生物圈的繁荣发展

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。,地球进化可分为：化学进化和生物学进化两个阶段。,原始地球大气的组成气体：水、氨、甲烷、硫化氢等。原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生原始生命的摇篮,第三节 微生物与自然界物质循环,1,地球的进化,化学进化：,由无机小分子生成有机小分子物质,由有机小分子物质形成生物大分子物质,由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系，并进一步演变为原始生命,生物进化,单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者）的生态系统。原始汤中的生物为异养、厌氧、发酵代谢,双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。,三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极生态系统。即出现了食物链。,2,水体食物链（一个三极生态系统）,消费者,分解者,生产者,大鱼,小鱼,虾类,浮游动物,真菌细菌,真菌细菌,3,物质循环包括两方面：生物合成：无机物有机质化。分解作用：有机物矿化,4,大气中的CO,2,（0.032%）周转利用最快。大气中的CO,2,只够绿色植物约20年使用。,微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡循环中。地球上约90%的CO,2,是由微生物分解作用形成的。,微生物的分解作用：光合作用固定的CO,2,中大部分以聚糖形式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。,一、碳素循环,5,碳、氢、氧元素在自然界中的循环,醇+有机酸,H,2,+CO,2,CH,4,甲烷产生作用,化石燃料,CO,2,+H,2,O,O,2,+“CH,2,O”,有氧条件下,无氧条件下,呼吸作用,光合作用,发酵作用,6,微生物在碳素循环中的作用,真菌：青霉、曲霉、毛霉、木霉等。放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、诺卡氏菌属等。,7,分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分解纤维素的能力最强，包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。,分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有己糖、戊糖，糖醛酸等。,分解纤维素的微生物,8,二、氮素循环,氮元素的自然形态：铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物、氮气。,（一）生物固氮,据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达2.4,10,8,吨，其中60由陆生固氮生物完成，40由海洋固氮生物完成。,根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。,9,（二）硝化作用（nitrification）,定义：氨态氮经消化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。,过程：两阶段（1）氨亚硝酸，由亚硝化细菌（化能自养菌）参与；（2）亚硝酸硝酸。由硝化细菌（化能自养菌）参与，意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,（三）同化性硝酸盐还原作用（assimilatory nitrate reduction）,定义：绿色植物和微生物在利用硝酸盐的过程中，硝酸盐被重新还原成,NH,4,+,后再被利用于合成各种含氮有机物的过程。,10,（四）氨化作用(ammonnification）,定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。,含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等,分解蛋白质的微生物种类：,Pseudomonas,fluorescens,（荧光假单胞菌），,Bacillus,megaterium,（巨大芽孢杆菌），,B.,subtilis,和,B.,mycoides,（蕈状芽孢杆菌），,Clostridium,putrificum,（腐败梭菌）。,分解尿素的细菌如,Sporosarcina,ureae,（脲芽孢八叠球菌）和,Bacillus,pasteurii,（巴氏芽孢杆菌）。,分解几丁质的细菌如,Bacterium,chitinophilum,（嗜几丁杆菌）和,Chromobacterium,chitinochroma,（几丁色色杆菌）等。,意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,11,（五）铵盐同化作用（assimilation of ammonium）,所有绿色植物和微生物进行的以铵盐作为营养，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物的作用。,（六）异化性硝酸盐还原作用,（dissimilatory nitrate reduction）,定义：硝酸离子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的反应。,菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。,12,定义：由硝酸盐还原成NO,2,并进一步还原成N,2,的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N,2,的过程。,条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）,菌种：少数异养和化能自养菌。如：Bacillus lichenoformis（地衣芽孢杆菌）、Paracoccus denitrificans（脱氮副球菌）、,Pseudomonas aeruginosa,（铜绿假单胞菌）、,Ps.stutzeri,（施氏假单胞菌）、,Thiobacillus denitrificans,（脱氮硫杆菌）以及,Spirillum,（螺菌属）和,Moraxella,（莫拉氏菌属）等。,意义：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。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,（七）反硝化作用（脱氮作用，denitrification）,13,定义：亚硝酸通过异化性还原可以经羟胺转变成氨，叫做亚硝酸的氨化作用。,菌种：,Aeromonas,（气单胞菌属）、,Bacillus,（芽孢杆菌属）、,Enterobacter,（肠杆菌属）、,Flavobacterium,（黄杆菌属）、,Nocardia,（诺卡氏菌属）、,Vibrio,（弧菌属）和,Staphylococcus,（葡萄球菌属）等。,（八）亚硝酸氨化作用,14,三、硫素循环与细菌沥滤,SO,4,2,S,H,2,S,生物体有机硫,5.异化性硫酸盐还原,1.同化性硫酸盐还原,2.脱硫,作用,4.硫氧,化作用,（2）,3.硫氧化作用（1）,6.,异化性硫还原,（一）硫素循环（sulfur cycle）,1 同化性硫酸盐还原作用,硫酸盐经还原后，最终以巯基形式固定在蛋白质等成分中。可由植物和微生物引起。,2 脱硫作用,在无氧条件下，通过一些腐败微生物的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中的硫分解成H,2,S等含硫气体的作用。,15,（二）细菌沥滤,也称细菌冶金，主要有三步：,1.溶矿：硫酸铜溶出,2.置换：用铁屑置换铜,3.再生浸矿剂：Fe,2+,Fe,3+,（3）硫化作用（硫氧化）,H,2,S或S,0,被微生物氧化成硫或硫酸的作用。如“贝日阿托氏菌属”,（4）异化性硫酸盐还原作用,硫酸作为厌氧菌呼吸链的末端电子受体而被还原为亚硫酸或H,2,S的作用。,（5）异化性硫还原作用,硫还原为H,2,S的作用，如Desulfuromonas（脱硫单胞菌属）,16,不溶性无机磷的可溶化,能溶解土壤中的磷酸钙或磷灰石的微生物较多。靠产酸作用促进磷酸钙溶解。如硝化细菌和硫化细菌。,可溶性无机磷的有机化,水体中的可溶性磷酸盐浓度过大造成水体富营养化，进而严重污染水源。,有机磷的矿化,有机磷的存在形式：植酸盐、核酸和磷脂等，能分解这些物质的微生物有蜡状、蕈状、多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌等。,生物体,有机磷,磷酸或可溶性磷酸盐,不溶性磷酸盐,产酸微生物的作用或磷肥生产,与土壤中的盐基结合,植被与微生物的吸收同化,微生物的分解作用,四、磷素循环,17,请多提宝贵意见,18,