微生物在碳素循环中的作用.ppt

一、碳素循环 二、氮素循环 三、硫素循环 四、其它元素的微生物转化 自然界能量与物质循环 生物合成 （环境物质转化为生物体）无机—有机 生物分解 （生物有机体转化为环境物质） 有机—无机 植物(为主）、无机营养型微生物（海洋） 微生物（为主）、燃烧或动植物呼吸作用 大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2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，从而使生物体处于一种良好的碳平衡循环中。地球上约90%的CO2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CO2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 CO2+H2O 化石燃料 呼吸作用 O2 +“CH2O” 醇，有机酸，H2+CO2 CH4 光合作用 发酵作用 有氧环境 无氧环境 碳、氢、氧元素在自然界中的循环 碳循环以CO2为中心，光合作用 → 植物性碳 → 动物性碳 → 微生物分解→CO2 水环境中： CO2产甲烷菌 甲烷甲烷氧化菌 CO2? 碳素循环 光合作用藻类、绿色植物、蓝细菌 （CH2O）n有机化合物 呼吸作用动植物及微生物 需氧 厌氧 CO2 厌氧呼吸、发酵厌氧微生物，包括光合细菌 有机化合物 （CH2O）n 光合细菌 沉积作用 产甲烷细菌 甲基化合物 甲烷氧化细菌 CH4 二、氮素循环 大气N2 生物体有机氮 NH4+ NO3- NO2- NO N2O NH2OH NH4+ ②硝化作用 ③硝酸盐同化作用 ⑤铵盐同化作用 ①生物固氮 ⑥异化性硝酸盐还原作用 ⑦反硝化作用 ⑧亚硝酸氨化作用 ②硝化作用 ④氨化作用 氮素在自然界的循环（红箭头表示微生物与植物的共同作用；黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节） 自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，而微生物是整个氮素循环的中心。 氮元素的自然形态： （1）铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐 （2）有机含氮物 （3）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1.7?108吨，其中草原3.5 ?107吨，林地4.0 ?108吨，海洋3.6 ?108吨，其它土壤0.6 ?108吨。 根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。 二、氮素循环 (二)硝化作用 （三）硝酸盐同化作用 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NH4+后再被利用于合成各种含氮有机物，这就是硝酸盐的同化作用。 定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸 态氮的过程。 过程：两阶段—— （1）由亚硝化细菌参与，铵→亚硝酸； （2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。 意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。 （四）氨化作用 定义：含氮有机物竟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），Proteus vulgaris（普通变形杆菌），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。 （五）铵盐同化作用 （六）异化性硝酸盐还原作用 定义：硝酸粒子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的 反应。有时亚硝酸可进一步通过亚硝酸铵化作用而产生 氨或进一步通过反硝化作用（denitrification）产生氮 气、NO或N2O。 菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。 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。 定义：由硝酸盐还原成NO2–并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2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 licheno