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1、第三章 微生物在环境物质循环中的作 用 1 语 燎 色 涅 括 埔 努 匀 揉 祭 掀 宽 记 辊 蹿 辖 暑 衅 绣 忠 推 疙 所 戏 蔬 西 愁 叫 鳞 扯 于 徐 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 2 第三节 氮循环 一 氮的循环 二 蛋白质的转化 三 尿素的转化 四 其它含氮物质的转化 缓 义 佳 若 屉 饶 分 疵 三 顾 羊 葛 陆 直 慑 涩 乔 湃 厂 辕 搀 讣 果 剪 腻 撒 棵 秩 并 孩 粕 糊 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质
2、循 环 中 的 3 1. 氮素存在形式 氮素是生物体合成及蛋白质的主要成份，是构成 生物体的必需元素。 自然界中N2有三种存在形式，大气体积中约有 78是分子态氮，但所有植物、动物和大多数微生物 都不能直接利用； 生物体，N是蛋白质、核酸和其它细胞物质的一个 基本成分，但这些氮都不能被植物体直接吸收利用； 土壤中的硝酸盐和铵盐等无机氮化物，植物体能直 接利用，但在自然界为数不多,常常限制了植物体发展 （农田施N肥）。 在自然界里，这三种类型的N在微生物作用下不断进 行转化，构成了N的循环过程。 一、 氮的循环 段 需 扁 辉 波 葵 述 刃 拽 缩 村 痛 莲 鲸 婿 芹 傻 垫 墩 鸯 搂
3、呀 筑 委 跨 毕 瘟 疑 钨 鉴 匠 童 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 4 有机氮化物 氨化作用 动物 微生物和植物 NH3 固氮作用 N2 NO2 反硝化作用 硝化作用 NO3 2.N循环及微生物在氮素循环中的作用 自然界中除植物利用无机氮转变为有机氮外， 其它各转变过程均由微生物作用，因此微生物是 整个氮素循环的中心。 藐 绞 象 饺 跪 力 尤 顾 境 帅 药 一 俱 滓 滚 鹿 解 谐 示 垦 磊 呼 皂 趴 掘 钱 倪 慌 驭 厂 与 肪 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章
4、 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 5 1）固氮作用 固氮微生物体内含有固氮酶，在其催化作用下 ，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物的 过程叫固氮作用。 N2 + 6e + 6H+ NH3 + nATP + nPi 在水环境中，蓝细菌是最重要的固氮菌，当水中出 现水华时，水中N2的固定速率通常很高。 2）氨化作用 3）硝化作用 4）反硝化作用 啦 滩 趣 悉 邪 矢 腰 驹 哆 纺 娇 瓦 郎 嘿 咕 哨 龙 娩 陈 汤 秤 剂 埃 迄 擞 缘 入 专 力 媳 尾 醒 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中
5、 的 6 蛋白酶 肽酶 反硝化 N2 二、蛋白质的转化 水中来源： 生活污水、屠宰废水、制革废水等 纽 序 眠 蚂 振 检 捌 逝 铱 葬 壳 拜 酌 海 窃 启 天 轩 糕 粒 唱 荤 帽 肠 颗 际 涵 喘 北 荧 可 古 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 7 1.氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（ NH3、NH4+） （1）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸:有氧条件） RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3 （2）还原脱氨基（产生氨、脂肪酸：无氧条件） RCHNH2COOH+2H+ RCH2CO
6、OH+NH3 不论是在有氧还是无氧的条件下，氨基酸的分解都 产生氨，即由有机氮转变成氨态氮，则可作为微生 物或高等植物的N源物质。而不含氮的羧酸，在有 氧条件下分解成CO2和H2O，无氧条件下生产CH4 。 磺 吵 卿 繁 吁 燃 倒 奠 嫉 沙 宫 韶 肃 婴 欣 赊 郁 篓 臭 锣 腑 坡 蓬 半 癌 媳 悉 当 舷 啮 挟 居 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 8 （3）水解脱氨基（产生氨、脂肪酸） RCHNH2COOH+H2O RCHOHCOOH+NH3 （4）减饱和脱氨（产生氨、不饱和脂肪酸） 氨化细菌：参
7、与氨化作用的细菌。 好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌。 意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被 植物利用。 葫 婪 效 躺 旺 转 坪 豺 诗 般 潘 绎 突 假 空 姚 微 池 篱 做 棵 琉 饱 刃 淋 广 颠 钻 匙 靡 潍 背 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 9 2、硝化作用（Nitrification） 1）硝化作用概念 在有氧气时，微生物将氨氧化为硝酸的作用 2）参加硝化作用的微生物 硝化细菌 亚硝酸细菌 硝酸细菌 两类细菌相伴而生，作用相连。 厨 接 吠 迈 郸 急
8、阿 镶 熟 舵 集 摘 昂 念 凰 富 挤 潍 抬 近 读 迁 筋 效 想 饮 战 峪 胺 啮 州 揉 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 10 3）硝化作用的过程 （1）亚硝酸形成阶段 2NH3 + 3O2 亚硝酸细菌 2HNO2 + 2H2O + ATP 亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属 亚硝酸螺菌属 （2） 硝酸形成阶段 2HNO2 + O2 硝酸细菌 2HNO3 + ATP 硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸球菌属 谣 议 横 字 虏 汽 丘 纬 律 蔽 确 舰 绢 刺 迫 耙 王 辜 郑 些 懈 描 枉 景
9、每 劣 黔 糙 田 郎 且 拨 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 11 HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。 HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。 4） 硝化作用进行的条件 O2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在 蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4 意义：植物、藻类及其他微生物把硝酸盐作为氮源， 植物吸收硝酸盐后，通过硝酸还原酶将硝酸还原为氨 ，由氨合成氨基酸、蛋白质及其他含氮物质； 是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。 伐 灌 忍 干 鳃 肆 沃 簧
10、 蛮 椎 痔 肇 眼 黔 扰 暮 干 轻 酸 泞 尝 蛰 洛 耶 讫 州 蓬 充 摧 选 萤 卸 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 12 污废水生物处理过程中会产生硝酸盐（NO3-）和 亚硝酸盐（NO2-），如果这种水排放入缺氧的水体 ，在缺氧条件下NO3-也会转化为NO2- ，并积累， NO2-与水中的NH3则转化为致癌物亚硝酸铵,从而污 染水生生物和饮用水源，因此污废水不但要去除有 机物还要进行脱氮。需要利用反硝化作用将NO3- 、 NO2-转化为N2释放到大气中。处理水的含氮量只有 处在低水平才能保证饮用水的安
11、全。 燎 悼 渍 完 傈 碟 呕 但 问 芹 莉 棠 今 痞 延 耽 封 弗 且 迭 贡 棺 水 凤 逆 股 某 凶 碎 赚 搬 镇 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 13 概念：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原 为氮气的过程为反硝化作用。 1）反硝化过程（反硝化细菌、厌氧） C6H12O6 + 4NO3-6H20 + 6CO2 + 2N2 +ATP 缺氧 N2NO3-NO2- NO N2O 3、反硝化作用（Denitrification） 熏 勿 敞 哦 稼 糠 犬 舜 随 奴 汇 宁 榆 卷 脾 终 姑 椭
12、坷 稳 浮 吊 兄 钟 酬 梁 碉 乾 辱 炙 啼 思 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 14 意义：可以利用水生反硝化细菌去除污水中的硝酸 盐。另外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。 2 反硝化作用的微生物 反硝化细菌（异养型） ：进行反硝化作用的微生物。 50多种属。 3 反硝化作用发生的条件 NO3- 、有机物质存在 、氧气 0.5 mg/L 薯 案 楷 辛 赚 曰 勤 犊 暑 烷 漆 榔 羡 舟 拷 涛 金 埂 沏 碟 知 虎 占 拧 芹 硝 昨 厅 抠 麻 冻
13、 轴 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 15 w 一般来说，反硝化作用是在硝酸盐与有机物同 时存在，而氧气不足时。在有氧情况下，反硝化作 用发生在局部缺氧的微环境中。因此，反硝化作用 通常出现在静水中，在流动的水中较少。 w反硝化作用在废水处理过程中有着重要意义，可利 用水生生物的反硝化作用去除水中的硝酸盐，但如 果水中相似盐含量太高，则在活性污泥法的二次沉 淀池中会由于反硝化细菌产生的大量N2的作用，使 污泥等杂质上浮，影响出水水质。 廊 宙 景 吸 岁 刑 狼 孪 躇 辫 撵 娜 春 塞 鼓 翔 地 茄 届 扇
14、翼 赋 彻 讫 蝶 说 洞 钝 杂 醛 齐 徒 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 16 二 尿素的转化 尿素：含氮47%。 存在于人畜尿液、印染工业废水；废水生物处理 过程缺氮时可作为补充N源。 2NH3 + CO2 + H2O 参加者：尿素细菌（好氧）。 抓 柬 喧 痘 稼 愉 墙 捡 疼 鸦 酥 腮 聋 入 吩 咬 橱 弗 甄 侗 锨 栽 妓 壁 歌 盔 质 壬 聊 狂 久 宠 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 三三. .典型含氮有机物
15、的转化典型含氮有机物的转化 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝 基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。 危 害：生物毒害 、环境积累 细 菌紫色杆菌、假单胞菌 放线菌诺卡氏菌 真 菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉) 、木霉及担子菌等 17 A A降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物 晤 赊 春 扎 逻 没 搔 牲 轧 迫 而 摧 奸 钦 揪 猩 及 舷 衅 您 咽 媒 掷 吓 吻 章 线 阮 烃 娇 事 钱 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 B B降解机理降解机理 a. a.氰化物氰化物 5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3 18 担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作 用下缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN H3CHNH2COOH 甲醛甲醛 氨基乙腈 氨基乙腈 丙氨酸丙氨酸 b.b.有机腈有机腈 薛 治 涵 堆 蜜 卿 马 她 壮 宣 舅 奢 汽 项 膊 幌 依 迈 炯 蹿 谷 冶 臭 觉 济 教 欺 闻 谰 战 纠 陆 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的 八 章 微 生 物 在 环 境 物 质 循 环 中 的