,生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。 地球进化可分为：化学进化和生物学进化两个阶段。 原始地球大气的组成气体：水、氨、甲烷、硫化氢等。原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生原始生命的摇篮,第三节 微生物与自然界物质循环,地球的进化,化学进化： 由无机小分子生成有机小分子物质 由有机小分子物质形成生物大分子物质 由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系，并进一步演变为原始生命 生物进化 单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者）的生态系统。原始汤中的生物为异养、厌氧、发酵代谢 双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。 三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极生态系统。即出现了食物链。,水体食物链（一个三极生态系统）,物质循环包括两方面：生物合成：无机物有机质化。分解作用：有机物矿化,大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2只够绿色植物约20年使用。 微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡循环中。地球上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的。 微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。,一、碳素循环,碳、氢、氧元素在自然界中的循环,醇+有机酸 H2+CO2,CH4 甲烷产生作用 化石燃料,CO2+H2O,O2+ “ CH2O”,有氧条件下,无氧条件下,呼吸作用,光合作用,发酵作用,微生物在碳素循环中的作用,真菌：青霉、曲霉、毛霉、木霉等。放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、诺卡氏菌属等。,分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分解纤维素的能力最强，包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。 分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有己糖、戊糖，糖醛酸等。,分解纤维素的微生物,二、氮素循环,氮元素的自然形态：铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物、氮气。 （一）生物固氮 据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达2.4108吨，其中60由陆生固氮生物完成，40由海洋固氮生物完成。 根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。,（二）硝化作用（nitrification）,定义：氨态氮经消化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。 过程：两阶段（1）氨亚硝酸，由亚硝化细菌（化能自养菌）参与；（2）亚硝酸硝酸。由硝化细菌（化能自养菌）参与，意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,（三）同化性硝酸盐还原作用（assimilatory nitrate reduction）,定义：绿色植物和微生物在利用硝酸盐的过程中，硝酸盐被重新还原成NH4+后再被利用于合成各种含氮有机物的过程。,（四）氨化作用(ammonnification）,定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。 含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等 分解蛋白质的微生物种类：Pseudomonas fluorescens（荧光假单胞菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌），B. subtilis和B. mycoides（蕈状芽孢杆菌），Clostridium putrificum（腐败梭菌）。 分解尿素的细菌如Sporosarcina ureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacillus pasteurii（巴氏芽孢杆菌）。 分解几丁质的细菌如Bacterium chitinophilum（嗜几丁杆菌）和Chromobacterium chitinochroma（几丁色色杆菌）等。 意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,（五）铵盐同化作用（assimilation of ammonium）,所有绿色植物和微生物进行的以铵盐作为营养，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物的作用。,（六）异化性硝酸盐还原作用 （ dissimilatory nitrate reduction ）,定义：硝酸离子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的反应。 菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。,定义： 由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。 条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中） 菌种：少数异养和化能自养菌。如：Bacillus lichenoformis（地衣芽孢杆菌）、Paracoccus denitrificans（脱氮副球菌）、Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps. stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。 意义：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。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,（七）反硝化作用（脱氮作用，denitrification）,定义：亚硝酸通过异化性还原可以经羟胺转变成氨，叫做亚硝酸的氨化作用。 菌种：Aeromonas（气单胞菌属）、Bacillus（芽孢杆菌属）、Enterobacter（肠杆菌属）、Flavobacterium（黄杆菌属）、Nocardia（诺卡氏菌属）、 Vibrio（弧菌属） 和 Staphylococcus（葡萄球菌属）等。,（八）亚硝酸氨化作用,三、硫素循环与细菌沥滤,（一）硫素循环（sulfur cycle） 1 同化性硫酸盐还原作用 硫酸盐经还原后，最终以巯基形式固定在蛋白质等成分中。可由植物和微生物引起。 2 脱硫作用 在无氧条件下，通过一些腐败微生物的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中的硫分解成H2S等含硫气体的作用。,（二）细菌沥滤 也称细菌冶金，主要有三步： 1.溶矿：硫酸铜溶出 2.置换：用铁屑置换铜 3.再生浸矿剂：Fe2+Fe3+,（3 ）硫化作用（硫氧化） H2S或S0被微生物氧化成硫或硫酸的作用。如“贝日阿托氏菌属” （4）异化性硫酸盐还原作用 硫酸作为厌氧菌呼吸链的末端电子受体而被还原为亚硫酸或H2S的作用。 （5）异化性硫还原作用 硫还原为H2S的作用，如Desulfuromonas（脱硫单胞菌属）,不溶性无机磷的可溶化 能溶解土壤中的磷酸钙或磷灰石的微生物较多。靠产酸作用促进磷酸钙溶解。如硝化细菌和硫化细菌。 可溶性无机磷的有机化 水体中的可溶性磷酸盐浓度过大造成水体富营养化，进而严重污染水源。 有机磷的矿化 有机磷的存在形式：植酸盐、核酸和磷脂等，能分解这些物质的微生物有蜡状、蕈状、多粘芽孢杆菌、解磷巨大芽孢杆菌等。,四、磷素循环,请多提宝贵意见,