微生物在环境物质循环中的作用1

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1、第6章微生物在环境物质循环中的作用第一节碳素生物循环一、微生物分解有机物的一般途径（一）复杂有机物分解为简单有机物胞外酶（二）简单有机物的有氧分解1．完全氧化：好氧和兼性厌氧微生物在氧气充足时的彻底氧化2．不完全氧化：好氧和兼性厌氧微生物在氧气供应不足时的不彻底氧化（三）简单有机物的无氧分解及甲烷的生成厌氧和兼性厌氧菌的发酵或无氧呼吸（四）微生物分解有机物的总图式复杂有机物简单有机物好氧微生物厌氧微生物CO2＋H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有机酸、醇、酮、醛等未完全氧化产物二、微生物分解纤维素（

2、一）纤维素的分解途径（二）纤维素酶C1酶水解未经降解的天然纤维素β-1,4-葡聚糖酶切割部分降解的多糖β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖、纤维三糖及低相对分子质量的寡糖（三）分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物：细菌、真菌和放线菌好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌——链霉菌属。真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。三、微生物分解半纤维素半纤维素是存在于植物细胞壁的杂多糖，是多缩戊糖（木糖和阿拉伯糖）和多缩己糖（半乳糖、甘露糖）及多缩糖

3、醛酸（葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸）的聚合物，最常见的是木聚糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。（一）分解半纤维素的微生物半纤维素比纤维素容易被微生物分解，但由于半纤维素的组成类型很多，因而分解酶也不同。产生半纤维素酶的微生物主要有曲霉、木霉、根霉。酸性土壤中，半纤维素降解菌主要是真菌碱性土壤中，半纤维素降解菌主要是细菌（芽孢杆菌）（二）半纤维素的分解过程好氧分解聚糖酶CO2+H2O半纤维素单糖+糖醛酸H2O各种发酵产物厌氧分解四、微生物分解果胶类物质果胶质分子是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α-1，4-糖苷键聚合

4、而成的多糖链。存在于初生细胞壁和细胞间层，不溶于水。（一）分解过程：水解（原果胶酶）原果胶可溶性果胶+聚戊糖水解果胶甲脂酶果胶酸+甲醇水解多聚半乳糖醛酸酶半乳糖醛酸（二）水解产物的分解果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇等在好氧条件下被分解为二氧化碳和水。在厌氧条件下进行丁酸发酵，产物有丁酸、乙酸、醇类、二氧化碳和氢气。（三）分解果胶质的微生物细菌：枯草芽孢杆菌、多黏性芽孢杆菌真菌放线菌五、微生物分解淀粉淀粉是葡萄糖的高聚体。以粮食作原料的工厂废水中含有淀粉，例如淀粉厂废水、酒厂废水，印染废水、抗生素发酵废水及生

5、活污水等。（一）淀粉的种类直链淀粉：α-1，4-糖苷键连接而成的葡萄糖链状结构，占10-20%支链淀粉：α-1，4-糖苷键+α-1，6-糖苷键，80-90%直链淀粉结构图支链淀粉结构图淀粉的水解α-淀粉酶（α-1，4-葡聚糖水解酶）内切淀粉酶作用于α-1，4-糖苷键，水解直链淀粉或者糖原分子内的任意α-1，4-糖苷键β-淀粉酶（α-1，4-葡聚糖基-麦芽糖水解酶）外切淀粉酶从淀粉分子外围的非还原性末端开始，每间隔一个糖苷键水解，产物为麦芽糖R-酶（脱支酶）作用于α-1，6-糖苷键，不能水解淀粉的内部分支,只水

6、解支链的外围分支注意：支链淀粉的完全降解需要α-淀粉酶、β-淀粉酶、R-酶共同作用！！！糖化淀粉酶每次切割一个葡萄糖分子（二）淀粉的降解途径好氧厌氧专性厌氧六、微生物分解脂质物质脂质：脂肪、类脂以及蜡质脂肪是由甘油和高级脂肪酸所形成的酯，不溶于水，可溶于有机溶剂。由饱和脂肪酸和甘油组成的，在常温下呈固态的称为脂，由不饱和脂肪酸和甘油组成的，在常温下呈液态的称为油。脂肪是脂肪酸的甘油三酯。在脂肪酶作用下，可水解生成甘油和脂肪酸，反应式如下:CH2OCOR1脂肪酶CH2OHR1-COOHCH2OCOR2+3H2O

7、CH2OH+R2-COOHCH2OCOR3CH2OHR3-COOH能产生脂肪酶的微生物很多，有根霉、圆柱形假丝酵母、小放线菌、白地霉等。脂肪＋H2O脂肪酶甘油＋高级脂肪酸类脂质＋H2O磷脂酶类甘油或其他醇类＋高级脂肪酸＋磷酸＋有机碱类蜡质＋H2O磷脂酶类高级醇＋高级脂肪酸七、微生物分解木素及芳香族物质木质素是植物木质化组织的重要成分。木质素的化学结构较复杂，是由苯基丙烷结构单元构成的天然高分子化合物。造纸和人造纤维废水均含大量木质素。木质素很难被生物分解，完全降解需要真菌与细菌共同参与，起主要作用的是真菌，如

8、担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、伞菌，以及木霉、毛霉等等。细菌中的假单胞菌、五色杆菌属的一些种也能分解木质素。芳香族化合物苯氧化成邻苯二酚，可在苯环的邻位或间位上被氧化打开，生成脂肪族化合物，再逐步分解，生成糖分解途径中的中间物质，再按糖代谢的方式进行分解。八、微生物分解烃类（一）烷烃的转化CH4+2O2CO2+2H2O+887kJ（二）烯烃（三）脂环烃类第二节氮素生物循环一、微生物转化氮素物质的一般途