1、环境微生物学环境微生物学 侯森暨南大学环境学院 环境微生物学第五章 微生物在环境中的分布及其相互关系u微生物在环境中的分布u微生物间的相互关系环境微生物学第一节 微生物在环境中的分布一、微生物在土壤中的分布（一）土壤微生物的大本营u1.养分：有机质丰富，无机盐种类多u2.水分及渗透压：水分足，渗透压不大u3.空气：适宜u4.pH：一般中性u5.温度：较适宜环境微生物学（二）、土壤中微生物的数量及分布数量因土壤类型、土层深度、季节等不同而不同，分布不均；季节变化明显（环境因素的综合体现）；有机质层有机质层淀积层淀积层碳酸盐积累碳酸盐积累疏松母质疏松母质淋溶层淋溶层土体层土体层环境微生物学土类地点
2、细菌放线菌真菌暗棕壤黑龙江呼玛2,32761213棕壤辽宁沈阳1,2843936黄棕壤江苏南京1,4062716红壤浙江杭州1,1031234砖红壤广东徐闻5073911磷质石灰土西沙群岛2,2291,10515黑土黑龙江哈尔滨2,1111,02419黑钙土黑龙江安达1,0743192棕钙土宁夏宁武140114草甸土黑龙江亚沟7,8632923嵝土陕西武功9511,0324白浆土吉林皎河1,598553滨海盐土江苏连云港466410.4（二）、土壤中微生物的数量及分布 环境微生物学（二）、土壤中微生物的数量及分布环境微生物学土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体与微生物的分布:土壤团聚体（土壤团粒
3、）：由土壤矿物质颗粒（黏土壤团聚体（土壤团粒）：由土壤矿物质颗粒（黏粒）、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体粒）、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的结构。经过多次复合和团聚而成的结构。不同的团聚体微生物的分布不不同的团聚体微生物的分布不同。同一团聚体内外微生物的同。同一团聚体内外微生物的分布不同。分布不同。土壤颗粒表面的微生物（二）、土壤中微生物的数量及分布 土层深度及同一土层的不同微环境环境微生物学团聚体周围的等氧线土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体与微生物的分布团聚体周围的等氧线团聚体周围的等氧线 耕地土壤一个团聚体等耕地土壤一个团聚体等氧压线，在近中心
4、部位氧压线，在近中心部位为一缺氧带，由此向外，为一缺氧带，由此向外，氧浓度逐渐提高。氧浓度逐渐提高。O2%（二）、土壤中微生物的数量及分布环境微生物学（二）、土壤中微生物的数量及分布季节变化明显（环境因素的综合体现）；春秋季多，夏冬季少环境微生物学根际微生物根际微生物溶胞物质溶胞物质植物黏液植物黏液渗出物渗出物黏质黏质植物黏液植物黏液渗出物和渗出物和分泌物分泌物植物黏液植物黏液植物黏液植物黏液植物根际植物根际（二）、土壤中微生物的数量及分布环境微生物学根际微生物类群根际微生物类群1、根际细菌：假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌、根际细菌：假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌 2、根际真菌：镰孢霉属、黏帚霉属、青
5、霉属、根际真菌：镰孢霉属、黏帚霉属、青霉属 3、根际原生动物、根际原生动物（二）、土壤中微生物的数量及分布环境微生物学土壤中微生物的数量：1、几百万到几亿、几百万到几亿 数量：细菌放线菌真菌藻类及原生动物细菌：类群形态多样，大多为中温好氧菌和兼性厌氧菌放线菌：最主要为链霉菌真菌：常见有青霉、曲霉等酵母藻类原生动物2、实际数目无法精确测定、实际数目无法精确测定（二）、土壤中微生物的数量及分布环境微生物学二、微生物在水体中的分布（一）大气水（雨、雾、雪）u微生物来源：空气尘埃u种类：球菌、杆菌及放线菌和霉菌的孢子90%为革兰氏阴性菌；分布与数量受水体类型、层次、污染情况、季节等影响环境微生物学（二
6、）江河水u种类与数量与接触的土壤关系密切；u分布：垂直分带分布水溶液、附着于悬浮的有机物上、沉积于底泥 u多能运动；u靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌；u水体自身存在自我净化作用：环境微生物学（三）湖泊与池塘水u微生物来源：接触土壤、流入水体、空气等u分布：大多沉入水底u种类：多样环境微生物学蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输
7、出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布环境微生物学（四）地下水u一般无菌环境微生物学（五）海水u微生物量最多；u分布不均，更明显的垂直分层分布；u细菌有喜盐特性，耐高压，温度12-25C、pH值7.2-7.6生长最好；u细菌主要为革兰氏阴性菌。环境微生物学三、微生物在空气中的分布u含各种微生物；u来源：灰尘u种类：随场所变化。霉菌和酵母普遍存在，细菌最常见为芽孢杆菌；u数目：决定于尘埃总量；u潮湿空气含微生物较少；u停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关环境微生物学不同室内环境的微
8、生物总数及致病微生物的种类和数量（不同室内环境的微生物总数及致病微生物的种类和数量（cfu/m3）场所总微生物数微生物种类微生物数量住房180办公室1400口腔链球菌涎链球菌111.4教室2500链球菌草绿色链球菌涎链球菌肠球菌乙型溶血性链球菌36181171.1实验室200医院1100金黄色葡萄球菌革兰氏阴性杆菌魏氏产气荚膜杆菌71103.5环境微生物学四、微生物在食品上的分布（一）粮食u微生物主要为细菌和真菌u细菌：植物表面附生菌，以无芽孢、革兰氏阴性菌为主；u真菌：多为霉菌孢子，常见青霉、曲霉环境微生物学环境微生物学四、微生物在食品上的分布（二）肉类u细菌和霉菌生长较快；u常见细菌为好氧
9、性芽孢杆菌、好氧性无芽孢杆菌、球菌、厌氧性细菌环境微生物学（三）鱼类u使腐败变质，产毒素u耐冷细菌（四）乳类u细菌：主要为乳链球菌、乳酸乳杆菌u可携带病原菌u含真菌环境微生物学主要食品中常见防腐剂的应用情况食品名硝酸盐SO2环六甲 甲酸乙酸丙酸山梨酸 苯甲酸 对羟基联苯烟熏 亚硝酸盐 基胺 苯甲酸酯干酪 （+）（+）+（+）（+）+肉制品 +（+）+（+）+水产品 +蔬菜食品 +（+）果品 +（+）（+）软饮料 +（+）葡萄酒 +面包 +糖果糕点 +（+）+在加工、制造、包装过程中必须特别注意清洁卫生 控制保藏条件采用低温、干燥、密封等措施 添加少量无毒的化学防腐剂如苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、
10、维生素k、丙酸、二甲基延胡索酸等环境微生物学四、极端环境中的微生物1、嗜热微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜碱微生物5、嗜盐微生物6、嗜压微生物7、耐辐射微生物环境微生物学第二节 微生物与其他生物间的相互关系一、互生关系二、共生关系三、共生关系四、拮抗关系五、捕食关系六、中立关系七、竞争关系环境微生物学一、互生一、互生定义：两种生物可以独立生活。也可以形成相互的联合，定义：两种生物可以独立生活。也可以形成相互的联合，对一方有利，或双方都有利。对一方有利，或双方都有利。（一）微生物间的互生关系（一）微生物间的互生关系 例子：固氮菌和纤维素分解菌；例子：固氮菌和纤维素分解菌；厌氧菌与好氧菌；
11、厌氧菌与好氧菌；氧化塘处理系统中的藻类与异养菌；氧化塘处理系统中的藻类与异养菌；环境微生物学1.偏利共栖：偏利共栖：一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）氨化氨化细菌细菌亚硝酸菌亚硝酸菌有机氮有机氮氨态氮氨态氮亚硝酸亚硝酸氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用环境微生物学2、互利共栖：、互利共栖：两个群体相互协作，达到在某一生境中共同生存的目的。两个群体相互协作，达到在某一生境中共同生存的目的。H2S硫酸盐硫酸盐硫酸盐硫酸盐还原菌还原菌绿硫绿硫细菌细菌环境微生物学一、互生一、互生（二）微生物与人及动物间的互生关系（二）微生物与人及动物间的互生关系 例
12、子：人及动物与其正常菌群即是互生关系。例子：人及动物与其正常菌群即是互生关系。环境微生物学环境微生物学环境微生物学一、互生一、互生（三）微生物与高等植物之间的互生关系（三）微生物与高等植物之间的互生关系 例子：根际微生物与高等植物间为互生关系。例子：根际微生物与高等植物间为互生关系。环境微生物学二、共生二、共生定义：两种微生物彼此依赖生活在一起，相互为对方创造有利的生存条件定义：两种微生物彼此依赖生活在一起，相互为对方创造有利的生存条件特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；在组织上形成了新的结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。在组织上形成
13、了新的结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。（一）微生物间的共生（一）微生物间的共生 1 1、例子是、例子是地衣地衣（真菌与藻类共生体真菌与藻类共生体）。环境微生物学二、共生二、共生（一）微生物间的共生（一）微生物间的共生 2、微生物间共生关系的另一很好例证是产氢产乙酸细菌（S菌株）与产甲烷细菌（MOH菌株）间的共生关系。由于其间关系的紧密，以致自1906年至1967年大约60年中，学术界一直认为它们是一个种“Methanobacillusomelianskii（奥氏甲烷芽孢杆菌）”。环境微生物学二、共生（二）微生物与植物间的共生体 1、根瘤：豆科植物与根瘤菌共生、非豆科植物与放线菌共生
14、2、菌根菌和植物 有些裸子植物如罗汉松属（Podocarpus）和苏铁属（Cycas）也具有根瘤，其中的微生物分别属于藻状菌类真菌和蓝细菌。甚至某些野生禾本科植物（看麦娘属和梯牧草属）也有根瘤存在。此外，某些热带与亚热带植物如茜草科（Rubiaceae）和紫金牛科（Myrsinaceae）等几百个种都长有叶瘤。其中可分离到Mycobacterium（分枝杆菌属）、Klebsiella（克雷伯氏杆菌属）或Chromobacterium（色杆菌属）的一些种，它们具有一定的固氮能力。兰科植物的种子若无菌根菌的共生就无法发芽，杜鹃科植物的幼苗若无菌根菌的共生就不能存活。环境微生物学二、共生二、共生（三
15、）微生物与动物共生（三）微生物与动物共生 1 1、微生物与昆虫的共生：、微生物与昆虫的共生：外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生 内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌 白蚁、蟑螂与其消化道中生存的某些原生动物间就是一种共生关系。白蚁可吞食木材和纤维质材料，可是却不能分泌水解纤维素的消化酶。在白蚁的后肠中至少生活有100种原生动物和微生物（已鉴定的有30多种）。它们的数量很多，例如原生动物为100万ml肠液，细菌为1000万1000亿ml肠液。这类生活在共栖宿主的细胞外或组织外的生物称为外共生生物（ectosym
16、biont）。例如，Trichonymphacampanula（钟形披发虫）就可在厌氧条件下水解纤维素供白蚁营养，这时，原生动物可享受到一种稳定和受保护的生活环境。另一类是内共生（endosymbiosis，即细胞内共生）。在蜚蠊目（蟑螂）、同翅目（蝉、蚜虫等）和鞘翅目（象鼻虫）的许多昆虫细胞中，经常可以找到作为内共生生物（endosymbiont）的微生物，它们能为共栖生物提供B族维生素或发挥其他作用。环境微生物学二、共生二、共生（三）微生物与动物共生（三）微生物与动物共生 2 2、瘤胃微生物、瘤胃微生物吃的是草，挤出来的是牛奶！吃的是草，挤出来的是牛奶！那么，问题来了：那么，问题来了：牛奶
17、蛋白质的牛奶蛋白质的N主要来自哪里？主要来自哪里？环境微生物学三、寄生三、寄生定义：一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所定义：一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象对后者造成损害或死亡的现象类型：类型：专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）或细胞内寄生、细胞外寄生或细胞内寄生、细胞外寄生 环境微生物学（一）微生物间的寄生关系（一）微生物间的寄生关系1 1、一种、一种微生物微生物可以寄
18、生在另一种可以寄生在另一种微生物微生物体内。体内。噬菌体与细菌噬菌体与细菌 蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌 蛭弧菌被噬菌体寄生（超寄生现象）蛭弧菌被噬菌体寄生（超寄生现象）粘细菌对细菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，释放出营养物粘细菌对细菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，释放出营养物环境微生物学（一）微生物间的寄生关系（一）微生物间的寄生关系2 2、真菌间：一种真菌寄生在另一种真菌间较普遍，其方式：、真菌间：一种真菌寄生在另一种真菌间较普遍，其方式：（1 1）分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死）分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死（2 2）菌丝侵入寄主菌丝内，吸
19、收营养使之死亡。）菌丝侵入寄主菌丝内，吸收营养使之死亡。（3 3）菌丝或吸器溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行行长繁殖。）菌丝或吸器溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行行长繁殖。环境微生物学（二）微生物对植物的寄生（二）微生物对植物的寄生 微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因，能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。要原因，能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。植物病害中以真菌病害为主，占，细菌性植物植物病害中以真菌病害为主，占，细菌性植物病害占病害占环境微生物学（三）微生物对人与动物的寄生（三）微生物对人与动物的寄生有益；有害有益；有
20、害 寄生于动物宿主上的微生物都是一些相应的病原微生物。其中，研究得最深入的是寄生于人类和高等动物的各种病原微生物，如细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和病毒。另一类具有重要实践意义的是寄生于昆虫的各种病原微生物，例如细菌、真菌和病毒。由于大多数昆虫都对人类有害，因此寄生于昆虫的各种微生物就有可能供人类利用作为微生物杀虫剂，例如苏云金杆菌等的细菌杀虫剂，白僵菌等的真菌杀虫剂，以及各种病毒杀虫剂等。当然，寄生于昆虫的真菌也有形成名贵中药的，著名的冬虫夏草（Cordycepssinensis）即为一例。环境微生物学四、拮抗四、拮抗定义：一种微生物通过产生某些代谢产物或改变环境条件，定义：一种微生物通过产生某
21、些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物生长繁殖或毒害杀死其它微生物的现象。能抑制其它微生物生长繁殖或毒害杀死其它微生物的现象。类型：类型：1 1、非特异拮抗关系、非特异拮抗关系这种抑制作用没有特定专一性。如乳酸菌能产生乳酸，能抑这种抑制作用没有特定专一性。如乳酸菌能产生乳酸，能抑制腐败菌的生长，酸菜泡菜不易烂就因如此。制腐败菌的生长，酸菜泡菜不易烂就因如此。2 2、特异拮抗关系、特异拮抗关系一种微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，一种微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，具有选择性地抑制或杀死其它种微生物具有选择性地抑制或杀死其它种微生物如青霉素产生与病原菌之间关
22、系。如青霉素产生与病原菌之间关系。环境微生物学四、拮抗四、拮抗环境微生物学五、捕食五、捕食定义：一种生物直接捕捉、吞食其他小型生物来满足生存定义：一种生物直接捕捉、吞食其他小型生物来满足生存需要的现象需要的现象类型：类型：1 1、原生动物：捕食细菌等、原生动物：捕食细菌等2、捕食性真菌：捕食线虫、捕食性真菌：捕食线虫各种捕食线虫的真菌和捕捉器各种捕食线虫的真菌和捕捉器环境微生物学第二节 微生物与其他生物间的相互关系六、中立关系 两个群体不存在任何关系。环境微生物学第二节 微生物与其他生物间的相互关系七、竞争关系空间竞争食物竞争环境微生物学肠道微生物 第二大脑？http:/ http:/ htt
23、p:/ 环境微生物学C素循环N素循环硫素循环磷的循环铁的循环第六章 微生物在物质循环中的作用环境微生物学一、碳素循环1.自然界中的碳素循环u大气中的CO2周转利用最快。u碳素循环示意图见书P143（图6-1）环境微生物学2.微生物在碳素循环中的作用CO的固定:微生物通过光合作用固定自然界中的CO，合成有机物碳化物CO的再生:微生物进行呼吸作用获得能量，同时放了CO 微生物分解动、植物和微生物尸体时，产生大量CO，地球上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的CO2有机质环境微生物学（一）、微生物分解有机物的一般途径复杂有机物分解为简单有机物简单有机物的有氧分解1.完全氧化成CO2、H2O2.不
24、完全氧化生成有机酸简单有机物无氧分解及甲烷生成1.简单有机物的无氧分解2.甲烷的生成（见书P144）微生物分解有机物图式（见书P145）环境微生物学（二）、微生物分解纤维素（二）、微生物分解纤维素u纤维素是天然有机物中数量最大的一类环境污染物；u纤维素酶是诱导酶；u纤维素酶类群（一）C1酶（二）CX酶（三）-葡萄糖苷酶(C6H10O5）n1014环境微生物学（二）、微生物分解纤维素（二）、微生物分解纤维素u1、分解纤维素的微生物u(1)有氧、中温条件a.细菌（食纤维菌属)b.放线菌c.真菌(木霉属)木材腐朽：棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素 白 腐：真菌分解木质素剩下纤维素真菌分解纤
25、维素的能力最强；分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌还包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。环境微生物学(2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。细菌：纤维分解梭菌。真菌：木朽菌、层孔菌真菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：放线菌：1、分解纤维素的微生物(3)(3)高温条件：在高温条件：在60607070条件下生长，并分解纤维素条件下生长，并分解纤维素 细细 菌：热纤维菌菌：热纤维菌 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属放线菌：链霉菌属、小单孢菌属环境微生物学2.2.微生物分解纤维素的生化机制微生物分解纤维素的生化机制 纤维素纤维素
26、 单糖单糖纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外外 酶：分泌到胞外酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纤维素复合酶纤维素复合酶环境微生物学棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。圾等，其中均含有大量纤维素。环境微生物
27、学（三）、微生物分解半纤维素结构：五碳 糖、六碳糖及糖醛酸组成的多糖；酶：专一性强；分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为活跃后期主要靠放线菌；半纤维素的分解产物有己糖、戊糖，糖醛酸等。真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）原生动物藻 类环境微生物学来源造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。来源造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解 环境微生物学（四）、微生物分解果胶类物质结构：半乳糖醛酸组成；酶：专一性强；分解果胶类物质的微生
28、物：细菌、放线菌、真菌；半纤维素的分解产物有己糖、戊糖，糖醛酸等。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 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。果胶分解的应用-麻类脱胶环境微生物学（五）、微生物分解淀粉u结构：葡萄糖通过-1.4糖苷键和-1.6糖苷键聚合而成u酶：淀粉酶u酶的种类：-糖苷键淀粉酶（液化酶）：中间切割1.4-糖苷键酶，产物为糊精和麦芽糖-糖苷键淀粉酶：端部切割1.4-糖苷键酶，产物为麦芽糖糖化淀粉酶：产物为葡萄糖异淀粉酶：切割1.6
29、-糖苷键酶u主要微生物：细菌：芽孢杆菌或无芽孢杆菌真菌：根霉、曲霉放线菌：小单孢菌等厌氧条件：主要梭状芽孢菌环境微生物学（六）、微生物分解脂质物质u脂质结构：脂肪（脂肪酸+甘油），类脂质（甘油其他醇+脂肪酸+磷酸+有机碱），蜡质（高级醇+脂肪酸）u酶：脂肪酶、特殊脂酶环境微生物学u水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂厂废水含有大量油脂u降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：u细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌灵杆菌u丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌u真真 菌
30、菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉u途径：途径：水解水解+氧化氧化环境微生物学（七）、微生物分解木素及芳香族化合物1.木素u结构：苯丙烷通过醚键及碳碳键连接成的高聚物；植物中最难降解木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素环境微生物学环境微生物学（七）、微生物分解木素及芳香族化合物1.木素u酶：降解酶系，协同进行（LiP、MnP、Laccase）u微生物：真菌（主要）：白腐菌、褐腐菌、软腐菌放线菌：链霉菌属等细菌：梭菌属等环境微生物学(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝
31、核菌科。非褶菌目、丝核菌科。环境微生物学2.芳香族化合物u结构：苯环结构u有氧降解途径：1.芳香族化合物双酚化合物芳香环开裂有机酸CO2、H2Ou关键酶：加氧酶u微生物：细菌：假单胞菌等放线菌：诺卡氏菌u厌氧分解环境微生物学已知降解不同芳香烃的细菌类别已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆
32、菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌环境微生物学u苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 环境微生物学环境微生物学环境微生物学环境微生物学酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下后半段是相同的，可表示如下环境微生物学（八）、微生物分解烃类1.烷烃u分解途径：逐步氧化成醇、醛、酸u氧化方式：末端氧化、双端氧化(-氧化)、次末端氧化2.烯烃u途径：氧化成脂肪酸3.脂环烃类u途径：氧化分解u降解难易程度：脂环烃类烷烃烯烃u微生
33、物：细菌、放线菌、霉菌、酵母等100多属环境微生物学 +O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化 CO2+H2O CH3-COOH +R-COOH OH O O +O2+2H 2H +O2+2H H2O H2O +H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧化氧化 CO2+H2O OH以环己烷为例以环己烷为例 环境微生物学二 氮素循环自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，而微生物是整个氮素循环的中心。氮元素的自然形态：（1）铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、（2）有机含氮物、（3）氮气。环境微生物学(一一)、生物固氮、生物固氮(二二)
34、、硝化作用、硝化作用(三三)、硝酸盐同化作用、硝酸盐同化作用(四四)、氨化作用、氨化作用(五五)、铵盐同化作用、铵盐同化作用(六六)、异化性硝酸盐还原作用、异化性硝酸盐还原作用(七七)、反硝化作用、反硝化作用二 氮素循环环境微生物学(一一)、生物固氮、生物固氮1.生物固氮与化学固氮的比较生物固氮与化学固氮的比较生物固氮化学固氮生产条件温和（中温、常压）高温（500）高压（200500atm）产量根瘤菌属250Kg/公顷非豆科植物共生固氮菌 22Kg/公顷自生固氮菌 0.52.5Kg/公顷共计：1.7 108吨/年5.0 107吨/年其中：草原3.5 107吨 林地4.0 108吨 海洋3.6
35、108吨 其它土壤0.6 108吨环境微生物学2.固氮微生物u均为原核微生物；u种类：细菌、古菌、放线菌、蓝细菌等u生化特性和地理分布具多样性；u固氮类型（根据固氮微生物与植物的关系）共生固氮：根瘤菌联合固氮：叶表、根际、肠道的一些微生物自生固氮：蓝细菌环境微生物学3.固氮酶u结构：组分（钼铁蛋白）、组分（铁蛋白）u功能：组分：催化N2生成NH3组分：传递能量和还原力给组分环境微生物学4.影响固氮作用的主要因素u固氮条件生活条件u最主要影响因素：C/N与含氮化合物浓度氧气环境微生物学(二二)、硝化作用、硝化作用定义：氨态氮经微生物的氧化而成为硝酸态氮的过程。u过程：两阶段（1）由亚硝化细菌参与
36、，氨亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸硝酸。环境微生物学(二二)、硝化作用、硝化作用定义：氨态氮经微生物的氧化而成为硝酸态氮的过程。u微生物：化能自养菌（最主要）亚硝化细菌（5个属）、硝化细菌（4个属）生活要求：严格好氧；中性至微碱性条件；最适温度30度；无需有机物；能量利用率低；生长缓慢l异养微生物环境微生物学 影响硝化作用的环境因素影响硝化作用的环境因素 (1)pH(1)pH值：适宜微碱性值：适宜微碱性 (2)(2)温度：温度：4-404-40，最适：，最适：25-3525-35 (3)(3)通气：需氧通气：需氧 (二二)、硝化作用、硝化作用环境微生物学(三三)、硝酸盐同化作用、硝酸盐同
37、化作用 定义：绿色植物和微生物在利用硝酸盐的过程中，硝酸盐被重新还原成NH4+后再被利用于合成各种含氮有机物，这就是硝酸盐的同化作用。HNO3 NH4+合成性硝酸还原作用合成性硝酸还原作用环境微生物学(四四)、氨化作用、氨化作用定义：含氮有机物由微生物的分解产生氨的作用。u含氮有机物的种类：蛋白质、核酸、尿素、尿酸、几丁质等u分解蛋白质：酶：蛋白酶、肽酶、脱氨基酶、脱羧基酶微生物种类：荧光假单胞菌，普通变形杆菌，巨大芽孢杆菌，蕈状芽孢杆菌，腐败梭菌、木霉、曲霉等。u分解核酸：酶：核酸酶、核苷酸酶、脱氨基酶微生物：普遍。如芽孢杆菌、曲霉、链霉菌u分解尿素：酶：尿酶微生物：脲芽孢八叠球菌、巴氏芽孢
38、杆菌）。u分解几丁质的细菌：几丁质酶、脱氨基酶嗜几丁杆菌、几丁色色杆菌等。环境微生物学(五五)、铵盐同化作用、铵盐同化作用u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。环境微生物学(六六)、异化性硝酸盐还原作用、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（nitrite ammonification）而产生氨或进一步通过反硝化作用（denitrification）产生氮气、NO或N2O。菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。HNO3 HNO2 环境微生物学(七七)、反硝化作用
39、、反硝化作用定义：由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。u反硝化途径：NO3-NO2-NO N2O N2u条件：有机质丰富；厌氧（淹水的土壤或死水塘中）u菌种：少数异养和化能自养菌。如：地衣芽孢杆菌、脱氮副球菌、铜绿假单胞菌、施氏假单胞菌、脱氮硫杆菌以及螺菌属和莫拉氏菌属等。u环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况 pH值 有机质与NO3-含量u意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。环境微生物学（八）亚硝酸氨化作用（八）亚硝酸氨化作用u定
40、义：亚硝酸通过异化性还原可以经羟胺而转变成氨，叫做亚硝酸的氨化作用。u菌种：Aeromonas（气单胞菌属）、Bacillus（芽孢杆菌属）、Enterobacter（肠杆菌属）、Flavobacterium（黄杆菌属）、Nocardia（诺卡氏菌属）、Vibrio（弧菌属）和 Staphylococcus（葡萄球菌属）等。环境微生物学三、硫素循环三、硫素循环u生物体对硫的需要量约为氮的1/10。u硫循环与氮循环相似，各环节都有相应的微生物参与。环境微生物学硫素循环 硫是生物的重要的营养元素，它是一些必需氨基酸、某些维生素、辅酶等的成份。在自然界，硫素以元素，硫酸盐和有机态硫的形式存在，而植物
41、一般只能以无机盐类作为养料。因此，S素各种形式的循环转化，对植物营养非常重要。（一）自然界中的硫素循环 硫素循环可划分为分解作用，同化作用，无机硫的氧化作用和无机硫的还原作用 微生物参与素循环的全过程，并起很重要作用。环境微生物学有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧无机硫的氧化作用化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用1 1、分解作用：、分解作用：动、植物和微生物尸体中的动、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微生物降解有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、成无机物（硫酸盐、等）的过
42、程称为分解作用。等）的过程称为分解作用。2 2、同化作用、同化作用微生物利用硫酸盐和微生物利用硫酸盐和，组成本身细胞物质的过程称组成本身细胞物质的过程称为同化作用，细菌、放线菌、为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源的种类。仅少数微生为硫源的种类。仅少数微生物同化物同化。环境微生物学3 3、无机硫的氧化作用、无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用是微生物氧化无机硫的氧化作用是微生物氧化硫化氢、元素或硫化氢、元素或e e等生成等生成硫酸盐的过程。主要是硫细菌。硫酸盐的过程。主要是硫细菌。4 4、无机硫的还原作用、无机硫的还原作用无机硫化物的还原作用是在厌氧无机
43、硫化物的还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成条件下微生物将硫酸盐还原成的过程。参与此过程的微生的过程。参与此过程的微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）菌属、脱硫肠状菌属）有机硫化物有机硫化物硫酸盐硫酸盐元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧无机硫的氧化作用化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用环境微生物学u能溶解土壤中的磷酸钙或磷灰石的微生物较多。靠产酸作用促进磷酸钙溶解。如硝化细菌和硫化细菌。u植素、核酸和磷脂等，能分解这些物质的微生物更多蜡状、蕈状、多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌等。u水体中的可溶性磷酸盐浓度过大造成水体富营养化，进而严重污染水源。生物体有机磷磷酸或可溶性磷酸盐不溶性磷酸盐产酸微生物的作用或磷肥生产与土壤中的盐基结合植被与微生物的吸收同化微生物的分解作用四、磷的循环环境微生物学磷素循环 磷素循环主要包括无机磷的溶解、无机磷的同化、有机磷的矿化环境微生物学五、铁的循环u铁的循环主要在无机物或有机物中的Fe2+与Fe3+之间的氧化还原反应。u菌种：化能自养铁细菌，如 纤发菌属、泉发菌属和嘉利翁氏菌属；化能自养硫细菌，如氧化亚铁硫杆菌。
