微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護

1、第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護 主講人 楊永盼,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,碳素循環(huán) 氮素循環(huán) 硫素循環(huán) 磷素循環(huán) 環(huán)境保護,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,一、碳素循環(huán) 1. 概述 1）.碳元素是組成生物體各種有機物中最主要的組分，約占有機物干重的50。 2）.自然界中碳元素以多種形式存在，包括周轉(zhuǎn)極快的大氣中的CO2、溶于水中的CO2（H2CO3、HCO-3和CO2-3）和有機物中的碳。此外，還有貯量極大，很少參與周轉(zhuǎn)的巖石（大理石、石灰石）和化石燃料（煤，石油、天然氣）中的碳。,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,2

2、.作用方式 微生物的降解作用、呼吸作用、發(fā)酵作用或甲烷形成作用，就可以使光合作用形成的有機物盡快分散、礦化和釋放、從而使生物圈處于一種良好的碳平衡的環(huán)境中。,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,二、氮素循環(huán) 1.概述 1）氮元素及其化合物的種類和化合價：R-NH2(-3)、NH3(-3)、N2(0)、N2O(+1)、NO(+2)、NO-2(+3)、NO2(+4)和NO-3(+5)。 2）主要存在形式：氨和銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機含氮物和氣態(tài)氮。其中前三類高度水溶性，是植物和大部分微生物良好的氮素營養(yǎng)；第四類必須通過微生物的分解才能重新被綠色植物利用；第五類之自然界最豐富的氮元素庫，但只

3、能被少數(shù)原核固氮生物才能利用。,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,2.作用方式 生物固氮 硝化作用 反硝化作用 氨化作用 同化性硝酸鹽還原作用 異化性硝酸鹽還原作用 銨鹽同化作用 亞硝酸氨化作用,（詳見第五章新陳代謝）,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,三、硫素循環(huán)與細菌瀝濾 1. 概述 1）硫是構(gòu)成生命物質(zhì)所必需的元素 2）在生物體內(nèi)，一般C：N：S100:10:1 3) 自然界中蘊藏著豐富的硫，其中硫素循環(huán)方式與氮素相似,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,2.作用方式 硫化作用 脫硫作用 同化性硫酸鹽還原作用 異化性硫酸鹽還原作用 異化性硫還原作用,第三節(jié) 微生物的地球化

4、學(xué)作用與環(huán)境保護,3.細菌瀝濾 細菌瀝濾又稱細菌浸礦或細菌冶金。 其原理是利用化能自養(yǎng)細菌對金屬礦物中的硫或硫化物進行氧化，使它不斷產(chǎn)生和再生酸性浸礦劑，并讓低品位礦石中的銅等金屬以硫酸銅等形式不斷溶解出來，然后再采用電動序較低的鐵等金屬粉末進行置換，以此獲取銅等有色金屬或稀有金屬。,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,四、磷素循環(huán) 1.概述 1）磷在一切生物遺傳信息載體（DNA）、生物膜以及生物能量轉(zhuǎn)換和儲存物質(zhì)（ATP等）的組成中不可缺少的核心元素 2）在生物圈中以磷酸形式存在的生物可利用的磷元素十分稀缺 3）作為肥料三要素之一的磷元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，與長期使用的單一氮肥的土壤中，也是最

5、短缺的“瓶頸”元素之一,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,由于磷元素及其化合物沒有氣態(tài)形式，且磷無價態(tài)的變化，故磷素循環(huán) （phosphorus cycle）即磷的地球化學(xué)循環(huán)較其它元素簡單，屬于一種典型的沉積循環(huán)。它的三個主要轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)： 1）不溶性鹽無機磷的可溶化 土壤或巖石中的不溶性磷化物主要為磷酸鈣Ca3(PO4)；由于微生物對其分解以后產(chǎn)生的磷酸在土壤中也極易形成難溶性的鈣、鎂或鋁鹽。在微生物代謝過程中產(chǎn)生的各種酸包括細菌和真菌產(chǎn)生的各種有機酸，以及一些化能自養(yǎng)細菌和硝化細菌產(chǎn)生的硫酸和硝酸，都可以使無極磷化物溶解。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，還可利用上述的菌種與磷礦粉混合制成細菌磷肥。,

6、第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,2）可溶性無機磷的有機化 水體富營養(yǎng)化含磷洗滌劑中的三聚磷酸鈉（STPP）對水體有效磷的貢獻率高達50%，它可被藻類等水生生物很快吸收利用，故是水體富營養(yǎng)化的主要原因。 3）有機磷的礦化 生物體中的有機磷化物進入土壤后，通過微生物的轉(zhuǎn)化、合成，最后主要以植酸鹽（phytate，又稱植素或肌醇六磷酸）、核酸及其衍生物和磷脂三種形式存在。它們在經(jīng)過各種腐生微生物分解后形成植物可利用的可溶性無機磷化物。,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,五.微生物與環(huán)境保護 1.水體的污染富營養(yǎng)化,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,2.用微生物治理污染,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,3.沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護 沼氣發(fā)酵的三個階段：,第三節(jié) 微生物的地球化學(xué)作用與環(huán)境保護,4.用微生物檢測環(huán)境 由于微生物細胞與環(huán)境接觸的直接性和對其反應(yīng)的敏感性，使微生物成了環(huán)境監(jiān)測中的重要指示生物，例如發(fā)光細菌監(jiān)測水中的污染程度。 細菌發(fā)光的強度受環(huán)境中的氧濃度、毒物種類及含量等的影響，只要用靈敏的光電測定儀器就