NH3
解
氧化脱氨基作用 水解脱氨基作用 还原脱氨基作用 减饱和脱氨作用
(2)尿素的氨化
CO(NH2)2+2H2O
尿酶 (NH4)2CO3
2NH3+CO2+H2O
尿素细菌： •球菌：尿素生孢八叠球菌 •芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌
尿素细菌的生理特点： ① 喜好碱性条件。 ②以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。
六、微生物在生物地球化学循 环中的作用(碳循环、氮循环）
内容
1. 总述 2. 碳循环 3. 氮循环
总述
环境中的物质，除了人烟稀少、无工业的保护区会 保留纯净的天然性状外，一般或多或少受到废物或 毒物的污染。所以，物质的循环包括天然物质和有 毒物质的循环。物质循环有氧、碳、氮、硫、磷、 铁、锰、及各种有毒或无毒污染物的循环。促使上 述物质循环的有物理作用、化学作用和生物作用。 其中，生物作用占主导，微生物在生物作用中占极 重要的地位。
一、碳素循环：该元素循环与H，O循环协同
有氧环境
无氧环境
光合作用
CH4
发酵作用
CO2+H2O
O2 +“CH2O”
醇，有机酸，H2+CO2
呼吸作用
化石燃料
碳、氢、氧元素在自然界中的循环
通过食物网进行的碳转移
微生物与碳循环之间的所有关系:一个理想化的食物网 呼吸作用
大 气 CO2
CO2 无机盐
初级生产者
一、N2的固定 主要由微生物完成，有的微生物游离固氮，
有的微生物与植物根形成特殊的结构－根瘤
能源
氧化态
H+ e-
铁氧化还原蛋白
ATP
还原态
固
固氮酶
氮 酶 作
Fe N2 Mo
2e-
NN
用 图
2e-
NH NH
2eADP + Pi
NH2 NH2 NH3 NH3
2NH3
每年由微生物固定大气中的N2为1.7x108吨。 其中，自生固氮菌固氮速度较慢，共生固氮 菌固氮速度快。对木薯地中的二者进行比较： 共生固氮菌固氮300Kg/hm2；自生固氮菌固 氮0.5－2.5Kg/hm2。固氮效率受氧气影响较 大。
固氮作用和氨化作用产生的NH3在水中产生NH4+
NH4+
植物、微生物 铵盐同化作用
生物体有机氮
三、硝化作用 铵氧化形成硝酸的微生物学过程
硝化作用微生物
化能自养型 异养型
1、硝化细菌和硝化作用的过程
硝化作用
NH4+
NO2- NO3-
亚硝化细菌
硝化细菌
2、影响硝化作用的环境因素 (1)pH值：适宜微碱性 (2)温度：4-40℃，最适：25-35℃ (3)通气：需氧 (4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。
①这种循环对于保持生态系统中的物质和能量流动处 于平衡状态是非常重要的。 ② 这种循环对于动物和植物群体的生长和生存是必不
可少的，因为微生物的某些代谢活动会直接影响动物 和植物的生命活动。 ③循环中产生重要的化工原料。 ④这种循环对于消除目前自然界中越来越多的环境 污染物起着重要的作用
⑤这种循环在很大程度上决定了生态系统中的生产力， 因为如果没有微生物高活力地矿化有机物，释放出 C02，光合生物就无法进行光流动的金字塔
高级取食者
分
解 者
次级取食者
初级取食者
微生物次 主要是高等植物 初级生产者
微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用
生物地球化学循环
生物地球化学循环是指自然界中物质在生物 圈中进行的转化和运动，简言之，许多化学元素 在生物圈和非生物圈间的循环。
生命元素－生命体组成和生命活动中参加的元素。
大多数微生物和植物可吸收 的形式：
NH4+、NO3-
氮素在自然界的循环总图
③硝酸 盐同化 作用
NH4+
生物体 有机氮
①生物固氮
④氨化作用 ⑤铵盐同化作用
NO3②硝化作用
⑥异化性硝 酸盐还原作 用
大气N2
⑦ 反
N2O
硝
化
作 用
NO
NO2-
NH4+
NH2OH
②硝化作用
⑧亚硝 酸氨化 作用
氮素在自然界的循环（红箭头表示微生物与植物的共 同作用；黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节）
自生固氮菌的种属较多，能够固氮的微生物 不断发现，如固氮菌属，拜叶林克氏菌属， 红硫菌属，红假单孢菌属，红螺菌属，脱硫 弧菌属，克雷氏菌属等；水中主要是蓝细菌 属。
二、有机态N被微生物降解形成NH3的过程
氨化作用
有机氮
NH3
氨化菌
(1)蛋白质物质的氨化作用过程
蛋白酶 蛋白质 水解 肽
肽酶 水解
氨基酸 降
四、反硝化作用 微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用 1、反硝化作用的过程
HNO3
NH3 N2O 或 N2
细致过程
亚硝酸氨化作用
NO2NO3-
NH2OH NH4+ 生物体有机氮
NO N2O 反硝化作用
NO2硝酸盐还原
N2
反硝化细菌,如产碱 杆菌、大肠杆菌等
硝N酸H盐4+ 同化 生物体有机氮
2、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）
基本元素：C，H，O，N，P，S， Ca，Si等循环 强烈迅速
次要元素：K，Na，Mg，Fe和卤素元素等 微量元素：Al，Br，Co，Cr，Cu，Mo，Ni，
Se，Ge，Zn等
微生物是地球化学生物循环中的重要一环
微生物作为生产者完成的是无机有机化的过程， 直接为更高级的消费者提供营养；作为分解者是 更主要的方面，完成的是有机无机化的过程，这 个过程在整个地球物质化学循环过程中，一方面 有清道夫的功能，使地球保持清洁和状态回复； 一方面为其他生产者和消费者提供营养（或更易 吸收利用）。 同时，微生物过程对环境保护、工业原材料的提 供都产生巨大作用。 归纳起来，微生物参与的生物地球化学循环对 于生态学来说具有如下的重要意义
微
生 物
残
分
解体
者
自养微生物 被捕食 化能、光能
CO2
初级取食者
次级取食者 高级取食者
动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面
有机质
CO2
二、氮素循环 地球上的氮库
1. N2 主要存在于大气 2. 溶解形式的无机N，如NH4+， NH3 ，NO3-，NO2-等 3. 有机N，活的和死的有机体 4. 惰性氮（非溶解性氮），NO, N2O等
3、环境对反硝化作用的影响 ① 通气状况：厌氧或氧浓度较低条件下，才进行反
硝化作用 ② pH值：影响反硝化途径，pH越低形成的氧化氮比
例越高 ③ 有机质与NO-3含量：NO-3 浓度越高反硝化作用越
强，环境补充有机质，那么生成N2就多
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