(环境工程微生物学)13物质循环.ppt

第八章  微生物在物质循环中的作用 第一节  碳素循环 第二节  氮循环 第三节  硫素循环 第四节  磷素循环 第五节  铁、锰循环 磷的重要性 难溶的磷酸钙通过各种酸的作用，形成溶解性的磷酸盐。 被植物吸收利用 厌氧下被还原形成PH3。 * 碳是物质结构的骨架物质，主要形态为无机碳、有机碳 绿色植物和光合微生物的光合作用进行固定CO2，合成有机碳； 植物和微生物的呼吸作用产生能量，释放CO2 anaerobic CO2 (CH2O)n 醇、有机酸、 CO2 CH4 光合作用 发酵作用 呼吸作用 碳在生物圈中的总体循环 aerobic anaerobic 1．纤维素的转化 β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。 A．微生物分解途径 纤维素的转化 多糖类物质，含有1400~10000个葡萄糖基 参与的微生物有细菌、放线菌、真菌（霉菌） 好氧过程→纤维素酶的水解为葡萄糖→TCA 厌氧过程→发酵为葡萄糖→丙酮丁醇发酵 →丁酸发酵 纤维素的转化 纤维素酶 细菌的纤维素酶属于细胞膜的表面结合酶 真菌、放线菌属于胞外酶，可以分离得到 淀粉的转化 多糖类物质，含有1200左右个葡萄糖基，分为直链和支链。 参与的微生物有枯草芽孢杆菌、根霉、曲霉、酵母菌、梭状芽孢杆菌 淀粉的转化 好氧过程→糊精酶、麦芽糖苷酶的水解为单糖→TCA（枯草芽孢杆菌） →乙醇发酵→乙醇（根霉、曲霉） 厌氧过程→发酵为葡萄糖→丙酮丁醇发酵 →丁酸发酵 为相应的梭状芽孢杆菌 脂肪的转化 饱和脂肪酸→脂 甘油 + 不饱和脂肪酸→油 脂肪的转化 脂肪→甘油+高级脂肪酸（脂肪酶的作用） 脂肪酸的β-氧化，共产生147molATP 甘油→TCA 脂肪酸的β-氧化 路程： 能量产生情况： 蛋白质的水解 蛋白质→胨→肽→氨基酸 氨基酸的转化→脱氨基作用→硝化、反硝化 →脱羧基作用 脱氨基方式 氧化 水解 还原 脱水 氧化还原 硝化（两步）过程 NO2-氧化菌 氨氧化菌 硝化微生物的特点 多数属专性化能无机营养菌 生长缓慢，平均代时在10h以上 属专性好氧菌 反硝化过程—Denitrification 同化反硝化作用—— 以硝态氮为氮源，将硝酸盐转化为氨氮，进而合成构成蛋白质的氨基酸等生物大分子过程。 异化性反硝化作用—— 即通常意义上的反硝化，指由硝酸盐还原为亚硝酸盐，进而逐步还原为氮气的过程 固氮作用 固氮微生物在固氮酶的作用下，将分子氮转变为有机氮化合物的过程。 常见的微生物有根瘤菌、各种固氮菌（好氧呼吸作用） 光合细菌的固氮（厌氧发酵作用） 藻类的异形胞固氮 固氮作用 固氮微生物在固氮酶的作用下，将分子氮转变为有机氮化合物的过程。 常见的微生物有根瘤菌、各种固氮菌（好氧呼吸作用） 光合细菌的固氮（厌氧发酵作用） 藻类的异形胞固氮 有机硫的转化 含硫的蛋白质，蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸 脱硫作用 还原— SRB 氧化— 硫细菌 (化能、光能) 无机硫的转化 1、硫化作用 好氧条件下，通过硫细菌将硫化氢氧化为元素硫，进而氧化为硫酸的过程。 硫化细菌：氧化硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌 硫磺细菌：丝状硫磺细菌、光能自养硫细菌 无机硫的转化 2、反硫化作用（硫酸盐还原作用） 无氧呼吸 硫酸盐存在，在无氧条件下产生硫化氢，进而产生硫酸，腐蚀管道 防腐，提高氧化还原电位 磷的存在形式—— 溶解性和颗粒状 正磷酸盐、有机磷酸盐、聚合磷酸盐 磷的来源—— 动物排泄物、洗涤剂、工业废水 磷的重要性 生物细胞的重要组成成分：核酸 （RNA和DNA磷含量10%~12%） 能量贮存与传递的载体（ATP） （ATP → ADP + 7.4kcal） 磷脂 *