微生物在环境物质循环中.ppt
第三章 微生物在环境物质循环中的作用,1,2,第三节 氮循环,一 氮的循环二 蛋白质的转化 尿素的转化其它含氮物质的转化,3,1.氮素存在形式 氮素是生物体合成及蛋白质的主要成份，是构成生物体的必需元素。自然界中N2有三种存在形式，大气体积中约有78是分子态氮，但所有植物、动物和大多数微生物都不能直接利用；生物体，N是蛋白质、核酸和其它细胞物质的一个基本成分，但这些氮都不能被植物体直接吸收利用；土壤中的硝酸盐和铵盐等无机氮化物，植物体能直接利用，但在自然界为数不多,常常限制了植物体发展（农田施N肥）。在自然界里，这三种类型的N在微生物作用下不断进行转化，构成了N的循环过程。,一、氮的循环,4,2.N循环及微生物在氮素循环中的作用,自然界中除植物利用无机氮转变为有机氮外，其它各转变过程均由微生物作用，因此微生物是整个氮素循环的中心。,5,1）固氮作用 固氮微生物体内含有固氮酶，在其催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物的过程叫固氮作用。N2+6e+6H+NH3+nATP+nPi 在水环境中，蓝细菌是最重要的固氮菌，当水中出现水华时，水中N2的固定速率通常很高。2）氨化作用3）硝化作用4）反硝化作用,6,N2,二、蛋白质的转化水中来源：生活污水、屠宰废水、制革废水等,7,1.氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（NH3、NH4+）,（1）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸:有氧条件）,（2）还原脱氨基（产生氨、脂肪酸：无氧条件）,不论是在有氧还是无氧的条件下，氨基酸的分解都产生氨，即由有机氮转变成氨态氮，则可作为微生物或高等植物的N源物质。而不含氮的羧酸，在有氧条件下分解成CO2和H2O，无氧条件下生产CH4。,8,（3）水解脱氨基（产生氨、脂肪酸）,（4）减饱和脱氨（产生氨、不饱和脂肪酸）,氨化细菌：参与氨化作用的细菌。好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌。,意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,9,2、硝化作用（Nitrification）,1）硝化作用概念 在有氧气时，微生物将氨氧化为硝酸的作用,2）参加硝化作用的微生物,两类细菌相伴而生，作用相连。,10,3）硝化作用的过程,（1）亚硝酸形成阶段,亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属 亚硝酸螺菌属,（2）硝酸形成阶段,硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸球菌属,11,HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。,4）硝化作用进行的条件,O2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸）不需有机物存在,蛋白质最终被氧化成：CO2、H2O、HNO3、H2SO4意义：植物、藻类及其他微生物把硝酸盐作为氮源，植物吸收硝酸盐后，通过硝酸还原酶将硝酸还原为氨，由氨合成氨基酸、蛋白质及其他含氮物质；是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,12,污废水生物处理过程中会产生硝酸盐（NO3-）和亚硝酸盐（NO2-），如果这种水排放入缺氧的水体，在缺氧条件下NO3-也会转化为NO2-，并积累，NO2-与水中的NH3则转化为致癌物亚硝酸铵,从而污染水生生物和饮用水源，因此污废水不但要去除有机物还要进行脱氮。需要利用反硝化作用将NO3-、NO2-转化为N2释放到大气中。处理水的含氮量只有处在低水平才能保证饮用水的安全。,13,概念：兼性厌氧的硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气的过程为反硝化作用。,1）反硝化过程（反硝化细菌、厌氧）,NO2-,3、反硝化作用（Denitrification）,14,意义：可以利用水生反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。另外土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。,2 反硝化作用的微生物,反硝化细菌（异养型）：进行反硝化作用的微生物。50多种属。,3 反硝化作用发生的条件,NO3-、有机物质存在、氧气 0.5 mg/L,15,一般来说，反硝化作用是在硝酸盐与有机物同时存在，而氧气不足时。在有氧情况下，反硝化作用发生在局部缺氧的微环境中。因此，反硝化作用通常出现在静水中，在流动的水中较少。反硝化作用在废水处理过程中有着重要意义，可利用水生生物的反硝化作用去除水中的硝酸盐，但如果水中相似盐含量太高，则在活性污泥法的二次沉淀池中会由于反硝化细菌产生的大量N2的作用，使污泥等杂质上浮，影响出水水质。,16,二 尿素的转化,尿素：含氮47%。存在于人畜尿液、印染工业废水；废水生物处理过程缺氮时可作为补充N源。,2NH3+CO2+H2O,参加者：尿素细菌（好氧）。,三.典型含氮有机物的转化,氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危 害：生物毒害、环境积累细 菌紫色杆菌、假单胞菌放线菌诺卡氏菌真 菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等,17,A降解这些物质的微生物,B降解机理,a.氰化物 5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3,18,担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。HCN CH3COH CH3CHNH2CN H3CHNH2COOH 甲醛 氨基乙腈 丙氨酸,b.有机腈,
