉菌引脱羧作用：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。起，经脱羧后生成胺。二、尿素的转化二、尿素的转化 在废水生物处理中，生物反应池中微生物生长情况恶化，缺氮时可以投加尿素，尿素含氮47%，可以被很多微生物利用。三、硝化作用三、硝化作用 氨基酸脱下的氮，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸氨基酸脱下的氮，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸，这称为消化作用。有氨转化为硝酸细菌的作用转化为硝酸，这称为消化作用。有氨转化为硝酸分两步进行：分两步进行：四、反硝化作用四、反硝化作用 微生物吸收硝酸盐，将硝酸还原成氮气或者氨，再由氨微生物吸收硝酸盐，将硝酸还原成氮气或者氨，再由氨合乎成为氨基酸、蛋白质以及其他含氨物质。合乎成为氨基酸、蛋白质以及其他含氨物质。1、大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为氮素营养，、大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为氮素营养，通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原成氨。通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原成氨。2、反硝化细菌（兼性厌氧菌）在厌氧条件下，将硝酸还原、反硝化细菌（兼性厌氧菌）在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气为氮气3、硝酸盐还原为亚硝酸。、硝酸盐还原为亚硝酸。五、固氮作用五、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，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。每还原每还原1mol氮为氮为2mol氨，需要氨，需要24mol ATP，其中，其中9mol ATP提供提供3对电子用于还原作用。对电子用于还原作用。15mol ATP用于催化反应。用于催化反应。厌氧固氮菌是通过发酵碳水化合物至丙酮酸，有丙酮酸厌氧固氮菌是通过发酵碳水化合物至丙酮酸，有丙酮酸磷酸解过程中合成磷酸解过程中合成ATP提供固蛋所需。好氧固氮菌则是通过提供固蛋所需。好氧固氮菌则是通过好氧呼吸由好氧呼吸由TCA循环产生循环产生FADH2、NADH2等经电子传递链等经电子传递链产生产生ATP六、其它含氮物质的转化六、其它含氮物质的转化氢氰酸可以被一些微生物合成利用，主要是担子菌和紫色杆菌。氢氰酸可以被一些微生物合成利用，主要是担子菌和紫色杆菌。其他含氮物质有氢氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈其他含氮物质有氢氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈及硝基化合物。及硝基化合物。第四节第四节 硫循环硫循环在自然界中硫有三态：元素硫、无机硫化物及含硫有机化合物一、含硫有机物的转化一、含硫有机物的转化动物、植物和微生物机体中含硫有机物主要是蛋白质。二、无机硫化物的转化二、无机硫化物的转化1、硫化作用、硫化作用（1）硫化细菌：硫化细菌属于革兰氏阴性细菌，从氧化硫化）硫化细菌：硫化细菌属于革兰氏阴性细菌，从氧化硫化氢、元素硫、硫代硫酸盐、亚硫酸盐及多硫磺酸盐中获得能氢、元素硫、硫代硫酸盐、亚硫酸盐及多硫磺酸盐中获得能量，产生硫酸，同化二氧化碳合成有机物。量，产生硫酸，同化二氧化碳合成有机物。（2）硫磺细菌：将硫化氢氧化为硫，并将硫粒积累在细胞内）硫磺细菌：将硫化氢氧化为硫，并将硫粒积累在细胞内的细菌，统称为硫磺细菌，它们包括丝状硫磺细菌和光能自的细菌，统称为硫磺细菌，它们包括丝状硫磺细菌和光能自养的硫细菌。养的硫细菌。丝状硫细菌在生活污水和含硫工业废水的生物处理过程中出现，与活性污泥丝状膨胀有密切关系，当曝气池溶解氧在1mg/L以下时，硫化物含量较多，贝日阿托氏菌和发硫菌过度生长引起活性污泥丝状膨胀。2、反硫化作用、反硫化作用 土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时，硫酸盐、土壤淹水、河流、湖泊等水体处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的还原作用下亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的还原作用下形成硫化氢，这种作用就叫反硫化作用。形成硫化氢，这种作用就叫反硫化作用。第五节第五节 磷循环磷循环磷在土壤和水体中以含磷有机物、无机磷化合物及还原态PH3，三种状态存在。PH3一、含磷有机物的转化一、含磷有机物的转化1、核酸、核酸核糖2、磷脂、磷脂甘油脂肪酸磷酸3、植素、植素二、无机磷化合物的转化二、无机磷化合物的转化可溶性的磷酸盐可以经下面2种途径转化：1、被植物、藻类及其他微生物吸收利用，组成卵磷脂、核酸及ATP2、磷酸盐在厌氧条件下，被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原作用形成PH3第六节第六节 铁、锰循环铁、锰循环自然界中铁以自然界中铁以无机铁化合物无机铁化合物和和含铁有机物含铁有机物两种状态存在。两种状态存在。有氧存在时，二价的氧化铁被氧化成三价的氢氧化物。无氧条件下，二价的铁还能被铁细菌氧化为三价铁 铸铁管道中，常因水管中有酸性水而将铁转化为溶解性的二价铁，铁细菌就转化二价铁为三价铁并沉积于水管壁上，越积越多，堵塞水管。趋磁性细菌趋磁性细菌1975年在海底泥中发现，趋磁性细菌的游泳方向受磁场的影响。趋磁细菌细胞内磁小体的主要成分为Fe3O4和Fe3S4。磁小体来自活体细胞，不会产生任何毒性且因其颗粒小而均匀，具有较大的表面积体积比，且磁小体外有生物膜包被，颗粒间不聚集，也没有细胞毒性，因而将在许多领域有潜在的不可估量的应用价值。在污水处理厂的沉淀物中也分离出趋磁细菌。目前有研究表明可以利用趋磁性细菌来吸附回收Pb2+等重金属离子。