微生物在自然界物质循环中的作用

3. 磷的同化作用 ? 可溶性的无机磷化合物能被微生物同化为有机
磷，成为活细胞的组分。
? 在水体中，磷的同化主要是由藻类进行的，并 沿食物链传递。
自生固氮微生物
? 1、概念：是指在土壤中能够独立 进行固氮的微生物
? 2、代表生物： 圆褐固氮菌（属于细菌）：具有较强的固氮能力 ，并且能够分泌生长素，促进植物生长和果实发 育
共生固氮微生物 －－根瘤菌
1.土壤中独立存在时有无固氮能力？
2.只有侵入到特定种类的豆科植 物的根内时才具有固氮能力。
根瘤与根瘤菌
? 根瘤菌是与豆科等植物互利共生的一类细菌。能 够将大气中的氮还原为氨供给豆科植物，同时又
从豆科植物体中获取有机物。 豆科植物开花之前 ，根瘤菌的固氮能力最强。
? 根瘤是根瘤菌侵入豆科植物根部后不断繁殖，刺 激根内薄壁细胞，导致这些细胞强烈的分裂和生 长，从而使根部局部膨大形成瘤状突起，即根瘤 。
第三节 硫循环
一、硫循环的过程
? 含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的 SH 基等），无机硫化合物，元素硫
二、微生物在硫循环过程中的作用
? 微生物参与了硫素循环的各个过程，并起着很重 要的作用。
1. 含硫有机物的转化（脱硫作用） ? 生物体内的含硫有机物主要是含硫的蛋白质和氨
基酸，如蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等。它们在 微生物的作用下被分解脱巯基产生硫化氢。 ? 能分解含硫有机物很多，引起含氮有机物分解的 微生物都能分解含硫有机物产生硫化氢。
( 丙氨酸 )
( 乙胺)
H 2N(CH 2)4CHNH 2COOH → H2N(CH 2)5NH2
(赖氨酸 )
( 尸胺)
（二）尿素的氨化
? 人、畜尿中含有尿素，印染工业中的印花浆用尿素 作膨化剂和溶剂，故印染废水中含有尿素。尿素能 被许多微生物（尿素细菌）转化成氨，如尿八联球 菌、尿小球菌、尿素芽孢杆菌等。
氨基酸 —→ 不含氮的有机物（酸） + NH 3 ?经脱氨基后形成的有机酸和脂肪酸，在微生物的 作用下继续分解。
（2）脱羧
? 氨基酸脱去羧酸基（ CO 2），产生胺。多由腐 败细菌和霉菌引起，二元胺对人有毒。胺是合
成细胞成分的重要的起始物，尤其使诸如 NAD 等辅酶的合成。
? 例如：
CH 3CHNH 2COOH → CH 3CH 2NH2 + CO 2
? 植物或微生物的氮元素，可以来自氨化作用产生 的氨，也可以是固氮作用产生的氨；另一来源是 硝酸盐，自然界的土壤、水体中，均含有硝酸盐， 植物、微生物可以此为氮源，它们吸收硝酸盐， 在缺氧条件下，由硝酸还原酶作用，进行反硝化 作用（亦称为同化硝酸盐还原作用），把硝酸盐 还原成氨。
? 植物、微生物等获得氨后，进一步合成菌体蛋白 等细胞物质。
? 一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原 成氨的过程
? 二、固氮微生物的种类
共生固氮微生物 自生固氮微生物
共生固氮微生物
? 1、概念：是指与一些绿色植物 互利共生的固氮微生物.
? 2、代表生物：根瘤菌（属于细菌） 共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入一 种或多种特定种类的豆科植物
? 共生关系：豆科植物为根瘤菌提供有机物， 根瘤菌为豆科植物提供氨
而成（几 —几百万的分子量）。 ? 蛋白质的分解，首先也是水解，才能进入微生物细
胞内。
蛋白酶 蛋白酶 蛋白酶 肽酶
蛋白质 —→（月示） —→ 胨 —→ 肽 —→ 氨基酸 ? 能够分解蛋白质的微生物很多，细菌、真菌、放线
菌等。
2．氨基酸转化 （1）脱氨 ?氨化作用：有机氮化合物在脱氮微生物的作用下 脱氨基产生氨。 ?例如：
第二节 氮循环
? 自然界中的氮元素有：分子氮（空气中的 N2）、
有机氮（蛋白质等）、无机氮（
NH
+ 4
、
NO
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等）。
? 在生物的协同作用下，三种形式的氮互相转化， 构成循环。其中，微生物在转化中起着重要作 用。
一、氮循环的过程
二、微生物在氮循环中的作用
（一）蛋白质水解与氨基酸转化
1．蛋白质的水解 ? 蛋白质是生物细胞的主要成分，由许多氨基酸连接
HNO 3——→N 2 HNO 3——→HNO 2 ? 环境工程最关心的反硝化作用：在缺氧条件下， 硝酸盐被还原为氮气的过程。
? 在环境工程中，涉及反硝化作用的主要是：
NO 3-→N2 ? 反硝化作用的意义： ① 土壤中发生反硝化作用，会降低土壤的肥力； ② 污水生物处理的二沉池中发生反硝化作用，产
自生固氮微生物 －－圆褐固氮菌
3.根内＝根细胞内？
根内≠根细胞内
30％－80％
1.自生≠自养
根瘤菌
NH3 有机物
豆科植物
2 .新陈代谢的类型：
异养需氧型
3.分泌生长素，促 进植物的生长和果 实的发育。
4.互利共生 同化作用的方式？ 异养型
5.新陈代谢的类型：异养需氧型
（六）氨的同化作用
? 生物生长需要从外界获得氮素营养，即进行同化 作用。
2. 硫化作用 ?硫化作用，也称无机硫的氧化作用，它是在有氧 条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢转化为元素硫， 再进而氧化成硫酸的过程。 ?参与硫化作用的微生物有硫化和硫磺细菌。 ?硫化细菌一般在细胞外积累硫。 ?硫磺细菌一般将硫粒积累在细胞内（也有在细胞 外的）的细菌。
3. 反硫化作用 ? 当环境条件处于缺氧状态时，硫酸盐、亚硫酸
二、磷循环过程中微生物的作用
1. 有机膦的矿化作用 ? 许多异养微生物在分解有机碳化物的同时也能分
解有机磷化物。包括细菌、放线菌和真菌的一些 种类，都能进行有机膦化物的矿化作用。 2. 难溶性无机磷的转化 ? 难溶性的无机磷，如磷酸钙，可以和异养微生物 生命活动产生的有机酸和碳酸，硝酸细菌和硫细 菌产生的硝酸和硫酸等作用，转变成可溶性磷酸 盐。
盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的作用 下，还原成硫化氢，这个过程称为反硫化作用 （或称硫酸盐还原作用）。
4. 同化作用 ? 由植物和微生物引起。生物吸收的硫酸盐被转
变成还原态的硫化物（也称为同化硫酸盐还原 作用），然后再固定到蛋白质等成分中（主要 以巯基形式存在）。
第四节 磷循环
磷是生物体的重要元素 ? 含磷的化合物有： ? 含磷有机物（核酸、磷脂等） ? 无机磷化合物
? CO 2可以成为植物、藻类的碳源。
碳循环
二、微生物在碳循环中的作用
? 微生物在碳循环中的作用，主要体现在两个方面， ? 一是通过光合作用和化能合成作用来固定 CO 2， ? 二是通过分解作用再生 CO 2。 ? 含碳有机物的种类极其多样，不同有机物能被不同
微生物分解，在自然界中参与有机物分解的主要是 细菌、真菌和放线菌。
2HNO 2 + O 2 —→2HNO 3 + 201KJ （ 硝酸细菌）
? 亚硝酸细菌和硝酸细菌是好氧的，世代时间很长 （从十几小时到几天）。
（四）反硝化作用
? 发生反硝化的条件是： ① 硝酸盐存在（提供电子受体）、 ② 有机物存在（提供能量） ③ 缺氧。 ? 反应过程，有三种结果： HNO 3——→NH 3
生的氮气会把池底的沉淀污泥带上浮起， 影响出水水质； ③ 利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脱 氮）。
（五）固氮作用
? 在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮转化 成氨，进而合成有机氮化合物，称为固氮作用。
? 固氮微生物：细菌（根瘤菌、固氮菌等）和蓝藻
固氮酶 N2 + 6e- + 6H + nATP ——→ 2NH 3 + nADP + nPi ? 固氮酶对 O2敏感，所以好氧固氮菌在体内形成独 特的防护机制，保护固氮酶的活性。
尿酶 CO(NH 2)2 + 2H 2O —→ (NH 4)2CO 3 —→ 2NH 3 + CO 2 + H 2O
碳酸铵，很不稳定
（三）硝化作用
? 在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的 作用，氨转化成硝酸。（消耗溶解氧）
? 硝化分二步进行：
2NH 3 + 3O 2 —→ 2HNO 2 + 2H 2O + 619KJ （亚硝酸细菌）
4.3 微生物在自然界物质循 环中作用
主要内容： 碳循环 氮循环 硫循环 磷循环
第一节 碳循环
一、碳循环
? 自然界中含碳物质有 CO 2、碳水化合物、脂肪、蛋
白质等。碳的循环是以
CO
为中心的。
2
? 在碳循环过程中， CO 2大部分来源于微生物分解 有机物，另外，由于 CO 2同时也参与氧循环，因此， 实际上 C 和O 循环是相互关联的。
可溶的 不可溶，如 Ca 3(PO 4)2，不能被植物吸收利用
气体（ PH 3）磷化氢是一种无色、高毒、易燃的储 存于钢瓶内的液化压缩气体。该气体比空气重 并有类似臭鱼的味道。
一、磷的循环过程
? 无机磷可以为植物所吸收利用，在食物链中传递， 而一部分则以不溶性形式沉淀下来，离开了循环。 这就是磷循环是不完全循环的原因所在。