1、第八章第八章 微生物在环境物质循环中的作用微生物在环境物质循环中的作用主要内容：主要内容：主要物质的循环 微生物对有机物的降解过程 包括天然物质循环和污染物质的循环，其实从本质上看，并没有太大的区别，但是，污染物质的进入，会影响原有的物质循环的某些环节。包括各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等。推动物质进行循环的作用包括物理、化学和生物的作用，其中生物起到了主导的作用，而微生物在这当中又占了极重要的地位。第一节 氧循环 大气中的O2（包括水体）呼吸作用 光合作用 CO2 O2在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方向上的变化。无论是O2还是CO2，除了在大气中的含量以外，它们在水体（海洋）中的
2、含量，也是不可忽视的。此循环的平衡，具有十分重要的意义，如维持大气中CO2的浓度。第二节 碳循环 自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白质等。碳的循环是以CO2为中心的。在碳循环中，CO2大部分来源于微生物分解有机物，另外，由于CO2同时也参与氧循环，因此，实际上C和O循环是相互关联的。CO2可以成为植物、藻类的碳源，大气中CO2的含量为0.032%（320ppm），这个值由于人类活动大量产生CO2进入大气中而在增加，造成所谓的气候变暖。由此带来一系列的问题，成为当今世界最关注的热点之一。纤维素的转化作用的微生物：细菌、放线菌和真菌。分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶）的作用
3、，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。半纤维素的转化存在于植物细胞壁内，是由多种戊糖或己糖组成的大分子缩聚物，组成中有聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）、聚己糖（半乳糖、甘露糖）己聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）。来源：造纸废水和人造纤维废水。作用的微生物：能够分解纤维素的微生物大部分能分解半纤维素。淀粉的转化来源：淀粉厂、酒厂等。作用微生物：细菌（如枯草杆菌）和霉菌（如青霉、曲霉等）烃类物质的转化第三节 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（NH4+、NO3-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
4、着重要作用。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：氨基酸 不含氮的有机物（酸）+NH3 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（CO2），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
5、NAD等辅酶的合成。例如：CH3CHNH2COOH(丙氨酸)CH3CH2NH2（乙胺）+CO2 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。尿酶 CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3 2NH3+CO2+H2O 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。分二步进行：2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+619KJ 亚硝酸细菌 2HNO2+O2 2HNO3+201KJ 硝酸细菌 亚硝酸细菌和硝酸细菌是好氧
6、的，世代时间很长（从十几小时到几天）。四、反硝化作用 反硝化作用：在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气的过程。发生反硝化的条件是：硝酸盐存在（提供电子受体）、有机物存在（提供能量）、缺氧。反应过程，有三种结果：HNO3NH3 HNO3N2 HNO3HNO2在环境工程中，涉及的反硝化作用主要是：NO3-N2反硝化作用的意义：土壤中发生反硝化作用，会降低土壤的肥力；污水生物处理的二沉池中发生反硝化作用，产生的氮气会把池底的沉淀污泥带上浮起，影响出水水质；利用反硝化作用，可以去除水中的氮（生物脱氮）。五、固氮作用 空气中有大量的氮气，但植物和大多数微生物都不能直接利用它。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 N2+6e-+6H+nATP 2NH3+nADP+nPi 固氮酶 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 第四节 硫循环含硫的化合物有：含硫有机物（蛋白质中的SH基等）无机硫化合物 元素硫第五节 磷循环含磷的化合物有：含磷有机物（核酸、磷脂等）无机磷化合物 可溶的 不可溶，如Ca3(PO4)2，不能被植物吸收利用 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。
