微生物在物质循环中的作用

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1、第六章微生物在物质循环中的作用1、掌握碳循环、氮循环过程。2、了解氧循环、硫循环、磷循环的途径。生物地球化学循环(biogeochemicalcycles):是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。这种循环是地球化学循环的重要组成部分。碳、氮、磷、硫的循环受二个主要的生物过程控制，一是光合生物对无机营养物的同化，二是后来进行的异养生物的矿化。实际上所有的生物都参与生物地球化学循环。微生物在有机物的矿化中起决定性作用，地球上90%以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成的。前言无机物

2、有机物光合作用分解作用微生物与生物地球化学循环碳循环氮循环硫循环磷循环铁循环氧循环第一节氧循环O2CO2光合作用呼吸作用在大气中分布均匀，而在水体中有垂直方向上的变化。无论是O2还是CO2，除了在大气中的含量以外，它们在水体（海洋）中的含量，也是不可忽视的。此循环的平衡，具有十分重要的意义，如维持大气中CO2的浓度。（包括水体）第二节碳循环一、纤维素的转化二、半纤维素的转化三、果胶质的转化四、淀粉的转化五、脂肪的转化六、木质素的转化七、烃类物质的转化主要存在形式：（1）大气中CO2（2）水中CO2（3）

3、有机物：糖、淀粉、纤维素等（4）含有碳的岩石（石灰石、大理石）（5）化石燃料（煤、石油、天然气）CO2+H2OCO2+CH2O醇有机酸CO2+H2CH4光合作用发酵作用呼吸作用化石燃料碳在生物圈中的总体循环碳源污染物的转化包括:糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成有机化合物。糖类污染物提问：哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡

4、萄糖基（β1-4糖苷键），不溶于水。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。一、纤维素的转化一、纤维素的转化微生物依次通过三种酶：内切葡萄糖酶、外切葡萄糖(纤维二糖水解酶)和-葡萄糖苷酶(纤维二糖酶)完成对纤维素的分解。首先破坏纤维素的结晶状态，打断氢键，内切酶切开(1,4)糖苷键，外切酶从暴露的纤维链素末端切下二糖单位，最后-葡萄糖苷酶对纤维二糖水解得葡萄糖。纤维素的转化示意图葡萄糖丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2丁酸+乙酸+CO2+H2厌氧发酵丙酮丁醇发酵丁

5、酸发酵厌氧发酵纤维素纤维二糖葡萄糖纤维素酶纤维二糖酶氧化酶、脱氢酶、脱羧酶细胞色素bc1caa3、细胞色素氧化酶三羧酸循环（TCA）ATPH2OCO2好氧分解A．微生物分解途径B．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。五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解纤维素的微生物大

6、多数能分解半纤维素（而且快）。许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。二、半纤维素的转化二、半纤维素的转化CO2+H2O好氧分解ATP无氧分解单糖和糖醛酸H2O聚糖酶半纤维素EMP途径各种发酵产物TCA半乳糖醛酸以α-1，4糖苷键连成的多糖1、分解果胶的微生物细菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。露浸法：把麻类物质堆置并保持一

7、定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。2、果胶分解的应用---麻类脱胶三、果胶质的转化三、果胶质的转化可溶性原果胶＋聚戊糖H2O原果胶酶原果胶＋H2O果胶酸＋甲醇果胶甲酯酶可溶性原果胶＋H2O半乳糖醛酸聚半乳糖酶果胶酸＋H2O四、淀粉的转化葡萄糖聚合而成的大分子化合物，有直链和支链两种。来源：印染废水、纺织、食品、粮食加工等。存在植物细胞中的贮藏性多糖物质。在磷酸化酶作用下分解在淀粉酶作用下分解四、淀粉的转化淀粉的转化示意图葡萄糖丙酮丁醇发酵丁酸发酵丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2丁酸+乙酸+CO2+H2枯

8、草芽孢杆菌好氧分解厌氧发酵淀粉糊精麦芽糖葡萄糖乙醇+CO2糊精酶麦芽糖苷酶葡萄糖苷酶乙醇发酵酵母菌根霉、曲霉三羧酸循环CO2+H2O五、脂肪的转化脂肪甘油+高级脂肪酸脂肪酶3H2O脂肪是由甘油和高级脂肪酸（饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸）组成，不溶于水，可溶于有机溶剂。脂肪可被微生物分解：（一）甘油的转化甘油α—磷酸甘油磷酸二羟丙酮甘油激酶ATPADP磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH酵解丙酮酸乙酰CoA氧化脱羧CO2+H2O三羧酸循环（TCA）1—