在物質循環(huán)中的作用

關于在物質循環(huán)中的作用碳素循環(huán)氮素循環(huán)硫、磷、鐵等其它無機元素的循環(huán)第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)碳素循環(huán)自然界中含碳物質有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白質等。在碳循環(huán)中，CO2大部分來源于微生物分解有機物，碳的循環(huán)是以CO2為中心的。第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、微生物分解有機物的一般途徑1、復雜有機物簡單有機物細胞內加以吸收營養(yǎng)攝取第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、纖維素的分解纖維素是葡萄糖高分子聚合物，(C6H10O5)n，n=1400-10000。由葡萄糖以β（1→4）糖苷鍵連接而成的直鏈，天然纖維素為無臭、無味白色絲狀物。來源：以樹木、農作物為原料的工業(yè)生產，如造紙、印染等。作用的微生物：細菌、放線菌和真菌。第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：首先必須經過微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的較簡單的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。纖維素酶2(C6H10O5)n+nH2OnC12H22O11（纖維二糖）纖維二糖酶nC12H22O11+nH2O2nC6H12O6

葡萄糖被微生物吸收進入體內，進行好氧或厭氧的分解。

第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天存在于植物細胞壁內，是由多種戊糖或己糖組成的大分子縮聚物，組成中有聚戊糖（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）。含量僅次于纖維素。來源：造紙廢水和人造纖維廢水。作用的微生物：能夠分解纖維素的微生物大部分能分解半纖維素。3、半纖維素的分解第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天作用過程：水解半纖維素——→單糖+糖醛酸糖醛酸再進行好氧或厭氧分解。分解過程：首先必須經過微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的較簡單的單糖后，才能被微生物吸收分解。第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4、果膠質的分解由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷鍵構成的直鏈高分子化合物。存在于植物細胞中。天然的果膠不溶于水，稱為原果膠。來源：造紙、制麻等。作用的微生物：細菌（如枯草桿菌、多粘芽孢桿菌、）真菌（青霉

第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：水解（原果膠酶）原果膠——→可溶性果膠+聚戊糖水解果膠甲脂酶

果膠酸+甲醇水解聚半乳糖酶

半乳糖醛酸第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5、淀粉的分解淀粉分直鏈和支鏈兩類。是由葡萄糖分子脫水縮合，以α-D-1,4葡萄糖苷鍵（不分支）或α-1,6鍵結合（分支）而成。廣泛存在于植物種子和果實中。淀粉也是人類獲取的主要食物來源之一。來源：淀粉廠、酒廠等。作用微生物：細菌（如枯草桿菌）和霉菌（如青霉、曲霉等）

第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：淀粉糊精麥芽糖葡萄糖

糊精酶麥芽糖苷酶葡萄糖苷酶第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天6、脂肪的分解脂肪是甘油和高級脂肪酸所形成的酯，存在于動植物體內，是人和動物的能量來源，也是許多微生物的碳源和能源。組成脂肪的脂肪酸幾乎都有偶數(shù)個碳原子。來源：毛紡廠、油脂廠、制革廠等作用微生物：如細菌中的熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌等，真菌中的青霉、白地霉、曲霉、鐮刀霉及解脂假絲酵母等，某些放線菌和分枝桿菌。第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天分解過程：

脂肪+3H2O——→甘油+高級脂肪酸

脂肪酶第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天木質素在植物體內的含量僅次于纖維素和半纖維素。酸、熱水和中性溶劑對它都不起作用，只溶于堿，是植物殘體中最難分解的組分。來源：以樹木、農作物為原料的工業(yè)生產，如造紙、印染等。作用微生物：在自然界中，能降解木質素的生物極少。木材的完全降解是真菌、細菌等微生物共同作用的結果，其中真菌起主要作用。7、木質素的分解第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天8、烴類的分解（1）、烷烴一般過程為逐步氧化生成相應的醇、醛和酸，而后經β-氧化進入三羧酸循環(huán)（TCA），最終分解成CO2

和H2O。第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（2）、烯烴大多數(shù)烯烴比烷烴和芳烴都容易被微生物所利用。微生物對烯烴的代謝主要是產生具有雙鍵的加氧氧化物或環(huán)氧化物，最終形成飽和或不飽和的脂肪酸，然后再經β-氧化進入三羧酸循環(huán)而被完全分解。（3）、脂環(huán)烴類所有烴類中脂環(huán)烴類對微生物的抵抗力最強。第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)氮素循環(huán)氮素的來源地球沉積物中各種形態(tài)的氮大氣中的氮氣生物殘體和土壤中的有機氮第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、氨化作用能夠分解蛋白質的微生物很多，細菌、真菌、放線菌等。

1、蛋白質的水解與氨基酸的轉化蛋白質多肽二肽氨基酸蛋白酶（胞外酶）（胞內酶）肽酶定義：有機氮化物在微生物的分解作用中釋放出氨的過程。第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、核酸的分解能夠分解核酸的微生物很多，細菌、真菌、放線菌等。

第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天尿素能被許多微生物（尿素細菌）轉化成氨，如尿八聯(lián)球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。

CO(NH2)2+2H2O—→(NH4)2CO3—→2NH3+CO2+H2O3、其他含氮有機物的分解—尿素尿酶第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、硝化作用硝化作用：在有氧的條件下，氨經亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用轉化成硝酸的過程。

狹義的硝化作用：第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天廣義的硝化作用：硝化作用：在有氧的條件下，所有含氮有機物或無機物中的還原態(tài)氮進行氧化的過程。

第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天三、反硝化作用狹義的反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽經微生物作用被還原為N2的過程。廣義的反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸鹽經微生物作用被還原為亞硝酸、次亞硝酸、NO和N2的過程。第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天四、固氮作用空氣中有大量的氮氣，但植物和大多數(shù)微生物都不能直接利用它，只有少數(shù)微生物可直接利用。固氮微生物在固氮酶的作用下，把分子氮轉化成氨，進而合成有機氮化合物，稱為固氮作用。固氮微生物Mg2++ATPN2+6[H]2NH3固氮微生物：細菌、放線菌、藍藻和古細菌。有機氮第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、根據(jù)微生物與植物的關系，可將固氮分為3個類型：①共生固氮菌：只有與其它生物共生時才能固氮的微生物，如根瘤菌?；钚允枪痰w系中最高的。②聯(lián)合固氮菌：必須生活在植物根際、葉面或動物腸道等處才能固氮的微生物。③自生固氮菌：能獨立進行固氮的微生物，如藍藻。第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、固氮酶3、影響固氮作用的因素（1）、含氮化合物濃度：高了不利于固氮（2）、O2的含量：高了不利于固氮第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)其它無機元素的循環(huán)無機元素循環(huán)與轉化的一般途徑：1、無機物的有機質化—吸收、合成作用2、含無機元素的有機物的分解—分解代謝3、無機物的氧化與還原4、無機物的溶解與沉淀第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、硫循環(huán)二、磷、錳循環(huán)三、鐵循環(huán)第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天含硫的化合物有：含硫有機物（如蛋白質中的-SH基）；無機硫化合物；元素硫

一、硫循環(huán)1、含硫有機物的分解：含硫有機物如蛋白質、含硫氨基酸、磺基化合物等在微生物的分解中，經脫硫氫作用生成H2S，進行含硫有機物的無機質化過程。第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、含硫無機物的分解：硫化氫、單質硫或硫化亞鐵等在硫細菌的作用下進行氧化，最后生成硫酸的過程。3、硫酸鹽還原：硫酸鹽在缺氧條件下被還原生成硫化氫的過程。第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共37頁，2024年2月25日，星期天二、磷循環(huán)磷循環(huán)：不可溶性磷酸鹽中的一部分在微生物作用下能夠被酸類物質逐漸溶解，而另有一部分以不溶性形式沉淀下來，離開了循環(huán)。這就是磷循環(huán)是不完全循環(huán)的原因所在。第34頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共37頁，2024年2月25