微生物在生物地球化学循环中的作用ppt课件.ppt

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1、第七章微生物在生物地球化学循环中的作用第一节基本概念一、生物圈生物圈是指地球上所有生物及其所生活的那部分非生命环境的总称，包括水、大气和土壤。生物圈分为两部分：非生命部分，如生物周围的无机物、有机物和气候。生命部分，初级生产者、消费者、生产者二、能量流生态系统中的能量由一个生物传递给另一个生物的现象叫做能量流。生态系统中有机物储存的能量和有机碳从一个生物传递到另一个生物的过程叫做食物链。一个生态系统中常存在着许多条食物链，由这些食物链彼此相互交错连结成的复杂营养关系为食物网。三、营养水平在整个食物网中，初级生产者和各种异养生物处在不同的营养水

2、平上，首先初级生产者从太阳光中获得能量，然而这些能量不断地逐级往上流动，由于各级生物固定的能量不同，所以我们把每一级的能量状况，称为营养水平。整个食物链中营养水平呈金字塔形状。四、生物地球化学循环生物地球化学循环：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。地球上的大部分元素都以不同的循环速率参与第二节碳循环碳元素的存在形式：周转极快的大气中CO2、溶于水中的CO2（H2CO3、HCO3-和CO32-）和有机碳（活或死的有机体），很少参与周转的岩石（石灰石、大理石）和化石燃料（煤、石油和天然气等）中的碳。一、通过食物网进行

3、碳的转移图7-4在环境中一个基本的碳循环二、微生物在碳循环中所起的特殊作用分解作用好氧条件下，大生物和微生物具有分解简单有机物某些天然多聚物的能力，厌氧分解有机物纤维素和木质素等物质降解土壤中腐殖物质、蜡状物质和许多人工合成有机物的降解纤维素的分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（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。分解纤维素的微生物：细菌、放线菌和真菌。细菌：好氧的纤维素分解菌有黏细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌。厌氧的有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。真菌：青霉、曲霉、镰刀霉、木霉和毛

4、霉。放线菌：链霉菌属某些微生物与CO循环有关：藻类和蓝细菌能产生少量的CO。在有氧条件下，羧基黄假单胞菌和羧基产氢假单胞菌能利用CO作为碳和能源。在厌氧条件下，在某些产甲烷细菌中，如巴氏甲烷八叠球菌CO可被H2还原成甲烷，在产乙酸细菌中，CO可被还原成乙酸。三、环境因素和人类活动对碳循环的影响光、温度、水、酸度、无机盐、人类的活动第三节氢循环元素氢的循环与碳循环密切相关，有机物的氧化还原反应，包括CO2还原成有机物都需要氢的参与。某些微生物在厌氧发酵过程中可以产生H2，蓝细菌的固氮和根瘤菌在根瘤中的固氮过程中产生H2作为副产物，不过大部分H2

5、在厌氧条件下进一步被转化成NH3或H2S或CH4。当产生H2进入有氧区，它会被氧化成水，仅有少量的H2进入空气中。在厌氧条件下产生的H2在好氧条件下可以被氧化氢的细菌（敏捷假单胞菌、真养产碱菌、脱氮副球菌等）利用，通过氧化H2释放能量，并用此能量固定CO2，合成细胞物质。在蓝细菌等的产氧光合作用中，从H2O释放出来的氢用来形成NAD(P)H2。在呼吸作用中，从有机物释放出来的氢通过呼吸链进行传递。第四节氧循环人和动物呼吸、微生物分解有机物都需要氧。所消耗的氧由陆地和水体中的植物及藻类进行光合作用放氧，不断地补充到大气和水体中。第五节氮循环氮元

6、素的主要存在形式：氨和铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和气态氮。一、N2的固定微生物中固定N2合成NH3的过程固氮微生物：自生固氮菌和共生固氮菌在陆地环境中，根瘤菌共生固氮速率高，对固定大气中的N2贡献最大。自生固氮菌：固氮菌属、拜叶林克氏菌属、红硫菌属、红假单胞菌属、红螺菌属、绿假单胞菌属、绿菌属、脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、克雷伯氏菌属、芽孢杆菌属、梭菌属、固氮螺菌属、假单胞菌属、弧菌属、硫杆菌属、和甲烷芽孢杆菌属。放线菌在水环境中，蓝细菌，如鱼腥蓝细菌属和念珠蓝细菌属是最重要的固氮菌。能分化出特殊的还原性异形胞，固氮作用在异形胞中进行。

7、这种细胞外有一层防氧进入的糖脂组成的外膜，胞内缺少产氧的PSII，加上脱氢酶和氢化酶的活性高，使之能维持很强的还原态；其中SOD的活性很高，有解除氧毒害的功能；此外，异形胞较邻近营养细胞呼吸强度高，可消耗过多的氧。鱼腥蓝细菌属和念珠蓝细菌属可与真菌形成共生关系-地衣鱼腥蓝细菌属与满江红建立共生关系。织线蓝细菌属将固氮作用（黑暗）与光合作用（光照）进行时间上的分隔；束毛蓝细菌属形成束状群体，其中央处于厌氧环境下的细胞失去能产氧的PSII，以便于进行固氮反应。联合固氮菌：在叶子表面、根际和动物肠道等处进行固氮的微生物。根际：生脂固氮螺菌、拜叶林克

8、氏菌属芽孢杆菌属、克雷伯氏菌属叶面：拜叶林克氏菌属、克雷伯氏菌属、固氮菌属动物肠道：肠杆菌属、克雷伯氏菌属固氮菌属和拜叶林克氏菌属的细菌能在正常的氧分压下进行固氮，