微生物在环境物质循环中的作用培训课件

微生物在环境物质循环中的作用l有机污染物的生物净化机理有机污染物的生物净化机理 净化本质净化本质微生物转化为微生物转化为无机物无机物无机物无机物 依靠依靠好氧分解与厌氧分解好氧分解与厌氧分解厌氧分解厌氧分解厌氧细菌厌氧细菌原理：发酵、厌氧无机盐呼吸原理：发酵、厌氧无机盐呼吸好氧分解好氧分解细菌是其中的主力军细菌是其中的主力军 原理：好氧有机物呼吸原理：好氧有机物呼吸 废水中的有机物：废水中的有机物：碳水化合物、脂肪、蛋白质；酮、酚、醛、酮、碳水化合物、脂肪、蛋白质；酮、酚、醛、酮、烃、腈等（工业废水）。烃、腈等（工业废水）。2微生物在环境物质循环中的作用有机物的分解有机物的分解好氧条件下的最终分解好氧条件下的最终分解：CCO2NNH3HNO2HNO3SH2SO4PH3PO43微生物在环境物质循环中的作用厌氧条件下的最终分解厌氧条件下的最终分解C RCOOH CH4+CO2 N NH3 S H2S4微生物在环境物质循环中的作用8.1 氧循环氧循环 (Oxygen cycle)5微生物在环境物质循环中的作用8.2 碳循环碳循环(Carbon cycle)(Carbon cycle)碳循环以碳循环以CO2为中心为中心6微生物在环境物质循环中的作用Carbon cycle7微生物在环境物质循环中的作用CO2有机质8微生物在环境物质循环中的作用8.2.1 纤维素的转化纤维素的转化 (C6H10O5)140010000。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等含有大量纤维素。必须经过微生物胞外酶（水水及城市垃圾等含有大量纤维素。必须经过微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能解酶）的作用，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。被微生物吸收分解。1.纤维素的分解途径纤维素的分解途径 9微生物在环境物质循环中的作用2.分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物 细菌、放线菌和真菌细菌、放线菌和真菌好氧性纤维素分解菌：好氧性纤维素分解菌：粘细菌（粘细菌（G）居多，有生居多，有生孢食纤维菌、食纤维菌和堆囊粘菌。此外还有镰孢食纤维菌、食纤维菌和堆囊粘菌。此外还有镰状纤维菌与纤维弧菌。状纤维菌与纤维弧菌。厌氧性纤维素分解菌：厌氧性纤维素分解菌：主要是芽孢梭菌属，如产主要是芽孢梭菌属，如产纤维二糖芽孢梭菌、嗜热纤维芽孢梭菌。纤维二糖芽孢梭菌、嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌：放线菌：土壤中有土壤中有2.04.4的放线菌能分解纤的放线菌能分解纤维素，如白色、灰色及红色链霉菌，分解能力较维素，如白色、灰色及红色链霉菌，分解能力较细菌和真菌弱。细菌和真菌弱。真菌：真菌：许多真菌具有很强的纤维素分解能力，如许多真菌具有很强的纤维素分解能力，如木霉、镰刀霉、青霉、曲霉及毛霉等。木霉、镰刀霉、青霉、曲霉及毛霉等。10微生物在环境物质循环中的作用3.纤维素酶所在部位纤维素酶所在部位v 细胞表面酶细胞表面酶：如细菌的纤维素酶：如细菌的纤维素酶v 细胞胞外酶细胞胞外酶：如真菌和放线菌的纤维素酶：如真菌和放线菌的纤维素酶11微生物在环境物质循环中的作用8.2.2 半纤维素的转化半纤维素的转化 半纤维素存在植物细胞壁中，由聚戊糖、半纤维素存在植物细胞壁中，由聚戊糖、聚己糖和聚糖醛酸组成。造纸废水和人造纤聚己糖和聚糖醛酸组成。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。维废水中含半纤维素。1.分解途径分解途径12微生物在环境物质循环中的作用2.分解半纤维素的微生物分解半纤维素的微生物 能分解纤维素的微生物大多能分解半纤维素，能分解纤维素的微生物大多能分解半纤维素，如芽孢杆菌、放线菌和霉菌。如芽孢杆菌、放线菌和霉菌。3.半纤维素酶半纤维素酶 胞外酶胞外酶13微生物在环境物质循环中的作用8.2.3 果胶质的转化果胶质的转化 果胶质存在于植物的细胞壁和细胞间质中。造纸果胶质存在于植物的细胞壁和细胞间质中。造纸废水、制麻废水中含有果胶质。天然果胶质不废水、制麻废水中含有果胶质。天然果胶质不溶于水，称为原果胶。溶于水，称为原果胶。1.果胶质水解过程果胶质水解过程 原果胶原果胶H2O 可溶性果胶聚戊糖可溶性果胶聚戊糖可溶性果胶可溶性果胶H2O 果胶酸甲醇果胶酸甲醇 果胶酸果胶酸H2O 半乳糖醛酸半乳糖醛酸 半乳糖醛酸半乳糖醛酸是以是以-1，4糖苷键连成的多糖糖苷键连成的多糖14微生物在环境物质循环中的作用2.水解产物的分解水解产物的分解水解产物：果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇水解产物：果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇好氧条件：好氧条件：CO2和和H2O厌氧条件：丁酸、乙酸、醇类、厌氧条件：丁酸、乙酸、醇类、CO2和和H23.分解果胶质的微生物分解果胶质的微生物细菌、放线菌和真菌细菌、放线菌和真菌好氧菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等好氧菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等厌氧菌：蚀果胶梭菌、费新尼亚浸麻梭菌厌氧菌：蚀果胶梭菌、费新尼亚浸麻梭菌真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等15微生物在环境物质循环中的作用 水浸法：水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。气微生物分解其中的果胶。露浸法：露浸法：把麻类物质堆置并保持一定把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。的湿度，利用好氧微生物分解果胶。4 4、果胶分解的应用、果胶分解的应用-麻类脱胶麻类脱胶16微生物在环境物质循环中的作用8.2.4 淀粉的转化淀粉的转化 (C6H10O5)1200淀粉主要来自植物，它是植物的重要贮藏物质。淀粉主要来自植物，它是植物的重要贮藏物质。淀粉厂废水、酒厂、印染废水、抗生素发酵废淀粉厂废水、酒厂、印染废水、抗生素发酵废水及生活污水等含有淀粉。水及生活污水等含有淀粉。淀粉的降解途径淀粉的降解途径123417微生物在环境物质循环中的作用降解淀粉的微生物降解淀粉的微生物途径途径中：枯草芽孢杆菌、根霉、曲霉中：枯草芽孢杆菌、根霉、曲霉途径途径中：根霉、曲霉、酵母菌中：根霉、曲霉、酵母菌途径途径中：丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、丁醇中：丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、丁醇梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌途径途径中：丁酸梭状芽孢杆菌中：丁酸梭状芽孢杆菌18微生物在环境物质循环中的作用参与催化淀粉降解的酶参与催化淀粉降解的酶(1)-(1)-淀粉酶淀粉酶 是一种内切酶，能够水解淀粉分子内部是一种内切酶，能够水解淀粉分子内部的的-1,4-1,4-糖苷键，其产物的构型均为糖苷键，其产物的构型均为-构型，故称构型，故称为为-淀粉酶。经过该酶的作用，淀粉液的粘度下降，淀粉酶。经过该酶的作用，淀粉液的粘度下降，因而又称为液化型淀粉酶。因而又称为液化型淀粉酶。(2)-(2)-淀粉酶淀粉酶 是一种外切酶，由于该酶的作用部位是是一种外切酶，由于该酶的作用部位是-位的糖苷键，故称为位的糖苷键，故称为-淀粉酶。淀粉酶。(3)(3)糖化淀粉酶糖化淀粉酶 作用产物有两种：如果被作用的底物作用产物有两种：如果被作用的底物是直链淀粉，则产物为葡萄糖（该酶由此得名）；如是直链淀粉，则产物为葡萄糖（该酶由此得名）；如果被水解的底物是支链淀粉，其产物是葡萄糖和带有果被水解的底物是支链淀粉，其产物是葡萄糖和带有-1,6-1,6-糖苷键的支链寡糖。糖苷键的支链寡糖。(4)(4)淀粉酶淀粉酶 作用于支链淀粉中直链和支链交接处的作用于支链淀粉中直链和支链交接处的-1,6-1,6-糖苷键。糖苷键。19微生物在环境物质循环中的作用8.2.5 脂肪的转化脂肪的转化v 脂脂(固态固态)：饱和脂肪酸甘油：饱和脂肪酸甘油v 油油(液态液态)：不饱和脂肪酸甘油：不饱和脂肪酸甘油v 饱和脂肪酸：硬脂酸、棕榈酸、丁酸、丙酸和饱和脂肪酸：硬脂酸、棕榈酸、丁酸、丙酸和乙酸乙酸v 不饱和脂肪酸：油酸、亚油酸和亚麻酸不饱和脂肪酸：油酸、亚油酸和亚麻酸v 毛纺厂废水、毛条厂废水、油脂厂废水、制革毛纺厂废水、毛条厂废水、油脂厂废水、制革废水中含有大量油脂。废水中含有大量油脂。20微生物在环境物质循环中的作用脂肪的水解 甘油的转化甘油的转化 脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 v1mol硬脂酸含硬脂酸含18个个C，需要经过，需要经过8次次氧化作氧化作用，全部降解为用，全部降解为9mol乙酰辅酶乙酰辅酶A，总共可产生，总共可产生147molATP。TCA循环21微生物在环境物质循环中的作用22微生物在环境物质循环中的作用8.2.6 木质素的转化木质素的转化 它很难降解！它很难降解！v 木质素是植物体的重要组分，含量仅次于纤维木质素是植物体的重要组分，含量仅次于纤维素和半纤维素。占植物干重的素和半纤维素。占植物干重的1520，木材，木材的木质素含量高达的木质素含量高达30左右。左右。v 木质素的结构是木质素的结构是以苯环为核心以苯环为核心带有丙烷支链的带有丙烷支链的一种或多种芳香族化合物经氧化缩和而成。一种或多种芳香族化合物经氧化缩和而成。v 造纸废水和人造纤维废水中含有木质素。造纸废水和人造纤维废水中含有木质素。v分解木质素的微生物：干朽菌、多孔菌、伞菌。分解木质素的微生物：干朽菌、多孔菌、伞菌。23微生物在环境物质循环中的作用Lignin Lignin 木质素木质素木质素木质素木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。分枝多聚物。24微生物在环境物质循环中的作用自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有疑似的只有软软腐菌。腐菌。黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一的一种，隶属于担子菌纲、同担种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分解后漏出白色白色的纤维素部分。*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木质素呢？解木质素呢？25微生物在环境物质循环中的作用8.2.7 烃类物质的转化烃类物质的转化 石油中含有烷烃石油中含有烷烃(30)、环烷烃、环烷烃(46)和芳香和芳香烃烃(28%)。1.烷烃的转化烷烃的转化 微生物：甲烷假单胞菌、分枝杆菌、头孢霉、青微生物：甲烷假单胞菌、分枝杆菌、头孢霉、青霉。霉。26微生物在环境物质循环中的作用2.芳香烃化合物的转化芳香烃化合物的转化 芳香烃有酚、间甲酚、邻苯二酚、苯、二甲苯、芳香烃有酚、间甲酚、邻苯二酚、苯、二甲苯、萘、菲、蒽等。炼油厂、煤气厂、焦化厂及化肥萘、菲、蒽等。炼油厂、煤气厂、焦化厂及化肥厂的废水中含有芳香烃。厂的废水中含有芳香烃。分解芳香烃的微生物：分解芳香烃的微生物：酚、苯：荧光假单胞菌、铜绿色假单胞菌、苯杆菌酚、苯：荧光假单胞菌、铜绿色假单胞菌、苯杆菌苯系物：甲苯杆菌苯系物：甲苯杆菌萘：铜绿色假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌萘：铜绿色假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌菲：菲杆菌、菲芽孢杆菌巴库变种等菲：菲杆菌、菲芽孢杆菌巴库变种等苯并苯并()芘：荧光假单胞菌、铜绿色假单胞菌、大芘：荧光假单胞菌、铜绿色假单胞菌、大肠埃希氏菌肠埃希氏菌27微生物在环境物质循环中的作用苯、萘、菲、蒽的代谢途径苯、萘、菲、蒽的代谢途径苯苯邻苯二酚邻苯二酚己二烯二酸己二烯二酸酮基己二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰辅酶琥珀酸乙酰辅酶ACO2H2O萘萘菲菲蒽蒽28微生物在环境物质循环中的作用 苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢苯的代谢苯的代谢苯的代谢29微生物在环境物质循环中的作用萘萘萘萘的的的的代代代代谢谢谢谢30微生物在环境物质循环中的作用菲的代谢菲的代谢菲的代谢菲的代谢31微生物在环境物质循环中的作用蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢32微生物在环境物质循环中的作用8.3 氮循环氮循环 氮的存在形态：分子氮、有机氮氮的存在形态：分子氮、有机氮（蛋白质等）、无机氮（蛋白质等）、无机氮（NH4+、NO3-等）等）33微生物在环境物质循环中的作用v氮循环包括氨化氮循环包括氨化作用、硝化作用、作用、硝化作用、反硝化作用、及反硝化作用、及固氮作用固氮作用。vLead line of N cycle?34微生物在环境物质循环中的作用碳循环碳循环35微生物在环境物质循环中的作用8.3.1 蛋白质水解与氨基酸转化蛋白质水解与氨基酸转化1.1.蛋白质水解蛋白质水解(Hydrolization)(Hydrolization)蛋白质蛋白质胨胨肽肽氨基酸氨基酸分解蛋白质的微生物分解蛋白质的微生物好好氧氧细细菌菌：枯枯草草芽芽孢孢杆杆菌菌、巨巨大大芽芽孢孢杆杆菌菌、蕈蕈状状芽芽孢孢杆杆菌等菌等兼性厌氧菌：兼性厌氧菌：变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌厌氧菌：厌氧菌：腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌致病菌：致病菌：链球菌、葡萄球菌链球菌、葡萄球菌真菌：真菌：曲霉、毛霉、木霉曲霉、毛霉、木霉放线菌：放线菌：链霉菌链霉菌含氮有机物有：含氮有机物有：蛋白质、氨基酸蛋白质、氨基酸、尿素、尿素、胺、腈化物、硝基化合物等。胺、腈化物、硝基化合物等。36微生物在环境物质循环中的作用2.氨基酸的转化氨基酸的转化(氨化作用氨化作用 Ammonification)Ammonification)(1)(1)脱氨作用脱氨作用：有机氮化合物在氨化微生物的脱：有机氮化合物在氨化微生物的脱氨基作用氨基作用(Deamination)(Deamination)下产生氨的过程称为下产生氨的过程称为氨化作用氨化作用(Ammonifier)(Ammonifier)。v 氧化脱氨氧化脱氨v还原脱氨还原脱氨 37微生物在环境物质循环中的作用斯提克兰反应：斯提克兰反应：生芽孢杆菌对糖的代谢能力差，生芽孢杆菌对糖的代谢能力差，只能以一种氨基酸作为供氢体，以另一种氨基只能以一种氨基酸作为供氢体，以另一种氨基酸作为受氢体进行氧化还原反应，从而得到能酸作为受氢体进行氧化还原反应，从而得到能量的现象。量的现象。丙氨酸丙氨酸甘氨酸甘氨酸乙酸乙酸38微生物在环境物质循环中的作用v 水解脱氨水解脱氨v 减饱和脱氨减饱和脱氨(2)脱羧作用脱羧作用 39微生物在环境物质循环中的作用氨化细菌氨化细菌 参与氨化作用的细菌参与氨化作用的细菌好氧性：荧光假单胞菌、好氧性：荧光假单胞菌、灵灵 杆菌杆菌 厌氧性：腐败梭菌厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌。兼性菌：变形杆菌。40微生物在环境物质循环中的作用8.3.2 尿素的氨化尿素的氨化v用酚红可检验此反应，呈红色说明有氨产生。用酚红可检验此反应，呈红色说明有氨产生。v 分解尿素的微生物：尿八叠球菌、尿小球菌等。分解尿素的微生物：尿八叠球菌、尿小球菌等。v 尿素分解时不放出能量，故不能作为能源，尿素分解时不放出能量，故不能作为能源，只只能作为氮源能作为氮源。尿素酶尿素酶自自行行分分解解41微生物在环境物质循环中的作用8.3.3 硝化作用硝化作用(Nitrification)在在有氧有氧条件下，氨经条件下，氨经亚硝酸菌和硝酸菌亚硝酸菌和硝酸菌(Nitrite bacteria and Nitrate bacteria)的作用的作用转化为硝酸的过程。转化为硝酸的过程。微生物：微生物：硝化细菌硝化细菌，G，为为好氧自养好氧自养菌，适宜菌，适宜在在中性和偏碱性环境中性和偏碱性环境中生长，中生长，不需要有机营养不需要有机营养。2NH33O22HNO22H2O619kJ2HNO2 3O22HNO3201kJTotal:NH4+2O22H+NO3-H2O 201kJ42微生物在环境物质循环中的作用43微生物在环境物质循环中的作用硝化作用的分析：硝化作用的分析：v 硝化细菌硝化细菌严格好氧严格好氧，曝气池，曝气池DO应在应在2-3mg/L；v1g氨氮完全硝化氨氮完全硝化耗氧耗氧4.57g（NOD）；）；v1g氨氮完全硝化氨氮完全硝化消耗消耗7.14g碳酸盐碱度，硝化细碳酸盐碱度，硝化细菌对菌对pH十分敏感，应保证污水中足够碱度；十分敏感，应保证污水中足够碱度；v硝化细菌为硝化细菌为化能自养化能自养菌，应控制硝化池菌，应控制硝化池BOD5小小于于80mg/L（否则异养菌占优势）；（否则异养菌占优势）；v硝化细菌硝化细菌世代时间长世代时间长，一般为几天，平均，一般为几天，平均3.3天，天，因此，污泥龄应较长。因此，污泥龄应较长。44微生物在环境物质循环中的作用8.3.4 反硝化作用反硝化作用(Denitrification)硝酸盐在硝酸盐在缺氧缺氧时，在兼性厌氧的反硝化细菌时，在兼性厌氧的反硝化细菌（硝酸盐还原菌）作用下，还原为亚硝酸盐和（硝酸盐还原菌）作用下，还原为亚硝酸盐和氮气的过程。氮气的过程。反应式反应式:2NO3-10H+2OH-N24H2O反硝化作用的危害反硝化作用的危害（农业上）（农业上）会使土壤肥力降低；会使土壤肥力降低；（污水处理）影响二沉池的出水水质；（污水处理）影响二沉池的出水水质；（水体中）产生致癌物质亚硝酸胺，危害（水体中）产生致癌物质亚硝酸胺，危害人体健康。人体健康。45微生物在环境物质循环中的作用反硝化作用的三种结果反硝化作用的三种结果 硝酸盐硝酸盐氨氨氨基酸、蛋白质及其它含氮物质；氨基酸、蛋白质及其它含氮物质；（同化反硝化）（同化反硝化）硝酸盐硝酸盐氮气；（异化反硝化）氮气；（异化反硝化）硝酸盐硝酸盐亚硝酸。亚硝酸。（异化反硝化）（异化反硝化）类型类型 含有反硝化细菌种的一些属含有反硝化细菌种的一些属有机营养型有机营养型 假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、盐杆菌属、慢生根瘤菌属盐杆菌属、慢生根瘤菌属 化能无机营养型化能无机营养型 硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属 光能营养型光能营养型 红假单胞菌属红假单胞菌属 混合型混合型 副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属46微生物在环境物质循环中的作用反硝化作用的分析：反硝化作用的分析：v发生条件发生条件：(亚亚)硝酸盐与有机物同时存在；低硝酸盐与有机物同时存在；低DOv反硝化细菌反硝化细菌兼性厌氧兼性厌氧，曝气池，曝气池DO应应35；v1g硝酸盐氮完全反硝化硝酸盐氮完全反硝化产生产生3.75g碳酸盐碱度；碳酸盐碱度；v反硝化类型：反硝化类型：同化反硝化：同化反硝化：NO3-NO2-NH2OH 有机体有机体异化反硝化：异化反硝化：NO3-NO2-N2O N2内源反硝化：内源反硝化：NO3-C5H7NO2N2CO2NH3-OH-v因此，污水缺乏有机物时容易导致内源反硝化，使细因此，污水缺乏有机物时容易导致内源反硝化，使细胞物质减少。胞物质减少。47微生物在环境物质循环中的作用8.3.5 固氮作用固氮作用 在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成有机氮化合物的过程。氮转化为氨，进而合成有机氮化合物的过程。固氮的基本反应式固氮的基本反应式固氮微生物：根瘤菌、圆褐固氮菌、光合细菌等。固氮微生物：根瘤菌、圆褐固氮菌、光合细菌等。N26e6HnATP2NH3nADPnPi 48微生物在环境物质循环中的作用固氮作用分类：固氮作用分类：(1)自生固氮自生固氮 自生固氮微生物可以在环境中自由生活，能独立进行固自生固氮微生物可以在环境中自由生活，能独立进行固氮作用。在固氮酶的参与下，将分子氮固定成氨，但并不氮作用。在固氮酶的参与下，将分子氮固定成氨，但并不释放到环境中去，而是合成氨基酸，组成自身蛋白质。只释放到环境中去，而是合成氨基酸，组成自身蛋白质。只有在死亡后，机体被分解才会向环境释放氨。如拜氏菌属、有在死亡后，机体被分解才会向环境释放氨。如拜氏菌属、光合细菌等。光合细菌等。(2)共生固氮共生固氮 共生固氮微生物只有在与其它生物紧密生活在一起的共生固氮微生物只有在与其它生物紧密生活在一起的情况下，才能固氮或才能有效地固氮。固氮效率高。如根情况下，才能固氮或才能有效地固氮。固氮效率高。如根瘤菌。瘤菌。(3)联合固氮联合固氮 固氮微生物仅存在于植物的根际，并不侵入根毛生成固氮微生物仅存在于植物的根际，并不侵入根毛生成根瘤，固氮效率较高。如雀稗固氮菌。根瘤，固氮效率较高。如雀稗固氮菌。49微生物在环境物质循环中的作用蛋白质的转化降解机理蛋白质的转化降解机理反硝化反硝化N250微生物在环境物质循环中的作用氰氰化化物物、乙乙腈腈、丙丙腈腈、正正丁丁腈腈、丙丙烯烯腈腈等等腈腈类类化化合合物物及及硝硝基化合物基化合物 水中来源：水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危危 害：害：生物毒害生物毒害、环境积累、环境积累细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌真真 菌菌氧氧化化性性酵酵母母菌菌和和霉霉菌菌中中的的赤赤霉霉菌菌(茄茄科科病病镰镰刀刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 A A降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物8.3.6 其它含氮物质的转化其它含氮物质的转化51微生物在环境物质循环中的作用B B降解机理降解机理降解机理降解机理a.氰化物氰化物5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3b.有机腈有机腈52微生物在环境物质循环中的作用污、废水污、废水 深度处理深度处理脱氮脱氮的微生物学原理的微生物学原理53微生物在环境物质循环中的作用8.4 硫循环硫循环 硫的存在形态：单质硫、有机硫、硫的存在形态：单质硫、有机硫、无机硫无机硫54微生物在环境物质循环中的作用水生环境中的硫素循环水生环境中的硫素循环56微生物在环境物质循环中的作用8.4.1 含硫有机化合物的转化含硫有机化合物的转化v含硫有机物主要是蛋白组成中的含硫氨基酸。含硫有机物主要是蛋白组成中的含硫氨基酸。v 含硫有机物含硫有机物有氧条件下，最终产物为有氧条件下，最终产物为SO42；缺氧条件下，为缺氧条件下，为H2S和硫醇。和硫醇。v 氨化微生物都能分解含硫有机物。氨化微生物都能分解含硫有机物。57微生物在环境物质循环中的作用8.4.2 无机硫的转化无机硫的转化1.硫化作用硫化作用 在有氧条件下，通过硫细菌的在有氧条件下，通过硫细菌的作用将作用将还原态无机硫氧化为硫酸还原态无机硫氧化为硫酸的过程。的过程。硫化硫化细菌和硫磺细菌细菌和硫磺细菌参与硫化作用。参与硫化作用。(1)硫化细菌硫化细菌 归属硫杆菌属，归属硫杆菌属，G，从，从氧化硫化氢、氧化硫化氢、元素硫、硫代硫酸盐等中获得能量元素硫、硫代硫酸盐等中获得能量，产生硫酸，同化，产生硫酸，同化二氧化碳合成有机物。多数在细胞外积累硫，有些也二氧化碳合成有机物。多数在细胞外积累硫，有些也在细胞内积累硫。广泛分布于土壤、淡水、海水、矿在细胞内积累硫。广泛分布于土壤、淡水、海水、矿山排水中。生长最适温度山排水中。生长最适温度2830，在偏酸性环境中，在偏酸性环境中生活。氧化硫为硫酸，可生活。氧化硫为硫酸，可使环境使环境pH下降下降至至2以下，同以下，同时产生能量。时产生能量。58微生物在环境物质循环中的作用 氧氧化化硫硫硫硫杆杆菌菌 氧氧化化元元素素硫硫能能力力强强、迅迅速速，专性自养菌专性自养菌。氧氧化化亚亚铁铁硫硫杆杆菌菌 可可氧氧化化硫硫酸酸亚亚铁铁、硫硫代代硫酸盐同时获得能量硫酸盐同时获得能量2S3O22H2O2H2SO4能量能量Na2S2O32O2H2ONa2SO4H2SO4能量能量2H2S+O22H2O+2S能量能量4FeSO4O2H2SO42Fe2(SO4)32H2O59微生物在环境物质循环中的作用(2)硫硫磺磺细细菌菌 指指将将硫硫化化氢氢氧氧化化为为硫硫，并并将将硫硫粒粒积积累累在在细细胞胞内内的的细细菌菌。包包括括丝丝状状硫硫磺磺细细菌菌和和光光能自养的硫细菌。能自养的硫细菌。丝丝状状硫硫磺磺细细菌菌 有有贝贝日日阿阿托托氏氏菌菌属属、透透明明颤颤菌菌属属、辫辫硫硫菌菌属属、亮亮发发菌菌属属和和发发硫硫菌菌属属等等。当当环环境境中中缺缺乏乏硫硫化化氢氢时时，就就将将积积累累的的硫硫粒粒氧氧化化为为硫硫酸，从中获得能量。均为酸，从中获得能量。均为G。当当曝曝气气池池DO在在1mg/L以以下下时时，硫硫化化物物含含量量较较多多，贝贝日日阿阿托托氏氏菌菌和和发发硫硫菌菌过过度度生生长长引引起起活活性性污泥丝状膨胀。污泥丝状膨胀。光光能能自自养养硫硫细细菌菌 含含细细菌菌叶叶绿绿素素，在在光光照照下下，将将硫硫化化氢氢氧氧化化为为元元素素硫硫，在在体体内内或或体体外外积积累累硫硫粒。粒。60微生物在环境物质循环中的作用2.反硫化作用反硫化作用 指土壤淹水、河流、湖泊等水体指土壤淹水、河流、湖泊等水体缺氧缺氧时，硫时，硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐在微生物的还原作用下，形成硫化氢的过程，也微生物的还原作用下，形成硫化氢的过程，也叫硫酸盐还原作用。叫硫酸盐还原作用。反硫化作用的危害：腐蚀水管、码头的钢桩反硫化作用的危害：腐蚀水管、码头的钢桩C6H12O63H2SO46CO26H2O3H2S能量2CH3CHOHCOOHH2SO42CH3COOH2CO2H2S2H2O61微生物在环境物质循环中的作用8.5 磷循环磷循环 62微生物在环境物质循环中的作用磷循环磷循环磷的生物地球化学循环包括磷的生物地球化学循环包括三种基本三种基本过程：过程：有机磷转化成溶解性无机磷有机磷转化成溶解性无机磷(有机磷矿化有机磷矿化)，不溶性无机磷变成不溶性无机磷变成溶解性无机磷溶解性无机磷(磷的有效化磷的有效化)，溶解溶解性无机磷变成有机磷性无机磷变成有机磷(磷的同化磷的同化)。微生物参与磷循环的所有过程，但在微生物参与磷循环的所有过程，但在这些过程中，这些过程中，微生物不改变磷的价态，微生物不改变磷的价态，因此微生物所推动的磷循环可看成是因此微生物所推动的磷循环可看成是一种转化。一种转化。63微生物在环境物质循环中的作用8.5.1 含磷有机物的转化含磷有机物的转化1.核酸核酸核核酸酸核核苷苷酸酸(磷磷酸酸)核核苷苷(核核糖糖)嘧嘧啶啶(或嘌呤或嘌呤)氨氨2.磷脂磷脂卵卵磷磷脂脂是是含含胆胆碱碱的的磷磷酸酸脂脂，可可被被微微生生物物卵卵磷磷脂脂酶酶水水解解为为甘甘油油、脂脂肪肪酸酸、磷磷酸酸和和胆胆碱碱。胆胆碱碱可可再再分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。分解为氨、二氧化碳、有机酸和醇。3.植素植素植植素素是是由由植植酸酸和和钙钙、镁镁结结合合而而成成的的盐盐类类。植植素素在在土土壤壤中中分分解解很很慢慢，经经微微生生物物的的植植酸酸酶酶分分解解为为磷磷酸和二氧化碳。酸和二氧化碳。64微生物在环境物质循环中的作用8.5.2 无机磷化合物的转化无机磷化合物的转化不溶性不溶性磷酸盐磷酸盐磷酸或磷酸或可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐产酸微生物产酸微生物与与Mn结合结合磷酸盐磷酸盐PH3厌氧厌氧65微生物在环境物质循环中的作用污、废水污、废水 深度处理深度处理除磷除磷的微生物学原理的微生物学原理66微生物在环境物质循环中的作用污、废水污、废水 深度处理深度处理同步同步脱氮除磷的微生物学原理脱氮除磷的微生物学原理67微生物在环境物质循环中的作用1.堵塞管道堵塞管道2.酸性矿水的污染酸性矿水的污染3.对生活饮用水的危害对生活饮用水的危害8.6 铁锰的循环铁锰的循环 本节自学本节自学68微生物在环境物质循环中的作用酸性矿水形成机制酸性矿水形成机制2FeS27O22H2O2FeSO42H2SO4通过FeS2的自然化学氧化产生FeSO4和H2SO44FeSO42H2SO4O22Fe2(SO4)32H2O在铁氧化细菌作用下，使Fe2+Fe3+FeS2 7Fe2(SO4)38H2O 15FeSO4 8H2SO42SFe2(SO4)3与黄铁矿继续作用产生更多的H2SO4，并析出S2S3O22H2O2H2SO4元素S在氧化硫硫杆菌的作用下生产硫酸69微生物在环境物质循环中的作用