生态学--微生物在生物地球化学循环中的作用
微生物在生物圈的作用
微生物在生物圈的作用
微生物在生物圈中扮演着重要的角色，它们在物质循环、能量转化、生态平衡等方面发挥着重要作用。
以下是一些具体的例子：
1. 物质循环：微生物通过分解有机物质，将其转化为无机物质，促进了物质的循环和再生。
例如，硝化细菌通过氧化氨和亚硝酸盐产生氮气和水，促进了氮循环。
2. 能量转化：微生物通过光合作用或化学合成作用，将无机物质转化为有机物质，实现了能量的转化和储存。
例如，蓝藻通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在有机物质中。
3. 生态平衡：微生物在生态系统中扮演着多种角色，包括分解者、生产者和消费者。
它们通过相互作用，维持了生态系统的平衡和稳定。
例如，分解者微生物可以分解死亡的动植物遗体，释放出有机物质和营养元素，为其他生物提供能量和营养。
总之，微生物在生物圈中扮演着非常重要的角色，它们通过各种方式促进物质循环、能量转化和生态平衡，维持了地球生命的繁荣和发展。
生物地球化学元素的生物地球化学循环与生态效应分析
生物地球化学元素的生物地球化学循环与生态效应分析生物地球化学元素是指在地球上存在的各种元素，其广泛存在于生物界、岩石圈、水文圈和大气圈之中。
生物地球化学元素的生物地球化学循环较为复杂，包括了元素的输入和输出过程、生物地球化学循环、矿物质化学风化、岩浆活动和生物地球化学标记以及大气圈和水文圈之间的联系等。
本文将从生物地球化学元素的循环和生态效应两个方面对其进行详细分析。
一、生物地球化学元素的生物地球化学循环生物地球化学元素通过生物地球化学循环与不同组成物质相互转换、交换和储存。
生物地球化学循环主要包括了生物转化、水生环境和地球化学循环三个方面。
其中生物转化是指生物体在对元素进行代谢过程中产生的能量和物质转换，而水生环境和地球化学循环则主要是指土壤、岩石圈、水域和大气圈之间的物质交换以及元素循环。
其中生物转化和水生环境的循环是生物地球化学循环的核心部分。
1.生物转化生物转化是生物地球化学循环的核心。
生物元素循环过程主要分为生产者、消费者和分解者三个阶段。
其中，生产者是指那些利用光合作用或化学合成的自养细胞生产有机物质，并从无机盐中得到所需元素的生物；而消费者和分解者则是指那些依赖于有机物质为食物的生物，而有机物质的来源是其它生物，包括属性越来越高的消费者和分解者。
其中，生产者在光合作用或化学合成中大量利用了二氧化碳和水进行光合作用，产生氧和有机物质，再由有机物质供给上层生物的生存。
同时，土壤也有其它能力较强的细菌，与生产者和分解者一起进行元素循环，保持了地球上各种生物的生态平衡。
2.水生环境的循环水生环境是生物地球化学循环的一个重要部分，包括了水域、水系、河道、湖泊和大海等。
水生环境中的生物往往是居住在其中的一种特殊的生物体系，它们在水中往往作为食物链的一部分存在，并参与到生物地球化学元素的循环之中。
生物体通过食物链的方式将水生环境的生物地球化学元素转化为它所需要的元素。
而水生环境中的细菌、微生物或发酵物等则能够通过代谢作用将一些化合物中的元素进行化学转化和分解，从而生态地维持着水生环境中生物地球化学元素的平衡。
微生物学题目
第一章填空题1.生物包括细胞生物和非细胞生物，细胞生物一般包括、、、、，非细胞生物一般包括、。
2. 微生物的基本特征：、、、、、。
3.微生物学在2l世纪将作为统一生物学的重要内容而继续向前发展，其中两个活跃的前沿领域是和。
答案：1、真细菌、古细菌、真菌、单细胞藻类、原生动物、病毒、亚病毒2. 个体微小，结构简单；繁殖快；代谢类型多，活性强；分布广泛；数量多；易变异（任意五点即可）3.分子微生物遗传学、分子微生物生态学是非题1、微生物是指大量的、极其多样的、不借助电子显微镜看不见的微小生物类群的总称。
2、微生物在碳循环、氮循环和磷循环(地球化学循环)中承担主要作用，是构成生物体的所有基本成分之一。
3、一大批研究者在19世纪下半叶推动了微生物学研究的蓬勃发展，其中贡献最突出的有巴斯德、科赫、贝耶林克和列文虎克。
答案：1、微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。
2、微生物在碳循环、氮循环和磷循环(地球化学循环)中承担主要作用，构成生物体的所有基本成分。
3、一大批研究者在19世纪下半叶推动了微生物学研究的蓬勃发展，其中贡献最突出的有巴斯德、科赫、贝耶林克和维诺格拉德斯基。
第二章：填空题1、细菌的基本形态并各举一例（举例用括号表明）：、、。
2、大肠杆菌的长为2.0μm，宽为0.5μm，其大小表示为。
3、真细菌的细胞壁由构成。
4、革兰氏染色法是鉴别细菌的重要方法，染色的要点如下：先用结晶紫初染，再加__________媒染，使菌体着色，然后用__________脱色，最后用番红复染，呈__________色为革兰氏阳性反应，呈__________色为革兰氏阴性反应。
5、微生物根据细胞结构的有无可分__________、__________为两大类，具有细胞结构的微生物又可分为__________、__________。
答案：1、球状——球菌；杆状——杆菌；螺旋状——螺旋菌2. 0.5μm*2.0μm3、肽聚糖4.碘液，乙醇，紫色、红色5.非细胞生物、细胞生物、原核生物、真核生物是非题1、细胞壁为鞭毛提供能量，使鞭毛运动。
微生物生态学复习资料
Microbial Ecology绪论1. 名词解释：微生物生态学:是研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。
微生态学：是生态学的一个层次，是研究正常微生物在细胞或分子水平上相关关系的科学环境、自然环境+生物环境生境、指生物的个体、种群或群落生活地域的具体环境。
生物＋非生物栖息地、生物生活或居住的范围的物理环境。
如林地生境中的不同树冠层、树干生态位、一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。
基础生态位、一个物种能够占据的生态位空间，由物种的变异和适应能力决定，而非其地理因素。
基本生态位是实验室条件下的生态位，里面不存在捕食者和竞争。
实际生态位、自然界中真实存在的生态位。
物种流是指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态。
2.微生物生态学的研究意义有哪些？①发现新的在工农业（如固氮）、食品（如发酵）、医药（如抗生素）和环境保护（如生物修复）方面有重要用途的微生物菌株（包括极端环境中微生物资源的发掘）；②微生物在地球物质化学循环中具有重要作用；③开发和利用自然界中的微生物资源，保护好微生物基因资源；④控制有害微生物，利用微生物净化环境，保护环境，维持环境生态平衡；⑤保护人类健康和保护生态平衡发挥微生物的最佳作用。
3.微生物生态学主要研究内容有哪些？①正常自然环境中的微生物种类、分布及变化规律；②极端自然环境中的微生物；③微生物之间、微生物与动植物相互关系；④微生物在净化污染环境中的作用；⑤现代分子微生物生态学的研究方法。
4.生态系统的功能有哪些？物种流能量流食物链营养级信息流5.什么是微生物生态系统？其特点是什么？是指各种环境因子如物理、化学及生物因子对微生物区系（即自然群体）的作用和微生物区系对外界环境的反作用。
特点：微环境稳定性适应性7.简述物种流的含义及其特点。
是指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态。
不同生态系统间的交流和联系。
微生物在自然生态系统中的作用.
II、微生物在生态系统中的作用（一）微生物在生态系统中扮演的角色生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分，通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。
生物成分按其在生态系统中的作用，可划分为三大类群：生产者、消费者和分解者。
微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用。
1、微生物是有机物的主要分解者。
微生物最大的价值在于其分解功能。
它们分解生物圈内存在的动物、植物和微生物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成最简单的无机物，再供初级生产者利用。
2、微生物是物质循环中的重要成员。
微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。
在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起主要作用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而有的是循环中的关键过程，起关键作用。
3、微生物是生态系统中的初级生产者。
光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者，它们具有初级生产者所具有的二个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、食物网中流动。
4、微生物是物质和能量的贮存者。
微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。
在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。
5、微生物是地球生物演化中的先锋种类。
微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。
藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现打下基础。
6、微生物在土壤形成和发展中起着重要作用。
（二）微生物与生物地球化学循环生物地球化学循环(biogeochemical cycles)是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。
这种循环是地球化学循环的重要组成部分。
地球上的大部分元素都以不同的循环速率参与生物地球循环。
生命物质的主要组成元素(C、H、O、N、P、S)循环很快，少量元素(Mg、K、Na、卤素元素)和迹量元素(Al、B、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Zn)则循环较慢。
微生物和生物地球化学循环
微生物在地球化学循环中扮演着转化者的角色，能将各种元素进行 转化，如碳、氮、磷等。
调节生态平衡
微生物通过分解有机物和转化物质，维持了生态系统的平衡，为其 他生物提供了必要的物质。
微生物对碳的转化和循环
01
有机碳的分解
微生物通过分解有机物，将有机 碳转化为二氧化碳，为植物提供 了光合作用的原料。
微生物在环境修复和生物技术中的应用研究
微生物在环境修复 中的应用
微生物在生物技术 中的应用
微生物在农业中的 应用
利用微生物降解有机污染物、 重金属还原等能力，研究微生 物在环境修复中的应用，为解 决环境污染问题提供新思路。
研究微生物在生物制药、生物 燃料等领域的生产和应用，开 发新的生物技术应用领域。
在某些条件下，微生物能将磷酸盐释放到环境中，完 成磷的循环。
03
微生物的主要代谢过 程
微生物的呼吸作用பைடு நூலகம்
有机物氧化
微生物通过呼吸作用，将有机物氧化分解，释放出能量供自身生长 繁殖。
电子传递
在呼吸过程中，微生物将电子从有机物传递给氧气，产生大量活性 氧和自由基，对细胞造成损害，但也在一定程度上起到杀菌作用。
碳的矿化
02
03
甲烷的产生
微生物能将土壤中的有机质和腐 殖质矿化为二氧化碳、水和能量 ，为植物提供更多的碳源。
微生物在厌氧条件下能将有机物 转化为甲烷，这是一种重要的温 室气体。
微生物对氮的转化和循环
固氮作用
微生物能将空气中的氮气转化为氨，为植物 提供氮肥。
有机氮的分解
微生物通过分解有机物中的氮化合物，将有机氮转 化为无机氮，如硝酸盐和氨，为植物提供更多的氮 源。
微生物资源的保护和利用
微生物的研究与应用
微生物的研究与应用微生物是指一类以单细胞为主体的生物体，可以是真核微生物或原核微生物，它们的大小很小，无法用肉眼观测，但在自然界中广泛存在，是自然界中极其重要的生物。
微生物在生态环境、工业生产、医学和农业等方面都有着广泛的应用，成为自然与人类利用的重要资源。
本文将着重介绍微生物的研究与应用，以探讨它们在我们生活中的重要性。
一、微生物的研究微生物学是研究微生物的学科，它是现代生物学的一个重要分支，也是许多学科的交叉学科，如生物、化学、物理等。
随着科技的发展，对微生物的研究也日益深入，许多新的发现和技术的出现使得微生物研究得以更为深入的开展。
1. 微生物的分类早在19世纪，科学家就开始对微生物进行分类研究。
微生物可以分为原核生物和真核生物两大类别。
其中，原核生物是没有细胞核的微生物，有细菌、蓝藻和放线菌等。
真核生物则包括单细胞真菌、单细胞原生动物和单细胞藻类等。
2. 微生物的形态与结构微生物的形态多种多样，有球形、杆状、螺旋形等。
微生物的内部结构也是很特殊的，一般包括胞质、细胞壁、细胞膜等重要器官，比如蛋白质复合体和核酸结构体等。
其中，有许多微生物还有许多特殊的结构，如荧光标记、鞭毛、肽链和内毒素等。
3. 微生物的生长和繁殖微生物在自然环境中，通过吸收、代谢、生长等方式，得到其生存所需的所有物质。
实验室中的微生物培养常常采用固体培养和液体培养，有的采用自主生长，也有的采用显性&暗培养。
微生物的繁殖主要依靠分裂和生殖两种方式，包括二分裂、增殖体分裂和殖节生殖等。
4. 微生物在环境中的作用和生态学微生物在自然环境中有很重要的生态作用。
例如，它们在生物地球化学循环和食物链中都有着极其重要的作用。
微生物还可以调控土壤和水环境的物质和能量循环，维持生态平衡。
此外，微生物可以对大气中的二氧化碳进行吸收和消化，有助于减少环境污染和气候变化。
二、微生物的应用微生物的应用范围十分广泛，在生物工程学、医药学、农业等领域都有着独特的应用价值。
微生物在自然界物质循环中的作用
微生物在自然界物质循环中的作用摘要微生物种类繁多，繁殖迅速，环境适应力强，分布广泛，因此在自然界物质循环的过程中发挥着重要的作用。
自然界的物质循环是合成和分解两个对立过程的统一，主要包括C、N、S和P四种元素的循环。
微生物是生物圈重要的生产者和有机物的主要分解者，它们的活动是自然界物质正常循环的基础。
微生物在碳素循环中的作用主要体现在同化和产生CO2上，自养微生物可以利用CO2合成有机物，异养微生物则可以分解有机物产生CO2。
自然界中的氮素绝大部分以大多数生物不能直接利用的N2的形式存在，微生物在氮素的转化和合成过程中发挥着重要的作用。
自然界中的NH3大多数是微生物合成的；不同氮素之间的相互转化也需要微生物的参与；只有微生物才能分解有机物中的氮。
微生物在自然界氮素循环中的作用形式主要有固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及同化作用。
自然界中存在的硫素绝大部分不能被大多数生物直接利用，只有通过微生物的转化后才能被其它生物吸收和利用；有机物中硫素的分解同样离不开微生物。
微生物利用和转化硫素的方式主要有脱硫作用、同化作用、硫化作用和反硫化作用。
自然界中存在许多难溶的一般不能被植物所利用的无机磷化物，微生物的活动能促进磷在生物圈中的有效利用；许多微生物具有很强的分解核酸、卵磷脂和植酸等有机磷化物的能力，它们转化、释放的磷酸可供其它生物吸收利用。
关键词微生物自然界物质循环作用0 引言自然界的物质循环主要包括两个方面：一是无机物的有机质化，即生物合成作用；另一个是有机物的无机质化，即矿化作用或分解作用。
这两个过程相辅相成，构成了自然界的物质循环。
微生物是生物圈的三大成员之一，它们种类繁多，代谢途径多样，酶活性高，繁殖迅速，适应环境能力强，广泛分布于自然界中，无论是陆地、水域、空气、动植物以及人体的外表和内部的某些器官，甚至在一些极端环境中都有微生物存在。
总而言之，微生物是生物圈的重要成员，在自然界的物质循环过程中具有重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
NH3
解
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(NH2)2+2H2O
尿酶 (NH4)2CO3
2NH3+CO2+H2O
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： ① 喜好碱性条件。 ②以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。
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
1. 总述 2. 碳循环 3. 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。
一、碳素循环：该元素循环与H，O循环协同
有氧环境
无氧环境
光合作用
CH4
发酵作用
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
通过食物网进行的碳转移
微生物与碳循环之间的所有关系:一个理想化的食物网 呼吸作用
大 气 CO2
CO2 无机盐
初级生产者
一、N2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
氧化态
H+ e-
铁氧化还原蛋白
ATP
还原态
固
固氮酶
氮 酶 作
Fe N2 Mo
2e-
NN
用 图
2e-
NH NH
2eADP + Pi
NH2 NH2 NH3 NH3
2NH3
每年由微生物固定大气中的N2为1.7x108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/hm2；自生固氮菌固 氮0.5－2.5Kg/hm2。固氮效率受氧气影响较 大。
固氮作用和氨化作用产生的NH3在水中产生NH4+
NH4+
植物、微生物 铵盐同化作用
生物体有机氮
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
硝化作用
NH4+
NO2- NO3-
亚硝化细菌
硝化细菌
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。
①这种循环对于保持生态系统中的物质和能量流动处 于平衡状态是非常重要的。 ② 这种循环对于动物和植物群体的生长和生存是必不
可少的，因为微生物的某些代谢活动会直接影响动物 和植物的生命活动。 ③循环中产生重要的化工原料。 ④这种循环对于消除目前自然界中越来越多的环境 污染物起着重要的作用
⑤这种循环在很大程度上决定了生态系统中的生产力， 因为如果没有微生物高活力地矿化有机物，释放出 C02，光合生物就无法进行光流动的金字塔
高级取食者
分
解 者
次级取食者
初级取食者
微生物次 主要是高等植物 初级生产者
微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用
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。
大多数微生物和植物可吸收 的形式：
NH4+、NO3-
氮素在自然界的循环总图
③硝酸 盐同化 作用
NH4+
生物体 有机氮
①生物固氮
④氨化作用 ⑤铵盐同化作用
NO3②硝化作用
⑥异化性硝 酸盐还原作 用
大气N2
⑦ 反
N2O
硝
化
作 用
NO
NO2-
NH4+
NH2OH
②硝化作用
⑧亚硝 酸氨化 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；黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节）
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。
二、有机态N被微生物降解形成NH3的过程
氨化作用
有机氮
NH3
氨化菌
(1)蛋白质物质的氨化作用过程
蛋白酶 蛋白质 水解 肽
肽酶 水解
氨基酸 降
四、反硝化作用 微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用 1、反硝化作用的过程
HNO3
NH3 N2O 或 N2
细致过程
亚硝酸氨化作用
NO2NO3-
NH2OH NH4+ 生物体有机氮
NO N2O 反硝化作用
NO2硝酸盐还原
N2
反硝化细菌,如产碱 杆菌、大肠杆菌等
硝N酸H盐4+ 同化 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）
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
微生物是地球化学生物循环中的重要一环
微生物作为生产者完成的是无机有机化的过程， 直接为更高级的消费者提供营养；作为分解者是 更主要的方面，完成的是有机无机化的过程，这 个过程在整个地球物质化学循环过程中，一方面 有清道夫的功能，使地球保持清洁和状态回复； 一方面为其他生产者和消费者提供营养（或更易 吸收利用）。 同时，微生物过程对环境保护、工业原材料的提 供都产生巨大作用。 归纳起来，微生物参与的生物地球化学循环对 于生态学来说具有如下的重要意义
微
生 物
残
分
解体
者
自养微生物 被捕食 化能、光能
CO2
初级取食者
次级取食者 高级取食者
动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面
有机质
CO2
二、氮素循环 地球上的氮库
1. N2 主要存在于大气 2. 溶解形式的无机N，如NH4+， NH3 ，NO3-，NO2-等 3. 有机N，活的和死的有机体 4. 惰性氮（非溶解性氮），NO, N2O等
3、环境对反硝化作用的影响 ① 通气状况：厌氧或氧浓度较低条件下，才进行反
硝化作用 ② pH值：影响反硝化途径，pH越低形成的氧化氮比
例越高 ③ 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N2就多
❖ 谢谢观看