微生物第八章微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

1、2022-6-31第八章第八章 微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用第一節(jié)第一節(jié) 氧循環(huán)氧循環(huán)第二節(jié)第二節(jié) 碳循環(huán)碳循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 氮循環(huán)氮循環(huán)第四節(jié)第四節(jié) 硫循環(huán)硫循環(huán)環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-32 主要物質(zhì)的循環(huán) ； 微生物對(duì)有機(jī)物的降解過(guò)程。各種物質(zhì)元素：各種物質(zhì)元素：O、C、N、P、S、Fe等。等。天然物質(zhì)循環(huán)天然物質(zhì)循環(huán)污染物質(zhì)的循環(huán)污染物質(zhì)的循環(huán) 推動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的作用包括物理、化學(xué)推動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的作用包括物理、化學(xué)和生物的作用，其中生物起到了主導(dǎo)的作用，和生物的作用，其中生物起到了主導(dǎo)的作用，而微生物在這當(dāng)中又占了極重要的地位。而微

2、生物在這當(dāng)中又占了極重要的地位。污染物質(zhì)的進(jìn)入，污染物質(zhì)的進(jìn)入，會(huì)影響原有的物會(huì)影響原有的物質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)節(jié)。節(jié)。2022-6-33氧循環(huán)氧循環(huán)(oxygen cycle)(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+CO2HCO3- CO32 - Ca2+CaCO3O2水體水體臭氧層臭氧層沉積物沉積物火火山山作作用用4FeO+O22FeO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射高能紫外輻射第一節(jié)第一節(jié) 氧循氧循環(huán)環(huán)環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-34第二節(jié)第二節(jié) 碳循環(huán)碳循環(huán)植 物動(dòng)

3、物呼吸光合作用食 用殘 體厭 氧分 解有 機(jī) 酸 ， 糖 ， 維生 素 ， 氨 基 酸好 氧 分 解呼吸(C H2O )n有 機(jī) 化 合 物CO2CH4藻 類光 合作 用呼 吸 :動(dòng) 物植 物微 生 物(C H2O )n發(fā) 酵厭 氧 微 生 物產(chǎn) 甲 烷 菌光 合 細(xì) 菌CO2C O 2植 物動(dòng) 物呼吸光合作用食 用殘 體厭 氧 分 解有 機(jī) 酸 ， 糖 ， 維 生 素 ，氨 基 酸好 氧 分 解呼吸(C H2O )n有 機(jī) 化 合 物CO2CH4藻 類光 合作 用呼 吸 :動(dòng) 物植 物微 生 物(C H2O )n發(fā) 酵厭 氧 微 生 物產(chǎn) 甲 烷 菌光 合 細(xì) 菌環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津

4、工業(yè)大學(xué)2022-6-35化化泥碳泥碳煤煤大氣中大氣中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐爛腐爛燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐爛腐爛擴(kuò)散擴(kuò)散碳循環(huán)碳循環(huán)(carbon cycle)(carbon cycle)環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-36幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化 環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)o 纖維素的轉(zhuǎn)化纖維素的轉(zhuǎn)化o 半纖維素半纖維素o 果膠質(zhì)果膠質(zhì)o 淀粉的轉(zhuǎn)化淀粉的轉(zhuǎn)化o 脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪的轉(zhuǎn)化o 烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化2022-6-37幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化 1.纖維素

5、的轉(zhuǎn)化纖維素的轉(zhuǎn)化 OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖維素纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶葡萄糖氧化酶，脫氫酶，脫羧酶細(xì)胞色素，細(xì)胞色素氧化酶T C A循環(huán)ATPH2OCO2厭氧發(fā)酵葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖維素纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶葡萄糖氧化酶，脫氫酶，脫羧酶細(xì)胞色素，細(xì)胞色素氧化酶TCA循環(huán)ATPH2OCO2厭氧發(fā)酵葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH

6、2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖維素纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶葡萄糖氧化酶，脫氫酶，脫羧酶細(xì)胞色素，細(xì)胞色素氧化酶T C A循環(huán)ATPH2OCO2厭氧發(fā)酵葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-38環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2NAD+2NADH22ADP2ATPC6H12O6CH3COCOOHCH3COSCoA 乙酰輔酶乙酰輔酶ATCA循環(huán)循環(huán)CO2底物水平底物水平磷酸化磷酸化ATPCoASHCO2CO2CH2-COOHCH-COOHO=C-COOH3412022-6-39幾種含

7、碳化合物的轉(zhuǎn)化幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化 1.纖維素的轉(zhuǎn)化纖維素的轉(zhuǎn)化 OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖維素纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶葡萄糖氧化酶，脫氫酶，脫羧酶細(xì)胞色素，細(xì)胞色素氧化酶T C A循環(huán)ATPH2OCO2厭氧發(fā)酵葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖 維 素纖 維 素 酶纖 維 二 糖纖 維 二 糖 酶葡 萄 糖氧 化 酶 ， 脫 氫 酶 ， 脫 羧 酶細(xì) 胞 色 素 ， 細(xì) 胞 色 素 氧 化 酶T C A循 環(huán)ATPH2OCO2

8、厭氧發(fā)酵葡 萄 糖丙 酮 丁 醇 發(fā) 酵丁 酸 發(fā) 酵丙 酮 + 丁 醇 + 乙 酸丁 酸 + 乙 酸+CO2+H2+CO2+H2OOOHOH2COHOHOH2COHOOHOH2COHOHOHOHO纖維素纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶葡萄糖氧化酶，脫氫酶，脫羧酶細(xì)胞色素，細(xì)胞色素氧化酶TCA循環(huán)ATPH2OCO2厭氧發(fā)酵葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+ 丁醇+ 乙酸丁酸+ 乙酸+CO2+H2+CO2+H2厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-310分解纖維素的微生物分解纖維素的微生物 纖維二糖芽孢梭菌，無(wú)芽孢厭氧纖維二糖芽孢梭菌，無(wú)芽孢厭氧分解菌，嗜熱纖維芽孢菌分解菌，

9、嗜熱纖維芽孢菌 好氧好氧 粘細(xì)菌粘細(xì)菌 生孢食纖維菌（球形和橢形），生孢食纖維菌（球形和橢形），食纖維菌及堆囊粘菌食纖維菌及堆囊粘菌 鐮狀纖維菌，纖維弧菌鐮狀纖維菌，纖維弧菌 G-厭氧厭氧 青霉菌，曲霉，鐮刀霉，木霉，毛霉青霉菌，曲霉，鐮刀霉，木霉，毛霉鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬真菌真菌放線菌放線菌細(xì)菌細(xì)菌環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-3112. 半纖維素半纖維素 半纖維素單糖+糖醛酸聚糖酶H2O好氧厭氧經(jīng)EMP途經(jīng)各種發(fā)酵產(chǎn)物TCAATPCO2+H2O芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌、放線菌。芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌、放線菌。霉菌中的根霉、小克銀漢霉、青霉和鐮刀

10、霉。霉菌中的根霉、小克銀漢霉、青霉和鐮刀霉。 分解半纖維素的微生物分解半纖維素的微生物環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-3123. 果膠質(zhì)果膠質(zhì) 原果膠 + H2O原果膠酶可溶性果膠 +聚戊糖+H2O果膠甲脂酶果膠酸+甲醇 +H2O聚半乳糖酶半乳糖醛酸好氧分解厭氧酵解為丁酸，乙酸 ，醇CO2 , H2OCO2 , H2O環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-313有好氧菌有好氧菌：枯草芽孢桿菌，多粘芽孢桿菌枯草芽孢桿菌，多粘芽孢桿菌，浸軟芽，浸軟芽孢桿菌，不生芽孢的軟腐歐式桿菌。孢桿菌，不生芽孢的軟腐歐式桿菌。厭氧菌厭氧菌：蝕果膠梭菌和費(fèi)新尼亞浸麻梭菌。：蝕果膠梭菌

11、和費(fèi)新尼亞浸麻梭菌。真菌真菌：青霉，曲霉，木霉，小克銀漢霉，根霉，毛霉，：青霉，曲霉，木霉，小克銀漢霉，根霉，毛霉，芽枝孢霉芽枝孢霉放線菌放線菌分解果膠質(zhì)的微生物分解果膠質(zhì)的微生物環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-314 淀粉的分解淀粉的分解A.A.淀粉淀粉液化型淀粉酶液化型淀粉酶 麥芽糖、雙糖麥芽糖、雙糖 B.B.淀粉淀粉糖化型淀粉糖化型淀粉 麥芽糖或葡萄糖麥芽糖或葡萄糖 OOOCH2OHOOCH2OHOOCH2OHOOCH2OH4. 淀粉的轉(zhuǎn)化淀粉的轉(zhuǎn)化 環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-315淀粉糊精酶糊精麥芽糖苷酶麥芽糖葡萄糖苷酶葡萄糖TCA乙醇發(fā)酵乙醇

12、 +CO2葡萄糖丙酮丁醇發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2丁酸+乙酸H2OCO21234+CO2+H2環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-3165. 脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪甘油 +高級(jí)脂肪酸脂肪酶3H2O環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)分解分解分解分解2022-6-3175. 脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪的轉(zhuǎn)化 甘油的轉(zhuǎn)化甘油的轉(zhuǎn)化甘油CH2OHCHHOCH2OHCH2OHCHHOCH2OPOO-O-CH2OHCCH2OPOO-O-O -磷酸甘油磷酸二羥丙酮ATPADP甘油激酶NAD-NADH2磷酸甘油激酶酵解丙酮酸乙酰輔酶A輔酶ATCA循環(huán)CO2+H201-磷酸葡萄糖葡萄糖和淀

13、粉環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-318脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 R C H2C H2C O -SCOA脂 酰 輔 酶 AR C H = C H C O -SCOA-烯 脂 酰 輔 酶 AFADFADH2R C H (O H )C H2C O -SCOA羥 脂 酰 輔 酶 AH2OR C (O )C H2C O -SCOA酮 脂 酰 輔 酶 ANAD+NADH+H+COASHRCOSCOA + CH3CO-SCOA氧 化RCH2CH2CO -SCOA脂 酰 輔 酶 ARCH =CH CO -SCOA-烯 脂 酰 輔 酶 AFAD FADH2RCH (O H )CH2CO -S

14、COA羥 脂 酰 輔 酶 AH2ORC(O )CH2CO -SCOA酮 脂 酰 輔 酶 ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA氧 化R C H2C H2C O -S COA脂 酰 輔 酶 AR C H = C H C O -S COA - 烯 脂 酰 輔 酶 AFAD FADH2R C H (O H )C H2C O -S COA 羥 脂 酰 輔 酶 AH2OR C (O )C H2C O -S COA 酮 脂 酰 輔 酶 ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA 氧 化RCH2CH2CO-SCOA脂酰輔酶ARCH=CHCO-SCO

15、A - 烯脂酰輔酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA 羥脂酰輔酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA 酮脂酰輔酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA 氧化RCH2CH2CO-SCOA脂酰輔酶ARCH=CHCO-SCOA - 烯脂酰輔酶AFADFADH2RCH(OH)CH2CO-SCOA 羥脂酰輔酶AH2ORC(O)CH2CO-SCOA 酮脂酰輔酶ANAD+NADH+H+COASHCH3CO-SCOA+RCOSCOA 氧化CH3(CH2)16COOH+ATP+COA-SH脂酰硫激酶脂酰磷激酶CH3(CH2)16CO- SCOA+AMP+PPi

16、環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)RCOSCOA第二次第二次氧化氧化脂肪酸的活化脂肪酸的活化 2022-6-3199 C H3C O - S COA + 8 F A D H2 + 8 N A D H2TCAATPH20CO2 氧化+ 8 COA - S H + 8 F A D+ + 8 N A D+ + 8 H2OC H3( C H2)1 6C O - S COA脂肪酸通常通過(guò)脂肪酸通常通過(guò)氧化過(guò)程氧化。以硬脂酸氧化過(guò)程氧化。以硬脂酸為例，為例，1mol1mol硬脂酸含有硬脂酸含有18mol18mol個(gè)碳原子，需要經(jīng)個(gè)碳原子，需要經(jīng)過(guò)過(guò)8 8次次氧化全部降解為氧化全部降解為9 mol9 mo

17、l乙酰輔酶乙酰輔酶A A，總，總反應(yīng)式：反應(yīng)式：CH3(CH2)16COOH+ATP+COA-SH脂酰硫激酶脂酰磷激酶CH3(CH2)16CO- SCOA+AMP+PPi環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)1mol 18C硬脂酸經(jīng)硬脂酸經(jīng)氧化后氧化后獲得獲得82+83+129-1=147mol 9CH3CO -SCOA + 8FA D H2 + 8N A D H2TCAATPH20CO2氧 化+ 8COA -SH + 8FA D+ + 8 N A D+ + 8H2OCH3(CH2)16CO - SCOA2022-6-320分解脂類物質(zhì)的微生物主要是：分解脂類物質(zhì)的微生物主要是： 好氧菌：假單胞

18、菌（熒光假單胞菌和銅綠色假單好氧菌：假單胞菌（熒光假單胞菌和銅綠色假單胞菌），分枝桿菌，無(wú)色桿菌，芽孢桿菌等。胞菌），分枝桿菌，無(wú)色桿菌，芽孢桿菌等。真菌：青霉，曲霉，枝孢霉和粉孢霉。真菌：青霉，曲霉，枝孢霉和粉孢霉。厭氧菌：產(chǎn)色莢膜梭菌。厭氧菌：產(chǎn)色莢膜梭菌。環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-3216.烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)4322O2CHCH OH+H OHCOHHCOOHCO 烷烴、烯烴、芳香烴在微生物作用下的轉(zhuǎn)化。烷烴、烯烴、芳香烴在微生物作用下的轉(zhuǎn)化。 烷烴烷烴甲基營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌、甲烷氧化彎曲菌、甲基孢囊菌、甲基營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌、甲烷

19、氧化彎曲菌、甲基孢囊菌、甲基桿菌、甲基單胞菌；甲基桿菌、甲基單胞菌；真菌：頭孢菌、青霉菌。真菌：頭孢菌、青霉菌。涉及烷烴加氧酶多種脫氫酶微生物：微生物： 乙烷，丙烷，丁烷的氧化，轉(zhuǎn)化模式類似，乙烷，丙烷，丁烷的氧化，轉(zhuǎn)化模式類似，某些甲烷氧化菌在氧化甲烷的同時(shí)可將其同時(shí)某些甲烷氧化菌在氧化甲烷的同時(shí)可將其同時(shí)共氧化，或者由另一種專門的菌分解。共氧化，或者由另一種專門的菌分解。2022-6-322環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)通過(guò)末端的氧化或次末端的氧化或兩端的氧化通過(guò)末端的氧化或次末端的氧化或兩端的氧化高級(jí)烷烴的氧化高級(jí)烷烴的氧化CH3(CH2)n-CH2CH3加氧酶CH3(CH2)n-

20、CH2CH2-OH脫氫酶CH3(CH2)n-CH2CHO水化酶CH3(CH2)n-CH2CH(OH)2脫氫酶CH3(CH2)n-CH2COOHCoA-SH -氧化TCA循環(huán)CO2+H2OCH3(CH2)nCH2COSCoA 氧化烷烴的微生物有甲烷假單胞菌，分枝桿菌，氧化烷烴的微生物有甲烷假單胞菌，分枝桿菌，頭孢霉，青霉等。頭孢霉，青霉等。2022-6-323環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)降解烯烴的微生物有蠟小球菌，銅綠色板毛菌降解烯烴的微生物有蠟小球菌，銅綠色板毛菌。H3CRCHCH2OHOH氧化為羧酸H3CRCH=CH2H3CRCHCH2O氧化為二醇H3CRCHCH2OH氧化為羧酸烯烴

21、的氧化烯烴的氧化2022-6-324環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)H2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2 HCOOHCHCCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA鄰苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰輔酶A+O2CO2+H2O單加氧酶雙加氧酶COASH芳香烴化合物的轉(zhuǎn)化芳香烴化合物的轉(zhuǎn)化 H2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2 HCOOHCH2CCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA鄰苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰輔酶A+O2CO2+H2O單加氧酶雙加氧酶COA

22、SHH2OO2OHOHO2COOHCHCHCCHCOOHH2O2HCOOHCHCCH2CH2COOHOH2OCH2COOHCH2COOH+CH2CO-SCOA鄰苯二酚己二烯二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰輔酶A+O2CO2+H2O單加氧酶雙加氧酶COASH 分解苯和酚的微生物分解苯和酚的微生物有熒光假單胞菌，銅綠有熒光假單胞菌，銅綠色假單胞菌及苯桿菌。色假單胞菌及苯桿菌。 2022-6-325分解芳香化合物的微生物分解芳香化合物的微生物o 分解苯，甲苯和二甲苯的有分枝桿菌，芽孢桿分解苯，甲苯和二甲苯的有分枝桿菌，芽孢桿菌和諾卡氏菌。菌和諾卡氏菌。o 分解萘的細(xì)菌有銅綠色假單胞菌，溶條假單胞分解萘的細(xì)菌

23、有銅綠色假單胞菌，溶條假單胞菌，諾卡氏菌，球形小球菌，無(wú)色桿菌，分枝菌，諾卡氏菌，球形小球菌，無(wú)色桿菌，分枝桿菌等。桿菌等。o 分解菲的細(xì)菌有菲桿菌，菲芽孢桿菌的巴庫(kù)變分解菲的細(xì)菌有菲桿菌，菲芽孢桿菌的巴庫(kù)變種和古里變種。種和古里變種。o 分解苯并芘的有熒光假單胞菌和銅綠色假單胞分解苯并芘的有熒光假單胞菌和銅綠色假單胞菌，小球菌及大腸埃希氏菌。菌，小球菌及大腸埃希氏菌。 環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-326環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)烴類的降解，烯烴烴類的降解，烯烴 烷烴烷烴 芳烴芳烴 多環(huán)芳烴；多環(huán)芳烴；正構(gòu)烷烴比異構(gòu)烷烴容易；正構(gòu)烷烴比異構(gòu)烷烴容易；直鏈烷烴比支

24、鏈烷烴容易降解；直鏈烷烴比支鏈烷烴容易降解；苯比烷基苯和多環(huán)芳烴更難降解。苯比烷基苯和多環(huán)芳烴更難降解。 烴類分解難易程度烴類分解難易程度2022-6-327環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 氮循環(huán)氮循環(huán) 自然界中的氮蘊(yùn)藏量豐富，主要以三種形自然界中的氮蘊(yùn)藏量豐富，主要以三種形態(tài)存在：分子氮，占大氣的態(tài)存在：分子氮，占大氣的78；有機(jī)氮化合；有機(jī)氮化合物；無(wú)機(jī)氮化合物，氨氮和硝酸氮。物；無(wú)機(jī)氮化合物，氨氮和硝酸氮。 2022-6-328氮循環(huán)氮循環(huán)(nitrogen cycle)陸地陸地陸地陸地其它其它動(dòng)植物動(dòng)植物藍(lán)藻藍(lán)藻淺層死有機(jī)物淺層死有機(jī)物溶解溶解死有死有機(jī)物機(jī)物土土壤壤

25、中中無(wú)無(wú)機(jī)機(jī)氮氮庫(kù)庫(kù)丟失于深丟失于深層沉積中層沉積中動(dòng)植物動(dòng)植物活體活體共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有機(jī)體死有機(jī)體陸地陸地河流帶走河流帶走生物固氮生物固氮大氣庫(kù)大氣庫(kù)N2大氣庫(kù)大氣庫(kù)HN3,NO,NO2N2O工業(yè)固氮工業(yè)固氮（汽車（汽車,化肥化肥,電廠）電廠）脫氮脫氮閃電閃電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)海洋海洋火火山山作作用用降降水水大氣大氣環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2022-6-329環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)N2NH3硝化作用NO2-NO3-NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白質(zhì)的氨基同化亞硝酸氨化作用反硝化NH4+氨化2022-6-330環(huán)境微生物基

26、礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白酶蛋白酶 多肽多肽 肽酶肽酶 氨基酸氨基酸 胨胨好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌：枯草芽孢桿菌，巨大芽孢桿菌，蕈狀芽：枯草芽孢桿菌，巨大芽孢桿菌，蕈狀芽孢桿菌，蠟狀芽孢桿菌；鏈球菌和葡萄球菌孢桿菌，蠟狀芽孢桿菌；鏈球菌和葡萄球菌; ;兼性厭氧兼性厭氧：變形桿菌，假單胞菌；：變形桿菌，假單胞菌；厭氧菌厭氧菌：腐敗梭狀芽孢桿菌，生孢梭狀芽孢桿菌：腐敗梭狀芽孢桿菌，生孢梭狀芽孢桿菌; ;真菌真菌: :曲霉，毛霉，木霉等曲霉，毛霉，木霉等; ;放線菌放線菌：鏈霉菌。：鏈霉菌。 分解蛋白質(zhì)的微生物分解蛋白質(zhì)的微生物脫氨基過(guò)程脫氨基過(guò)程脫氨基酶脫氨基酶202

27、2-6-331環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2. 氨基酸的轉(zhuǎn)化氨基酸的轉(zhuǎn)化 有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫氨基作用下，有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫氨基作用下，產(chǎn)生氨，稱為氨化作用。產(chǎn)生氨，稱為氨化作用。 脫氨的作用有脫氨的作用有氧化脫氨，還原脫氨，水解脫氧化脫氨，還原脫氨，水解脫氨，減飽和脫氨氨，減飽和脫氨。 氨化作用氨化作用脫羧作用脫羧作用2022-6-332環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)氧化脫氨氧化脫氨CH3CHNH2COOH+ 1/2 O2CH3COCOOH+ NH3COA-SHTCA循環(huán)+O2CO2+ H2O+ATP好氧菌作用好氧菌作用2022-6-333環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課

28、件 天津工業(yè)大學(xué)還原脫氨還原脫氨 CH2-NH2COOH+2HCH3COOH梭狀芽孢桿菌+NH3甘氨酸CH3CHNH2COOH丙氨酸+2HCH3CH2COOH+NH3CH3CHNH2COOH丙氨酸+2CH2-NH2COOH甘氨酸+2H2O3CH3COOH+3NH3+ CO2厭氧、兼性菌作用厭氧、兼性菌作用2022-6-334SticklandStickland反應(yīng)反應(yīng)是兩個(gè)氨基酸之間的一個(gè)氨基酸是兩個(gè)氨基酸之間的一個(gè)氨基酸作為氫作為氫( (電子電子) )供體，另一個(gè)氨基酸作為氫供體，另一個(gè)氨基酸作為氫( (電子電子) )受受體時(shí)的氧化體時(shí)的氧化- -還原脫氨基反應(yīng)。還原脫氨基反應(yīng)。 CH3CH

29、NH2COOH丙 氨 酸+ 2 HCH3CH2COOH+NH3CH3CHNH2COOH丙 氨 酸+ 2CH2-NH2COOH甘 氨 酸+ 2 H2O3CH3COOH+ 3 N H3+ C O2ADP+PiATP環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)已知能進(jìn)行已知能進(jìn)行SticklandStickland反應(yīng)的細(xì)菌反應(yīng)的細(xì)菌都是專性厭氧的梭菌，都是專性厭氧的梭菌，如：生孢梭菌、肉毒梭菌、雙酶如：生孢梭菌、肉毒梭菌、雙酶梭菌和斯氏梭菌等。梭菌和斯氏梭菌等。 2022-6-335環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)水解脫氨：氨基酸水解脫氨后生成羥酸。水解脫氨：氨基酸水解脫氨后生成羥酸。CH3CHNH2

30、COOH丙氨酸CH3CHOHCOOH+NH3+H2O2022-6-336環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)減飽和脫氨：氨基酸在脫氨基時(shí)，在減飽和脫氨：氨基酸在脫氨基時(shí)，在-鍵減飽和成鍵減飽和成為不飽和酸。為不飽和酸。 CH2CHNH2COOH天門冬氨酸+NH3COOHCHCHCOOH延胡索酸COOH2022-6-337環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)脫羧作用脫羧作用-氨基酸轉(zhuǎn)化為胺氨基酸轉(zhuǎn)化為胺 CH3CHNH2COOH脫羧酶CH3CH2NH2+CO2H2N(CH2)4CHNH2COOHH2N(CH2)4CH2NH2+CO2微生物：大腸桿菌、糞鏈球菌、腐敗性梭狀芽孢桿微生物：大腸桿菌、糞

31、鏈球菌、腐敗性梭狀芽孢桿菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌 2022-6-338NH2NH2CO+ 2H2O尿酶(NH4)2CO32NH3 + CO2 +H2O3. 尿素的轉(zhuǎn)化尿素的轉(zhuǎn)化 微生物：尿八疊球菌（球菌中唯一能形成芽孢微生物：尿八疊球菌（球菌中唯一能形成芽孢的種）、尿小球菌、尿素芽孢桿菌。的種）、尿小球菌、尿素芽孢桿菌。脲酶脲酶2022-6-339環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)4.硝化作用硝化作用 氨基酸脫下的氨，在有氧的條件下，經(jīng)亞硝化細(xì)氨基酸脫下的氨，在有氧的條件下，經(jīng)亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，稱為硝化作用。菌和硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，稱為硝化作用。

32、 2NH3+3O22HNO2+2H2O+619KJ2HNO2+O22HNO3 + 201KJ反應(yīng)反應(yīng)1 1由亞硝化菌作用：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球由亞硝化菌作用：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬、亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬、亞硝酸弧菌等；菌屬、亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬、亞硝酸弧菌等；反應(yīng)反應(yīng)2 2由硝化菌作用：硝化桿菌屬，硝化球菌屬。由硝化菌作用：硝化桿菌屬，硝化球菌屬。 共性：好氧菌，適宜在中性和偏堿性的環(huán)境中生共性：好氧菌，適宜在中性和偏堿性的環(huán)境中生長(zhǎng)，化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型長(zhǎng)，化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 在硅膠固體培養(yǎng)基中長(zhǎng)成細(xì)小，稠在硅膠固體培養(yǎng)基中長(zhǎng)成細(xì)小，稠密的褐色，黑色和淡褐色的菌落密的褐色，黑色和

33、淡褐色的菌落 由淡褐色轉(zhuǎn)變成黑色的菌落由淡褐色轉(zhuǎn)變成黑色的菌落 當(dāng)當(dāng)pH=9.5pH=9.5以上時(shí)硝化細(xì)菌受到抑制，而在以上時(shí)硝化細(xì)菌受到抑制，而在pHpH6.06.0以下時(shí)亞硝化細(xì)菌被抑制；以下時(shí)亞硝化細(xì)菌被抑制；最適宜溫度最適宜溫度3030，低于，低于5 5或高于或高于4040時(shí)不能活動(dòng)。時(shí)不能活動(dòng)。 2022-6-340環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)N2NH3硝化作用NO2-NO3-NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白質(zhì)的氨基同化亞硝酸氨化作用反硝化NH4+氨化硝化意義：植物攝取氮的最為普遍形態(tài)是硝酸鹽。硝化意義：植物攝取氮的最為普遍形態(tài)是硝酸鹽。水稻等植物可利用氨態(tài)氮，然而這

34、一氮形態(tài)對(duì)其它水稻等植物可利用氨態(tài)氮，然而這一氮形態(tài)對(duì)其它植物是有毒的。當(dāng)肥料以銨鹽或氨形態(tài)施入土壤時(shí)，植物是有毒的。當(dāng)肥料以銨鹽或氨形態(tài)施入土壤時(shí)，上述微生物將他們轉(zhuǎn)變成一般植物可利用的硝態(tài)氮。上述微生物將他們轉(zhuǎn)變成一般植物可利用的硝態(tài)氮。2022-6-341環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué) 兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為氮?dú)?，兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為氮?dú)猓@叫反硝化。這叫反硝化。 5. 反硝化作用反硝化作用有三種情形：有三種情形：HNO3+2HHNO2+2HHNO+H2ONH(OH)2+2HNH2OH+2HNH3H2OH2OH2OH2Ou大多數(shù)細(xì)菌和放線菌和真菌將硝酸

35、鹽為氮素營(yíng)養(yǎng)，大多數(shù)細(xì)菌和放線菌和真菌將硝酸鹽為氮素營(yíng)養(yǎng)，通過(guò)硝酸還原酶將硝酸還原成氨，進(jìn)而合成自身的通過(guò)硝酸還原酶將硝酸還原成氨，進(jìn)而合成自身的氨基酸，蛋白質(zhì)和其它含氮物質(zhì)。氨基酸，蛋白質(zhì)和其它含氮物質(zhì)。 2022-6-342環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)u兼性厭氧的反硝化菌在厭氧條件下，將硝酸還兼性厭氧的反硝化菌在厭氧條件下，將硝酸還原為氮?dú)?。原為氮?dú)?。HNO3+2HHNO2+4H2HNO+2H-H2O-H2O2H2O2H2ON2ON2-2HH2O反硝化細(xì)菌：施氏假單胞菌，脫氮假單胞菌，熒光反硝化細(xì)菌：施氏假單胞菌，脫氮假單胞菌，熒光假單胞菌，色桿菌屬中的紫色桿菌，脫氮色桿菌。假單胞

36、菌，色桿菌屬中的紫色桿菌，脫氮色桿菌。 2022-6-343環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)u硝酸鹽還原為亞硝酸硝酸鹽還原為亞硝酸HNO3+2HHNO2+H2O反硝化意義：反硝化過(guò)程中形成的氮?dú)狻⑺葰鈶B(tài)反硝化意義：反硝化過(guò)程中形成的氮?dú)?、水等氣態(tài)無(wú)機(jī)氮的情況是造成土壤氮素?fù)p失、土肥力下降的無(wú)機(jī)氮的情況是造成土壤氮素?fù)p失、土肥力下降的重要原因之一。在污水處理工程中卻常作為脫氮的重要原因之一。在污水處理工程中卻常作為脫氮的方式。方式。2022-6-344環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)N2NH3硝化作用NO2-NO3-NO2-N2ON2固氮作用反硝化作用蛋白質(zhì)的氨基同化亞硝酸氨化作用反硝

37、化NH4+氨化2022-6-345環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為在固氮微生物的固氮酶的作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)而合成為有機(jī)氮的化合物，叫做固氮作用。氨，進(jìn)而合成為有機(jī)氮的化合物，叫做固氮作用。 6. 固氮作用固氮作用2NH3 +nADP +nPiN2+ 6e+ 6H+ nATP酶-NN2e-2H+酶-NN2e-2H+酶-NN2e-2H+2NH3+ 酶特點(diǎn)：特點(diǎn)： 高耗能反應(yīng)，消耗高耗能反應(yīng)，消耗ATPATP。1.1.需特殊的酶系統(tǒng)需特殊的酶系統(tǒng)固氮酶固氮酶 有組分有組分I I鉬鐵蛋鉬鐵蛋白白, ,真正的固氮酶真正的固氮酶, ,具有催化活性具

38、有催化活性; ;組分組分II,II,鐵蛋白鐵蛋白, , 傳遞電子。不同來(lái)源的鐵蛋白和鉬鐵蛋白結(jié)合在傳遞電子。不同來(lái)源的鐵蛋白和鉬鐵蛋白結(jié)合在一起具有固氮酶活性。一起具有固氮酶活性。 2022-6-346固氮微生物固氮微生物o 好氧菌：根瘤菌，圓褐固氮菌，黃色固氮菌，好氧菌：根瘤菌，圓褐固氮菌，黃色固氮菌，雀稗固氮菌，拜葉林克氏菌屬，萬(wàn)氏固氮菌。雀稗固氮菌，拜葉林克氏菌屬，萬(wàn)氏固氮菌。o 厭氧菌：巴氏固氮梭菌能固氮，硫酸還原菌厭氧菌：巴氏固氮梭菌能固氮，硫酸還原菌o 光合細(xì)菌：紅螺菌屬，小著色菌及球菌屬等光合細(xì)菌：紅螺菌屬，小著色菌及球菌屬等在光照下厭氧生活也能固氮。固氮藍(lán)藻中的在光照下厭氧生活

39、也能固氮。固氮藍(lán)藻中的有異形胞的固氮絲狀藍(lán)藻，例如魚腥藻屬，有異形胞的固氮絲狀藍(lán)藻，例如魚腥藻屬，念珠藻屬等。念珠藻屬等。環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)固氮酶對(duì)固氮酶對(duì)O2敏感敏感, ,好氧固氮好氧固氮菌在生長(zhǎng)過(guò)程中同時(shí)固氮，菌在生長(zhǎng)過(guò)程中同時(shí)固氮，它們?cè)陂L(zhǎng)期的進(jìn)化中形成了它們?cè)陂L(zhǎng)期的進(jìn)化中形成了保護(hù)固氮酶的放氧機(jī)制，使保護(hù)固氮酶的放氧機(jī)制，使固氮作用正常進(jìn)行。固氮作用正常進(jìn)行。 2022-6-3471. 1. 好氧性自生固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制好氧性自生固氮菌的抗氧保護(hù)機(jī)制 呼吸保護(hù)、構(gòu)象保護(hù)（耐氧蛋白）呼吸保護(hù)、構(gòu)象保護(hù)（耐氧蛋白）2. 2. 藍(lán)細(xì)菌固氮酶的抗氧保護(hù)機(jī)制藍(lán)細(xì)菌固氮酶的抗氧

40、保護(hù)機(jī)制 異形胞、時(shí)間差（白天光合夜晚固氮）異形胞、時(shí)間差（白天光合夜晚固氮）3. 3. 豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保護(hù)機(jī)制豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保護(hù)機(jī)制 根瘤菌以只能生長(zhǎng)不能分裂的類菌體根瘤菌以只能生長(zhǎng)不能分裂的類菌體（bacteroidsbacteroids）形式存在于豆科植物的根瘤中。豆血）形式存在于豆科植物的根瘤中。豆血紅蛋白就像一種緩沖劑，可在根瘤中調(diào)節(jié)氧的濃度，紅蛋白就像一種緩沖劑，可在根瘤中調(diào)節(jié)氧的濃度，使它穩(wěn)定在對(duì)固氮酶最合適的范圍內(nèi)。使它穩(wěn)定在對(duì)固氮酶最合適的范圍內(nèi)。2022-6-348環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 硫的微生物轉(zhuǎn)化硫的微生物轉(zhuǎn)化H2SS

41、SO42-蛋白質(zhì)的SH基S蛋白質(zhì)的SH基光合細(xì)菌硫化作用反硫化同化同化糜爛糜爛大多數(shù)微生物能利用硫酸鹽作為唯一的硫源，同化成含有-S-S基或者-SH基的蛋白質(zhì)有機(jī)物。2022-6-349 1. 有機(jī)硫的異化分解。有機(jī)硫的異化分解。環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué) 有機(jī)硫在好氧條件下轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫在好氧條件下轉(zhuǎn)化為SO42- ；在厭氧條；在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為件下轉(zhuǎn)化為H2S，CH3SH。CHNH2CH2SH+NH3COOHCH3COOH+HCOOH +H2SCHNH2CH2SH+NH4+COOHCH3COCOOH+H2SO4厭氧條件下 好氧條件下 2022-6-350環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)2. 硫化作用：有氧條件下，硫細(xì)菌的作用下硫化作用：有氧條件下，硫細(xì)菌的作用下將將H2S氧化為氧化為S進(jìn)而再氧化為進(jìn)而再氧化為H2SO4。 H2S S SO42-2H2S + O2 2H2O + 2S2S 3O2 2H2O 2H2SO4 兩類細(xì)菌參與硫化：兩類細(xì)菌參與硫化： 硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌硫化細(xì)菌和硫磺細(xì)菌2022-6-351環(huán)境微生物基礎(chǔ)教學(xué)課件 天津工業(yè)大學(xué)硫桿菌屬，硫桿菌屬，G-，氧化，氧化H2S，S為硫酸，土壤中存為硫酸，土壤中存在，在體外積累在，在體外積累S。 硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌好氧：氧化硫硫桿菌、排硫桿菌、氧化亞鐵好氧：氧化硫硫桿菌、排硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌