氮素循环和有机氮矿化-很好的

②温度 氨化作用适宜温度为25～32℃
③pH ➢中性条件的氨化作用大于酸性条件
➢最适pH7.2～7.4 ➢碱性条件下形成的NH3易挥发（pH>8）
④C/N的影响
有机N化物 C/N＝25:1，土壤得不到多余的无机N；
C/N<25:1，土壤得到多余的无机N；
C/N>25:1，土壤整有理课无件机N的损失。
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第三节 硝化作用
微生物将氨氧化为硝酸的生物学过程
一、硝化作用的底物和产物
1. 硝化作用的底物是NH4+，但NH3的离子 化高度依赖环境中的pH
pH 6.0 7.0 8.0 9.0 NH3/NH4+ 0.1 1.0 10.0 50.0
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2. 硝化作用的产物
1) NO2-
NH4+ O2 NO2-
壤－微生物－植物体系之内进行，N在土壤中平 均滞留时间为175年，在腐殖质中N平均滞留 1000年左右。
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4.生物圈中的氮（以土壤为例）
❖ 土壤中N的得失
吸入
① 土壤中N的主要来源是大气（生物固氮形成NH4＋进入土 壤，139×109kg/年）
② 降雨沉降大气中含N化合物（121～239×109kg/年）
葡萄糖＋NH3
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• NH4＋很容易被植物和微生物同化，合 成氨基酸和含氮化合物
谷氨酸合成酶/谷胺酰胺合成酶作用 下，把氨气加入到有机物上(铵离子浓度 低，水生细菌参与)
或在α-酮-羧酸分子上直接氨基化形 成氨基酸
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4.环境条件对氨化作用的影响 ①水分 土壤持水量50～70％，有利于氨化作用的进行。
第六章 氮素循环和有机氮矿化
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第一节 氮素循环
一、氮素在自然界的存在形式及其生物循环
1、存在形式
气态N：N2，N2O 无机态N：NO3-、NO2-（氧化态）、NH4+ （还原态） 有机态N：各种含氮有机物，如蛋白质、氨 基酸、含N碱基、氨基糖聚物等。
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2、生物循环
硝化作用
亚硝化作用
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二、土壤中有机N种类和含量
1.种类
❖蛋白质N：蛋白质，多肽，氨基酸 ❖非蛋白质N：尿素，尿酸，氨基糖聚合物（如肽 聚糖，几丁质）
2.含量
有机氮中以蛋白质为主，含量为20～50％
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三、有机质氮的分解——氨化作用
1.氨化作用
酸性到中性有水环境中， NH4+形式存在； 碱性环境中NH3释放到空气中
③ 施肥
支出
① 反硝化作用（NO3－→N2） ② 氨的挥发 ③ NO3－的淋溶
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第二节 有机氮的矿化
一、有机氮矿化及生物固结作用
有机氮矿化：有机态N经微生物分解，形成无机态N （NH4＋，NO3－）的过程。
生物固结作用：微生物将有机N矿化后的产物吸入体 内，形成细胞的各种含N有机物的过程。
硝酸盐还原作用
反硝化作用
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生物固氮作用
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二、氮在地球上的分布与转化
1.岩石圈中的氮
主要存在于地壳、地幔的火层岩中，N含量占地球总N量的 97.8％，主要成分是NH4＋，因其存在于岩石的晶格中， 不能被植物利用。
2.大气中的氮
❖N2，构成大气体积的78％，占地球总N量的1.9％； ❖大气中吸附在尘土上的氮化物有NH4＋、NO3－以及颗粒 状的有机氮化物，含量很小。
3.水圈中的氮（以海洋为例）
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1.岩石圈中的氮 2.大气中的氮
3.水圈中的氮（以海洋为例）
N2，NH4＋，NO3－，有机氮化物; 以N2为主，占水域中总N量的97％。
水圈中N的平衡：
a.海洋中N的来源：大气和陆地
b.每年海洋中新形成的N量：7.8×1010kg
c. 支出
有机含氮物沉到海底 8.6×109kg
微生物分解有机物释放NH4+（NH3）的过程。
氨化微生物：分解蛋白质能力强的并释放出 NH3的微生物。
尿素酶
NH2CONH2+H2O
2NH3+CO2
尿素
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2.蛋白质的氨化
①参与蛋白质氨化的微生物有细菌、放线菌、真菌。
将蛋白质氨化释放NH4+的细菌称为氨化细菌。 种类：
好气——霉状、枯草芽孢杆菌 兼性——荧光假单胞菌，节杆菌，色杆菌，蜡状、肠膜芽孢杆菌 厌气——芽孢梭菌（以腐败芽孢梭菌为主）
硝酸球菌属 主要分布于海洋中，数量少
B.硝化细菌的生理
① 具有强自养性； ② 对能量利用率低，细胞增殖速度很慢； ③ 代时：人工培养10～14h，自然20～24h
二、硝化作用的微生物学
2. 异养硝化菌
反硝化作用 7.0×1010kg
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4.生物圈中的氮（以土壤为例）
❖ 以有机态N为主（3.0×1014kg）， 其次是被粘土颗粒吸附的NH4＋（1.6×1013kg） ❖ 不同类型的土壤中含氮量差异较大。 一般含有机质多的粘土、壤土含N量较多；砂性土
壤含N量较低。 ❖ 在土壤中进行年循环转化的N中约95％是在土
厌气
水解
肽酶 水解
蛋白质
多肽
胨
氨基酸
RCH•NH2（胺）
氨基脱羧酶
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3.氨基糖及其多聚体的氨化
氨基糖大量为多聚体，如肽聚糖、胞壁酸、几丁质等。
以几丁质为例
几丁质的结构单体：N-乙酰葡萄糖胺通过β-1，4糖苷键相连的含N多聚体。 分解几丁质的微生物：细菌，放线菌，真菌，以放线菌为主（90～99％）。
硝化作用第一阶段 亚硝酸细菌
硝化作用第二阶段 硝酸细菌
2) NO3-
NO2- O2 NO3-
3) N2O
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二、硝化作用的微生物学
1. 化能自养硝化菌
A.种类 亚硝酸单孢菌属；亚硝酸叶状菌属
① 亚硝酸细菌：亚硝酸螺菌属 亚硝酸球菌属 主要分布于海水中，数量不多
硝酸杆菌属 ② 硝酸细菌： 硝酸刺菌属
参与蛋白质氨化的放线菌：15～17％，以小氮孢菌，诺卡氏菌为主。
参与蛋白质氨化的真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉、木霉、
交链孢霉，是酸性土壤中进行氨化作用的优势属种。
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2.蛋白质的氨化
②蛋白质氨化的生化途径
好气
胨：蛋白部分水解生成的各种衍生物
水解
肽酶
水解
脱氨基
蛋白质
多肽ຫໍສະໝຸດ Baidu
胨
氨基酸
NH3＋ CO2
放线菌：链霉菌，诺卡氏菌，小单孢菌，孢囊链霉菌属中的种。 真菌：木霉，轮枝孢霉 细菌： 好气：嗜几丁质杆菌，几丁质色杆菌，枯草杆菌
兼厌气：大肠杆菌，链球菌 厌气：芽孢梭菌，阴沟气杆菌
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分解几丁质的生化过程
几丁质 几丁质酶
寡聚糖 几丁二糖 几丁二糖酶
N－乙酰葡萄糖胺 脱酰基
葡萄糖＋乙酸
脱氨基