微生物在氮循环中的作用.docVIP

1998 年 10 月 第 4 期 松辽学刊 (自然科学版) So ngliao Jo ur nal ( Nat ural Science Editio n) №14 Oct . 微生物在氮循环中的作用 李 霞 (四平师范学院 四平 136000) 摘 要 本文报道了微生物在氮循环中的作用 ,论述微生物的硝化作用和反硝化作用 ,介绍 了硝化作用的机理 1 关键词 微生物 硝化作用 反硝化作用 微生物在自然界中大量存在 ,广泛分布 1 它们当中有能将无机物转变成有机物 ,而有 些却能分解有机物成无机物 1 自然界中正因为有微生物的存在而保持了物质的平衡 ,其 中微生物的硝化作用和反硝化作用 ,在自然界氮循环中起着重要作用 1 反硝化作用 凡能直接引起硝酸还原为 N2 的细菌称为反硝化细菌 1 反硝化作用是指在土壤中 , 由于微生物的作用 ,使硝酸还原为分子态氮的过程 1 反硝化细菌的种类很多 ,重要的有 , 脱氮微球菌 ( Microco ccus denit rificans) 、脱氮假单胞菌 ( Pscudo mo nas denitificans) 、脱氮色 杆菌 ( Chro mo bacterium denit rificans) 、紫色色杆菌 ( Chro mo bacterium violaceun) 、荧光假单 胞菌 ( Pseudo mo ns fluo rescens) 、伊氏螺菌 ( Spirillum Herso nii) 等 1 这些菌在有氧情况下 ,进 1 行有氧呼吸 ,以氧为最终电子受体 ,没有反硝化作用 1 但在缺氧条件下 ,则可以 No2 为最 3 终电子受体 ,并能将 No2 还原为 No2 、最终还原为 N ,使土壤中的氮素遭受到损失 1 所以 3 2 2 说 ,反硝化细菌属于兼性厌氧微生物类群 ,在有氧和无氧条件下均能生长 ,这是由于在菌 内 ,具两套酶系统 ,在不同的外界条件下 ,不同的酶系统发挥作用的结果 1 反硝化作用是造成土壤中氮素流失的重要原因之一 1 在通气情况不好时 ,反硝化作 用旺盛 ,大量的硝酸盐被还原为游离的氮气挥发至空中 ,并且在还原过程中形成 N2 O 会 污染大气 1 因此需要设法防止反硝化作用 1 但是从自然界氮循环上来说 ,它又是不可缺 少的一环 ,如果没有反硝化作用 ,大气中氮气就会减少 ,而 NO2 大量溶于水 ,随水流失 ,造 3 成在海洋中的积累 ,从而使氮循环中断 ,这样的后果将是难以想象的 1 硝化作用 2 211 硝化作用的含义 在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下 ,氨被氧化成硝酸的过程称为细菌的硝化作用 1 至今仍未发现有一类菌能直接把氨转化为硝酸 ,而是必须通过两类菌的共同作用 ,才能完 收稿日期 :1997 - 12 - 15 亚硝酸细菌 第一阶段 ,在亚硝化细菌的作用下 , 氨被氧化成亚硝酸 , 即 2N H3 + 3O2 3 HNO2 + 3 H2 O 这类茵的形态多样 ,包括有亚硝化单胞菌属 ( Nit ro so mo no s) ,亚硝化球菌 属 ( Nit ro sococcus) ,亚硝化螺菌属 ( Nit ro so spira) ,亚硝化叶菌属 ( Nit ro soLo bus) 等等 1 第二阶段 ,在硝化细菌作用下 ,亚硝酸被氧化为硝酸 ,即 硝化细菌 3 HNO2 + O2 3 HNO3 这类菌的形态也多样 ,包括有硝化杆菌属 ( Nit ro bacter) ,硝化球菌属 ( Nit rococcus) ,硝 化囊菌属 ( Nit rocystis) 等等 1 在土壤中亚硝化细菌和硝化细菌常常相伴生长 1 前者的代谢产物亚硝酸 ,是后者生 长所必需的营养物质 1 我们知道 ,亚硝酸对生物是有害的 ,亚硝酸与一些金属离子可形成 亚硝酸盐 ,而亚硝酸盐又可和胺类物质形成具有强烈致癌作用的亚硝胺 1 相反 ,亚硝酸转 变成硝酸后 ,在土壤中极易形成硝酸盐 ,而成为可被植物利用的营养物质 1 科学家们发 现 ,土壤中一般没有亚硝酸的积累 ,那是因为在通常情况下 ,硝化细菌的活性比较强的缘 故 1 212 亚硝化细菌和硝化细菌的特点 两类菌虽然形态多样 ,但均属革兰氏染色阴性菌 ,在它们生长周期中均不形成芽孢 1 它们分布虽广 ,但生长缓慢 ,平均繁殖一代需 10 小时以上 1 这些菌的细胞菌结构较复杂 , 大多数均有复杂的膜内褶结构 (即细胞膜向细胞质内陷形成片层状 ,囊泡状或管状结构) 1 有人认为 ,这种结构可能起着增大膜面积 、增多呼吸活性中心的作用 1 因为这两类菌的生长均严格需氧 ,无氧则不能生活 ,故称为好气性微生物 1 又因为它 们在生长过程中不需要有机物 ,只需无机物 (如氨或亚硝