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第八章微生物在自然界碳氮素循环中的作用(演示200304)

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环境工程微生物学微生物在环境物质循环中作用ppt课件

环境工程微生物学微生物在环境物质循环中作用ppt课件

③ 有些污水经生物处理后出水硝酸盐含量高，
在排入水体后，若水体缺氧发生反硝化作用， 会产生致癌物质亚硝酸胺，造成二次污染， 危害人体健康。
在固氮微生物固氮酶的作用下，把分子氮转化为氨，进 而合成为有机氮化合物。
固氮条件
1.固氮酶
2.能量：平均每还原1mol氮为2mol的氨，需要24molATP， 其中9molATP提供3对电子用于还原作用，15molATP用于 催化反应
第三节 氮循环
四 硝化作用
氨在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为
硝酸的过程。
化能自养型
硝化作用
异养型
1、硝化细菌和硝化作用的过程
NH3
NO2-
NO3-
亚硝酸细菌
硝酸细菌
2、硝化作用的意义
生活污水和工业废水如味精废水、赖氨酸废水等含 有相当高浓度的氨氮。 先将氨氮转化为硝酸盐（硝化作用），再通过反硝 化作用将硝酸氮还原为氮气溢出水面。
1.脂肪酸先被脂酰硫激酶激活
2.在α、β碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水
3.在α、β碳位之间的碳链断裂，生成1mol乙酰辅 酶A和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。
4.乙酰辅酶A进入三羧酸循环完全氧化成二氧化碳和 水。
5.剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复 一次β－氧化，以至完全形成乙酰辅酶A。
ω氧化
HOOC-（CH2）4-CH2OH
+ H2Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CO2 + H2O
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将 环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作
用下将污染物 彻底降解——共代谢。
C．芳香烃
芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。

第八章微生物在环境循环中的作用

第八章微生物在环境循环中的作用

二、微生物在氮循环中的作用 固氮作用：分子态氮被转化成氨，进而合成 有机氮化合物的过程称为固氮作用。 氨化作用：微生物分解有机氮化合物产生氨 的过程称为氨化作用。 硝化作用：微生物将氨氧化为硝酸盐的过程 称硝化作用。 反硝化作用：微生物还原硝酸盐释放出分子 态氮和一氧化二氮的过程称为反硝化作用。
第八章 微生物在环境物质循环 中的作用
介绍
物质循环：
自然界中，生物所需的各种化学元素，通过生物的生命
活动，一方面被合成为有机物，组成生物体；另一方面，这
些有机物又被分解为无机物质返回大自然。 在生态系统中，组成生物体的C、O、N、S、P、Fe等元素 不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机 环境的循环过程，称物质循环
淀粉种类：由直链和支链淀粉两种组成，前者以α-（1→4）糖苷键构成无分
支，后者还具有α-（1→6）糖苷键
表1 不同作物中淀粉含量
作物名称 淀粉含量
小麦
玉米
大米
土豆
红薯
65％
65％
75％
20％
16％
（二）淀粉的转化
1.直链淀粉（Amylose）
一级结构
α（1→4）葡萄糖苷键
•可溶于热水 •遇碘呈紫蓝色
呼吸作用动 植物及微生 物
需氧 CH4 产甲烷细菌 甲基化合物 光合 细菌 沉积作用 厌氧呼吸、发 酵厌氧微生物， 包括光合细菌 CO2 厌氧
有机化合物 （CH2O） n
第一节 碳循环
含碳物质：
一碳（二氧化碳)，二碳、三碳、四碳、五碳、和六碳化合 物，二糖，多糖(纤维素和淀粉),脂肪及蛋白质等。
碳循环过程：
分解淀粉微生物：
① 好氧微生物枯草芽孢杆菌可直接将淀粉分解为二氧化碳和水； ②根霉和曲霉将淀粉先氧化为葡萄糖，后由酵母将其转化为二氧化碳和水 ； ③两酮丁醇梭状芽孢杆菌和丁酸梭状芽孢杆菌发酵生成丙酮丁醇等

微生物第八章微生物在环境物质循环中的作用

微生物第八章微生物在环境物质循环中的作用
COASH RCOSC OA + CH3CO-SCOA β氧化
18
RCOSC OA FAD
第二次 β氧化 FADH
2
O-SCOA 酶A 2015-1-11
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
脂肪酸通常通过β－氧化过程氧化。以硬脂酸 为例，1mol硬脂酸含有18mol个碳原子，需要经 过8次β－氧化全部降解为9 mol乙酰辅酶A，总 反应式：
2015-1-11
6
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
几种含碳化合物的转化
1.纤维素的转化
HOH C HOH C 22 O O O O HO HO OH OH HOH C HOH C 2 2 O O HO HO O O OH OH O O HO HO
HOH HOH 2 2
HOH2C O
O
纤维二糖 葡萄糖 纤维二糖 葡萄糖 纤维素 纤维素 细 细 HO OH厌 厌 氧 氧 氧化酶，脱氢酶，脱羧酶 AT P 发 萄糖 TCA 发 细胞色素，细胞色素氧化酶 酵 酵 循环 H2O 葡萄糖 葡萄糖 2015-1-11 7 丙酮丁醇发酵 丙酮丁醇发酵 CO2 +CO + + 丙酮+ 丁醇+ 乙酸 +CO
藻类 光合 作用 CH4 产甲烷菌 光合细菌 (CH2O)n
藻类 光合 作用 CH4 产甲烷菌 光合细菌
(CH2O)n 有机化合物 CO2
残体 厌氧 分解 有机酸，糖，维 生素，氨基酸 好氧 分解
(CH2O)n
(CH2O)n 有机化合物 CO2 呼吸: 动物 植物 微生物 发酵 厌氧微生物
4
残体 厌氧 分解 呼 有机酸，糖，维生素， 氨基酸 吸 好氧 分解 2015-1-11 CO2

第八章微生物在自然界碳氮素循环中的作用

第八章微生物在自然界碳氮素循环中的作用

第 1 页 共 4 页
五碳糖、六 放线菌（青铜色小单孢菌） 细菌（枯草杆菌） 原生动物 藻类
三、果胶物质的分解 半乳糖醛酸主要以α-1、4 糖苷键连成 1、分解果胶的微生物 细 菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等 放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等 真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等 2、果胶分解的应用---麻类脱胶 水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。 露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶 四、木质素的分解 带支链的芳香族化合物的聚合体。 木质素主要存在于植物的细胞壁和细胞间隙。木质素在陆地上数量大，几乎与纤维素数量相等。 降解特点——难降解： 芳香族化合物 酚类
酚酶
主要微生物：真菌中的担子菌.
★第二节 氮素循环中微生物的作用
第 2 页 共 4 页
一、氨化作用 有机态 N 被微生物降解形成 NH3 的过程. (1)蛋白质的氨化作用过程 蛋白酶 蛋白质 水解 (2)尿素的氨化 尿酶 CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O 肽 水解 肽酶 氨基酸 NH3 降解（氧化脱氨基作用、水解脱氨基作用、还原脱氨基作用）
★
微生物生长的氮源 无机氮 植物生长的氮源 C：N = 5：1（微生物细胞） C/N 是 25：1
微生物生长发育过程中，从外界吸收利用的营养物质的
举例： 二、硝化作用 将铵离子氧化形成硝酸的微生物学过程。 化能自养型（好氧，主要） 硝化作用 异养型（厌氧；发现迟） 1、硝化细菌和硝化作用的过程
NO3 NO2 NH4
NO
3
含量——丰富
☞ 仅次于光合作用的化学反应——提供还原态氮化合物

微生物在碳素循环中的作用

微生物在碳素循环中的作用

（五）铵盐同化作用
所有绿色植物和微生物进行的以铵盐作为营养，合成氨 基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物的作用。
（六）异化性硝酸盐还原作用
定义：硝酸粒子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的 反应。有时亚硝酸可进一步通过亚硝酸铵化作用而产生 氨或进一步通过反硝化作用（denitrification）产生氮 气、NO或N2O。
碳循环以CO2为中心，光合作用 → 植物性碳 → 动物性碳 → 微生物 分解→CO2
水环境中： CO2产甲烷菌 甲烷甲烷氧化菌 CO2
有氧环境 光合作用
无氧环境 发酵作用
CH4
CO2+H2O
O2 +“CH2O”
醇，有机酸，H2+CO2
呼吸作用
化石燃料
碳、氢、氧元素在自然界中的循环
碳 素 循 环
（CH2O）n 有机化合物
一碳素循环化石燃料呼吸作用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碳循环以co为中心光合作用植物性碳动物性碳微生物分解co产甲烷菌甲烷甲烷氧化菌co光合作用藻类绿色植物蓝细菌ch有机化合物呼吸作用动植物及微生物厌氧呼吸发酵厌氧微生物包括光合细菌有机化合物ch光合细菌沉积作用产甲烷细菌甲基化合物甲烷氧化细菌ch二氮素循环大气n生物体有机氮nh4作用铵盐同化作用生物固异化性硝酸盐还原作作用硝化作用氨化作用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
一、碳素循环 二、氮素循环 三、硫素循环 四、其它元素的微生物转化
自然界能量与物质循环
植物(为主）、无机营养型微生物（海洋）
生物合成 （环境物质转化为生物体）
无机—有机
生物分解 （生物有机体转化为环境物质）
有机—无机

微生物在自然界氮素循环中的作用

微生物在自然界氮素循环中的作用

《微生物在自然界氮素循环中的作用》
微生物在自然界氮素循环中的作用是:①参与植物营养元素的吸收、运输和转化;②直接或间接地参与土壤肥力形成过程,特别是通过其固氮活性而对土壤供氮能力有重要影响.③在氮肥的利用方面也发挥着重要作用.④参与污染物质的降解和转化.
故答案为:①参与植物营养元素的吸收、运输和转化;②直接或间接地参与土壤肥力形成过程,特别是通过其固氮活性而对土壤供氮能力有重要影响;③在氮肥的利用方面也发挥着重要作用;④参与污染物质的降解和转化.
【点评】本题考查了微生物在自然界氮素循环中的作用及微生物在人类社会中所起到的重要作用等知识点.
【解析】本题主要考查学生对知识点的理解和掌握情况,意在考查考生调动和运用知识分析问题、解决问题的能力.
【详解】微生物在自然界氮素循环中的作用:(1)参与植物营养元素的吸收、运输和转化;(2)直接或间接地参与土壤肥力形成过程,特别是通过其固氮活性而对土壤供氮能力有重要影响;(3)在氮肥的利用方面也发挥着重要作用;(4)参与污染物质的降解和转化。

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2．半纤维素旳转化
存在于植物细胞壁中。造纸废水和人造纤维废水中含半
纤维素。
分解过程
好氧分解
EMP\TCA
聚糖酶
半纤维素
单糖 + 糖醛酸
CO2 + H2O
H2O
多种发酵产物 厌氧分解
分解纤维素旳微生物大多数能分解半纤维素。
许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌 有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
RCH(OH)COOH+NH3
HRC2OHNH2COOH+
RCH2OH+CO2+
②氧H化2O脱氨基（产生氨、脂肪N酸H或3 酮酸）
RCHNH2COO
RCOOH+CO2
③还H原+脱O氨2 基（产生氨、脂肪+酸N）H3
RCHNH2COO HRC+H2NH+H2COO
RCH2COOH+N HRC3 H3+CO2+
有机硫化物 无机硫旳还原作用 H2S
元素Ｓ
三、无机硫旳氧化作用
无机硫旳氧化作用是微生物氧 化H2S 、元素Ｓ或FeS等生成硫 酸盐旳过程。主要是硫细菌。 硫细菌有两大类： 1、无色旳化能营养型： 硫杆菌，自养型，不生芽孢， 短杆，多以端生鞭毛运动； 丝状硫磺细菌，自养型。 2、有色旳光能营养型 紫硫菌和绿硫菌
蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4
四、反硝化作用
概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被 反硝化细菌还原成NO2-、 NO、N2O、N2 旳过程。
1. 反硝化过程
ห้องสมุดไป่ตู้缺氧
C6H12O6 +
6H20 + 6CO2
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二、硝化作用
将铵氧化形成硝酸的微生物学过程
硝化作用
化能自养型（好氧） 异 养 型（厌氧、耐酸）
1、硝化细菌和硝化作用的过程
NH4+
NO2-
NO3-
亚硝酸细菌
硝酸细菌
第二节 氮素循环中微生物的作用
二、硝化作用
2、影响硝化作用的环境因素 (1)pH值：喜欢微碱性环境； (2)温度：4-40℃，最适：25-35℃； (3)通气：需要氧、CO2； (4)湿度：过量-影响通气，不足-引起细胞缺水。
1014kg
1、分解纤维素的微生物 (1) a.真菌(木霉属)
木材腐朽： 褐 腐：只分解木材中的纤维素剩下木质素。 白 腐：只分解木材中的木质素剩下纤维素。
b.细菌（食纤维菌属) c.放线菌
第一节 碳素循环中微生物的作用
一、纤维素的分解
(2)无氧中温条件 细 菌：纤维分解梭菌 真 菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：
(3)高温条件：在60—70℃条件下生长，并分解纤维素。 细 菌：热纤维菌 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属 真 菌：
第一节 碳素循环中微生物的作用
一、纤维素的分解
2、微生物分解纤维素的生化机制
纤维素
单糖
纤维素复合酶
内切葡萄糖酶 外切葡萄糖酶 β-葡萄糖苷酶
按作用场所分： 表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起
第二节 氮素循环中微生物的作用
四、生物固氮
（一）生物固氮作用的机理
1、固N酶的结构：钼铁蛋白和铁蛋白（钒固氮酶）
2、固N酶固氮的基本反应
N2+8e+8H++28ATP
作用的酶（食纤维菌）。 胞外酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶
（真菌形成的纤维素酶）。
第一节 碳素循环中微生物的作用
二、半纤维素的分解
五碳糖、六碳糖、糖醛酸的组成的多糖
分解半纤维素的微生物：
真菌（双孢蘑菇） 放线菌（青铜色小单孢菌） 细菌（枯草杆菌） 藻类
第一节 碳素循环中微生物的作用
三、果胶物质的分解
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
(2)尿素的氨化
尿酶
CO(NH2)2+2H2O
(NH4)2CO3
2NH3+CO2+H2O
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
(2)尿素的氨化 尿素细菌： 1、球菌：尿素生孢八叠球菌（芽孢） 2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌（唯一N源）
第二节 氮素循环中微生物的作用
土壤氮素损失的途径:收获、NH3、NO3-、N2O、N2 投入的途径:施肥、降雨或灌溉、生物固氮等
*生物固氮量：1.22~1.75万吨/年
第二节 氮素循环中微生物的作用 四、生物固氮
生物固氮：
分子态氮在微生物体内由固氮酶催化下还原为氨的 过程。
固氮微生物
细菌 放线菌 100余属 兰细菌
共生固氮作用 非豆科植物 21个属 豆科植物 700个属
3、硝化作用的农业意义
淋溶、反硝化
硝化作用的化学抑制
一般利用率：<40%
第二节 氮素循环中微生物的作用
三、反硝化作用
微生物将硝酸还原为氨、N2O及N2的过程 1、反硝化作用的过程
HNO3
NH3
硝酸盐的同化还原作用
N2O 或 N2 硝酸盐的异化还原作用 （脱氮）
第二节 氮素循环中微生物的作用
三、反硝化作用
第一节 碳素循环中微生物的作用 微生物的作用 PC1对稻秆的分解
第一节 碳素循环中微生物的作用
MC1处理8d后的稻秆
第一节 碳素循环中微生物的作用
第一节 碳素循环中微生物的作用
MC1-1 MC1-4
MC1-2
MC1-3
MC1-5
MC1-6
第一节 碳素循环中微生物的作用
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
C：N=25：1 有机物
C：N=5：1 微生物
微生物生长发育过程中，从外界吸收利用的营养
物质的 C/N 是 25：1
? 有机质的碳氮比C/N=12.5:1 有机质的碳氮比C/N=50:1 ?
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
第二节 氮素循环中微生物的作用
半乳糖醛酸以α-1，4糖苷键连成的多糖 1、分解果胶的微生物 细 菌、放线菌、真 菌等
2、果胶分解的应用---麻类脱胶 水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生
物分解其中的果胶。 露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，
第一节 碳素循环中微生物的作用
四、木质素的分解
带支链的芳香族化合物的聚合体。
主要微生物： 真菌中的担子菌 放线菌中的链霉菌
2、反硝化作用微生物 大多数：异养、兼性厌氧 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）
第二节 氮素循环中微生物的作用
三、反硝化作用
3、环境对反硝化作用的影响 ① 通气状况——厌氧环境 *水稻干湿交替的栽培方式非常有利于反硝化形 式脱氮。 ② pH值——微 碱 性 ③ 有机质与NO-3含量——丰富
第二节 氮素循环中微生物的作用 四、生物固氮
第八章 微生物在自然界碳氮素循环中的作用
第一节 碳素循环中微生物的作用
一、纤维素的分解 等
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用 三、反硝化作用
二、硝化作用 四、生物固氮
第一节 碳素循环中微生物的作用
有机质
CO2
第一节 碳素循环中微生物的作用
第一节 碳素循环中微生物的作用
一、纤维素的分解
(C6H10O5）n
一、氨化作用
(2)尿素的氨化 尿素细菌的生理特点： ① 喜碱性条件 ②以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源
农业实践对策 （损失率：10-70%） 第一、施尿素注意深施 第二、尿素不要与碱性物质同时施入
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
有机氮
氨化作用
无机氮
微生物生长的氮源 植物生长的氮源
第一节 碳素循环中微生物的作用
第一节 碳素循环中微生物的作用
五、几丁质的分解
N-乙酰氨基葡萄糖以β-1，4糖苷键连接而成 的大分子
主要微生物：
细菌：嗜几丁质芽孢杆菌 放线菌：链霉菌
第二节 氮素循环中微生物的作用 生物体有机态氮
NO3-
大气 N2
生物固氮
反 N2O 硝
化 NO 作
用 NO2-
NH4+
第二节 氮素循环中微生物的作用
微生物
微生物
有机氮
氨态氮
硝态氮
微生物
植物及微生物的固 定
微生物
亚硝态氮 微生物
氮气
第二节 氮素循环中微生物的作用
一、氨化作用
有机态N被微生物降解形成NH3的过程
(1)蛋白质的氨化作用过程
蛋白酶
蛋白质
肽
水解
肽酶 水解
氨基酸 降解 NH3
氧化脱氨基作用 水解脱氨基作用 还原脱氨基作用