微生物在环境物质循环中的作用(III)

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1、第二章微生物在环境物质循环中的作用1、主要物质的循环（氧、碳、氮、硫、磷）2、微生物对有机物的降解过程主要内容：重点、难点、授课学时重点：微生物对含碳、含氮、含硫等物质的分解与转化作用。难点：物质在微生物作用下的好氧、厌氧分解与转化作用微生物在碳循环和氮循环中的生物作用。授课学时：2学时天然物质循环污染物质循环包括各种物质元素：O、C、N、P、S、Fe等推动物质进行循环的作用：物理作用化学作用生物作用第一节氧循环大气、水体中的O2呼吸作用CO2光合作用O2在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方向上的变化。P198图2.2-1夏季湖泊含氧量及水温的分层情况。表层富氧底层贫氧冬季冬季夏季含碳

2、物质有CO2、碳水化合物、脂肪、蛋白质等。碳的循环是以CO2为中心的。第二节碳循环碳循环微生物厌氧分解微生物好氧分解食用呼吸陆地植物动物残体有机酸　单糖维生素　氨基酸CO2光合作用碳循环光合作用藻类、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CO2厌氧呼吸、发酵厌氧微生物，包括光合细菌（异养）有机化合物（CH2O）n光合细菌(自养)沉积作用产甲烷细菌甲基化合物甲烷氧化细菌CH4水体需氧厌氧一、纤维素的转化纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，(C6H10O5)n，n=1400-10000来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。作用的微生物：细菌、放线菌和真菌。

3、分解过程：首先经过微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。几种含碳化合物的转化：细菌、放线菌和真菌纤维素的转化：纤维素酶纤维二糖酶纤维素纤维二糖葡萄糖好氧分解H2O葡萄糖丙酮丁醇发酵丙酮+丁醇+CO2+H2厌氧发酵丁酸发酵丁酸+乙酸+CO2+H2三羧酸循环厌氧发酵CO2ATP分解纤维素的微生物好氧细菌——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。需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。纤维素酶所在的部位细菌：结合在细胞

4、质膜上，是表面酶。真菌、放线菌：胞外酶二、半纤维素的转化存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解过程TCA循环聚糖酶CO2+H2O半纤维素单糖+糖醛酸H2O各种发酵产物厌氧分解分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。三、果胶质的转化果胶质存在于植物的细胞壁和细胞间质中。造纸废水、制麻废水中含有果胶质。1.果胶质水解过程原果胶＋H2O可溶性果胶＋聚戊糖可溶性果胶＋H2O果胶酸＋甲醇果胶酸＋H2O半乳糖醛酸原果胶酶果胶甲酯酶聚半乳糖酶2.水解产物的分解水解产物：果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇好氧条件：CO2和H2O厌氧条件：丁酸、乙酸、醇类、CO2和H23.分解

5、果胶质的微生物细菌、放线菌和真菌好氧菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等厌氧菌：蚀果胶梭菌、费新尼亚浸麻梭菌真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等四、淀粉的转化P2011.淀粉的种类直链淀粉支链淀粉(C6H10O5)1200淀粉主要来自植物淀粉厂废水、酒厂、印染废水、抗生素发酵废水及生活污水等含有淀粉。12.淀粉的降解途径途径1：枯草杆菌、根霉、曲霉将淀粉分解为CO2途径2：根霉和曲霉、酵母菌先将淀粉转化为葡萄糖接着由酵母菌将葡萄糖发酵为乙醇和CO2途径3：梭状芽孢杆菌参与发酵途径4：丁酸梭状芽孢杆菌参与发酵途径234五、脂肪的转化P203由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态的称为脂；由不饱和脂

6、肪酸和甘油组成，在常温下呈液态的称为油。水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂降解脂肪较快的微生物：细菌——荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌丝状菌——放线菌、分支杆菌真菌——青霉、乳霉、曲霉途径：水解+β氧化脂肪的水解甘油的转化脂肪酸的β－氧化TCA循环18碳硬脂酸8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoATCAATPH2OCO2以硬脂酸为例1mol硬脂酸含18个碳原子，需要经过8次β－氧化作用，全部降解为9mol乙酰辅酶A。18碳硬脂酸8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoATCAATPH2OCO218碳硬脂酸完全氧化可产生的能量1mo

7、l乙酰辅酶A经三羧酸循环氧化产生12molATP1molFADH2经呼吸链氧化产生2molATP1molNADH2经呼吸链氧化产生3molATP总共产生17molATP开始激活硬脂酸时消耗-1molATP净得16molATP第一步P1031mol硬脂酸完全氧化，共得能量：16＋17×7＋12＝147molATP第一次β－氧化最后一次β－氧化注：1mol葡萄糖→38molATP18碳硬脂酸8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoA8×2＝