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1、八章微生物在环境物质循环中的Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望2第三第三节氮循氮循环一一 氮的循环氮的循环二二 蛋白质的转化蛋白质的转化 三三尿素的转化尿素的转化四四其它含氮物质的转化其它含氮物质的转化31. 氮素存在形式氮素存在形式 氮素是生物体合成及蛋白氮素是生物体合成及蛋白质的主要成份，是构成的主要成份，是构成生物体的必需元素。生物体的必需元素。 自然界中自然界中N2有三种存在形式，有三种存在形式，大气大气体体积中中约有有78是分子是分子态氮，但所有植物、氮，但所
2、有植物、动物和大多数微生物物和大多数微生物都不能直接利用；都不能直接利用；生物体生物体，N是蛋白是蛋白质、核酸和其它、核酸和其它细胞物胞物质的一个的一个基本成分，但基本成分，但这些氮都不能被植物体直接吸收利用；些氮都不能被植物体直接吸收利用；土壤土壤中的硝酸中的硝酸盐和和铵盐等无机氮化物等无机氮化物，植物体能直植物体能直接利用，但在自然界接利用，但在自然界为数不多数不多,常常限制了植物体常常限制了植物体发展展（农田施田施N肥）。肥）。在自然界里，在自然界里，这三种三种类型的型的N在微生物作用下不断在微生物作用下不断进行行转化，构成了化，构成了N的循的循环过程。程。一、一、 氮的循氮的循环4 有
3、机氮化物 氨化作用 动物 微生物和植物 NH3固氮作用 N2 NO2 反硝化作用 硝化作用 NO32.N循循环及微生物在氮素循及微生物在氮素循环中的作用中的作用 自然界中自然界中除植物利用无机氮除植物利用无机氮转变为有机氮外有机氮外，其它各其它各转变过程均由微生物作用，因此程均由微生物作用，因此微生物是微生物是整个氮素循整个氮素循环的中心。的中心。51）固氮作用）固氮作用 固氮微生物体内含有固氮酶，在其催化作用下，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。程叫固氮作用。 N2 + 6e + 6
4、H+ NH3 + nATP + nPi 在水在水环境中，境中，蓝细菌是最重要的固氮菌，当水中出菌是最重要的固氮菌，当水中出现水水华时，水中，水中N2的固定速率通常很高。的固定速率通常很高。2）氨化作用）氨化作用3）硝化作用）硝化作用4）反硝化作用）反硝化作用6蛋白蛋白酶肽酶反硝化反硝化N2二、蛋白二、蛋白质的的转化化水中来源：水中来源： 生活生活污水、屠宰水、屠宰废水、制革水、制革废水等水等71.氨化作用氨化作用：由：由有机氮化物有机氮化物转化化为氨氨态氮氮的的过程程（NH3、NH4+） （1）氧化脱氨基（）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸生氨、脂肪酸:有氧条件）有氧条件）RCHNH2COOH+O2
5、RCOOH+CO2+NH3（2）还原脱氨基（原脱氨基（产生氨、脂肪酸：无氧条件）生氨、脂肪酸：无氧条件）RCHNH2COOH+2H+RCH2COOH+NH3不不论是在有氧是在有氧还是无氧的条件下，氨基酸的分解都是无氧的条件下，氨基酸的分解都产生氨，即由有机氮生氨，即由有机氮转变成氨成氨态氮，氮，则可作可作为微生微生物或高等植物的物或高等植物的N源物源物质。而不含氮的。而不含氮的羧酸，在有酸，在有氧条件下分解成氧条件下分解成CO2和和H2O，无氧条件下生，无氧条件下生产CH4。8（3）水解脱氨基（）水解脱氨基（产生氨、脂肪酸）生氨、脂肪酸）RCHNH2COOH+H2ORCHOHCOOH+NH3（
6、4）减）减饱和脱氨（和脱氨（产生氨、不生氨、不饱和脂肪酸）和脂肪酸）氨化氨化细菌：参与氨化作用的菌：参与氨化作用的细菌。菌。 好氧性：好氧性：荧光假光假单胞菌、灵杆菌胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐氧性：腐败梭菌梭菌 兼性菌：兼性菌：变形杆菌。形杆菌。 意意义：含氮有机物必：含氮有机物必须经过微生物降解才能被微生物降解才能被植物利用。植物利用。92、硝化作用（、硝化作用（Nitrification）1）硝化作用概念）硝化作用概念 在有在有氧气氧气时，微生物将，微生物将氨氨氧化氧化为硝酸硝酸的作用的作用2）参加硝化作用的微生物）参加硝化作用的微生物 硝化硝化细菌菌亚硝酸硝酸细菌菌硝酸硝酸细菌菌两两类细菌
7、相伴而生，作用相菌相伴而生，作用相连。103）硝化作用的）硝化作用的过程程（1）亚硝酸形成硝酸形成阶段段2NH3 + 3O2亚硝酸硝酸细菌菌2HNO2 + 2H2O + ATP亚硝酸硝酸细菌菌：亚硝酸硝酸单胞菌属、胞菌属、亚硝酸球菌属硝酸球菌属 亚硝酸螺菌属硝酸螺菌属（2） 硝酸形成硝酸形成阶段段2HNO2 + O2硝酸硝酸细菌菌2HNO3 + ATP硝酸硝酸细菌菌：硝酸杆菌属、硝酸球菌属：硝酸杆菌属、硝酸球菌属11HNO2毒性很毒性很强，累，累积起来起来对植物有毒害。植物有毒害。 HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。是植物吸收利用的有效氮素养料。4） 硝化作用进行的条件硝化作用进行的条件O
8、2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸）碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在不需有机物存在蛋白蛋白质最最终被氧化成：被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4意意义：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，通过硝酸硝酸还原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；是自然界氮素循是自然界氮素循环中不可缺少的一中不可缺少的一环，对农业无益。无益。12 污废水生物水生物处理理过程中会程中会产生硝酸生硝酸盐（NO3-）和）和亚硝酸硝酸盐（NO2-），如果），如果这种水排放入缺氧的水体，种水排放入缺氧的水体，在缺氧条件下在缺氧条件下NO3-也会
9、也会转化化为NO2- ，并，并积累，累， NO2-与水中的与水中的NH3则转化化为致癌物致癌物亚硝酸硝酸铵,从而从而污染水染水生生物和生生物和饮用水源，因此用水源，因此污废水不但要去除有机物水不但要去除有机物还要要进行脱氮。需要利用反硝化作用将行脱氮。需要利用反硝化作用将NO3- 、 NO2-转化化为N2释放到大气中。放到大气中。处理水的含氮量只有理水的含氮量只有处在在低水平才能保低水平才能保证饮用水的安全。用水的安全。13概念概念：兼性厌氧的硝酸硝酸盐还原原细菌菌将硝酸硝酸盐还原原为氮气氮气的过程为反硝化作用反硝化作用。1）反硝化）反硝化过程（反硝化程（反硝化细菌、菌、厌氧）氧）C6H12O
10、6 + 4NO3-6H20 + 6CO2 + 2N2 +ATP缺氧缺氧N2NO3-NO2-NON2O3、反硝化作用（、反硝化作用（Denitrification）14意意义：可以利用水生反硝化：可以利用水生反硝化细菌去除菌去除污水中的硝酸水中的硝酸盐。另外土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田。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，有效利用率只有中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。左右。2 反硝化作用的微生物反硝化作用的微生物反硝化反硝化细菌菌（异养型）（异养型） ：进行反硝化作用的微生物。行反硝化作用的微生物。50多种属。多种属。3 反硝化作用发生的条件反硝化作用发
11、生的条件NO3- 、有机物质存在有机物质存在 、氧气、氧气 0.5 mg/L15w 一般来说，反硝化作用是在硝酸盐与有机物同一般来说，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。通常出现在静水中，在流动的水中较少。w反硝化作用在废水处理过程中有着重要意义，可利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淀池中会由于反硝化细菌产生的大量N N2 2的作用，使的作用，使污泥等杂质上浮，影响出水水质。污泥等杂质上浮，影响出水水质。16二二尿素的尿素的转化化尿素尿素：含氮：含氮47%。存在于人畜尿液、印染工存在于人畜尿液、印染工业废水；水；废水生物水生物处理理过程缺氮程缺氮时可作可作为补充充N源。源。2NH3 + CO2 + H2O参加者：尿素细菌（好氧）。参加者：尿素细菌（好氧）。
