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1、六、微生物在生物地球化学循六、微生物在生物地球化学循环中的作用环中的作用生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用内容内容1.基本概念基本概念2.碳循环碳循环3.氮循环氮循环4.硫循环硫循环5.磷循环磷循环6.其他元素的循环其他元素的循环7.各种元素循环之间的关系各种元素循环之间的关系生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用基本概念基本概念能量流：生态系统的能量能量流：生态系统的能量(以光和热的形式存在以光和热的形式存在)大大部分来自于太阳光的辐射能，小部分来自于地球本部分来自于太阳光的辐射能，小部分来自于地球本身储存的能量。这些能量首先由初级生产者捕获，身储存的能量。这些能量首先由初级生产者捕
2、获，初级生产者的能量再传递给取食者，这种生态系统初级生产者的能量再传递给取食者，这种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。做能量流。食物链：生态系统中有机物储存的能量和有机碳从食物链：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食物链。实际一个生物传递到另一个生物的过程叫食物链。实际上，一个生态系统中，物质和能量的传递并不是这上，一个生态系统中，物质和能量的传递并不是这种线性关系；而是一种非常复杂的关系，所以我们种线性关系；而是一种非常复杂的关系，所以我们应该把食物链改称为食物网。应该把食物链改称为食物
3、网。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用营养层次营养层次微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用自然界物质及能量流动的金字塔自然界物质及能量流动的金字塔初级生产者初级生产者初级取食者初级取食者次级取食者次级取食者高级取食者高级取食者分分解解者者主要是高等植物主要是高等植物微生物次微生物次生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用生物地球化学循环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。在生
4、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。生命元素生命体组成和生命活动中参加的元素。基本元素基本元素：C，H，O，N，P，S，Ca，Si等循环等循环强烈迅速强烈迅速次要元素次要元素：K，Na，Mg，Fe和卤素元素等和卤素元素等微量元素微量元素：Al，Br，Co，Cr，Cu，Mo，Ni，Se，Ge，Zn等等生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用微生物是地球化学生物循环中的重要一环微生物是地球化学生物循环中的重要一环归纳起来，微生物参与的生物地球化学循环对归纳起来，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于生态学来说具有如下的重要意义微生物作为生产者完
5、成的是无机有机化的过程，直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）。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、工业原材料的提供同时，微生物过程对环境保护、工业原材料的提供都
6、产生巨大作用。都产生巨大作用。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用这种循环对于保持生态系统中的物质和能量流动处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。于平衡状态是非常重要的。这种循环对于动物和植物群体的生长和生存是必不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。和植物的生命活动。循环中产生重要的化工原料。循环中产生重要的化工原料。这种循环对于消除目前自然界中越来越多的环境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污染物起着重要的作用这
7、种循环在很大程度上决定了生态系统中的生产力，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合作用。，光合生物就无法进行光合作用。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用一、碳素循环：该元素循环与一、碳素循环：该元素循环与H，O循环协同循环协同CO2+H2O化石燃料化石燃料呼吸作用呼吸作用O2 +“CH2O”醇，有机酸，醇，有机酸，H H2 2+CO+CO2 2CH4光合作用光合作用发酵作用发酵作用有氧环境有氧环境无氧环境无氧环境碳、氢、氧元素在自然界中的循环碳、氢、氧元素在自然界
8、中的循环生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用地球上的碳库地球上的碳库1.CO2主要存在于大气主要存在于大气2.溶解形式的碳，如溶解形式的碳，如H2CO3，HCO3-，CO32-等等3.有机碳，活的和死的有机体有机碳，活的和死的有机体4.矿物燃料，如煤、石油、天然气等矿物燃料，如煤、石油、天然气等5.惰性碳（非溶解性碳），如石灰石，白云石等惰性碳（非溶解性碳），如石灰石，白云石等生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用微生物与碳循环之间的所有关系微生物与碳循环之间的所有关系:一个理想化的食物网一个理想化的食物网自养微生物自养微生物化能、光能化能、光能初级生产者初级生产者初级取食者初级取食者次
9、级取食者次级取食者高级取食者高级取食者微微生生物物分分解解者者CO2无机盐无机盐CO2被捕食被捕食残残体体大大气气CO2通过食物网进行的碳转移通过食物网进行的碳转移呼吸作用呼吸作用生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面CO2有机质生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用植物残体最难降解的是纤维素、木质素、果胶植物残体最难降解的是纤维素、木质素、果胶几丁质等几丁质等（一）纤维素的分解（一）纤维素的分解(C6H10O5）n1014B1,4B1,4糖苷键糖苷键纤维素占植物干重的纤维素占植物干重的35%-50%，
10、是地球上分布最广、，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它同时又含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它同时又是自然界中数量最大的可再生性物质，它的降解是是自然界中数量最大的可再生性物质，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。自然界碳素循环的中心环节。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用1 1、分解纤维素的微生物、分解纤维素的微生物细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶，都能分解纤维细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶，都能分解纤维素，通过微生物发酵方法是大规模制备纤维素酶的有效途素，通过微生物发酵方法是大规模制备纤维素酶的有效途径。不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异
11、，径。不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的酶解能力也不大相同。放线菌的纤维素酶产量对纤维素的酶解能力也不大相同。放线菌的纤维素酶产量极低，研究很少。细菌的产量也不高，主要是葡聚糖内切极低，研究很少。细菌的产量也不高，主要是葡聚糖内切酶，且大多数对结晶纤维素没有活性，所产生酶是胞内酶酶，且大多数对结晶纤维素没有活性，所产生酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝状真菌具有产酶诸多优点：度，在工业上很少应用。而丝状真菌具有产酶诸多优点：产生纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效
12、率产生纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效率高，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许高，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等，因此研究最多。酶活多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等，因此研究最多。酶活力较强的菌种为木霉属（力较强的菌种为木霉属（TrichodermaTrichoderma）、曲霉属）、曲霉属（AsAspergilluspergillus）和青霉属（）和青霉属（PenicilliumPenicillium）, ,特别是瑞特别是瑞氏木霉（氏木霉（TrichoderTrichodermavirdemavirde）及其近缘菌株等较为典
13、型，）及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用(1)(1)有氧、中温条件有氧、中温条件a.a.真菌真菌( (木霉属木霉属) ) 木材腐朽：木材腐朽： 棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素 白白 腐：真菌分解木质素剩下纤维素腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.b.细菌：食纤维菌属。细菌：食纤维菌属。c.c.放线菌：放线菌：生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用(2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。细菌：纤维分解梭菌。 真菌：木朽菌、层孔菌真
14、菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：放线菌：(3)(3)高温条件：在高温条件：在60706070条件下生长，并分解纤维素条件下生长，并分解纤维素 细细 菌：如热纤维菌。菌：如热纤维菌。 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属放线菌：链霉菌属、小单孢菌属生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用2 2、微生物分解纤维素的生化机制、微生物分解纤维素的生化机制 纤维素纤维素 单糖单糖纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面表面酶：分布于细胞表面, ,不能在其细胞培养液中不能在其细胞培养液中起作用的酶（如食纤维菌）起作用的酶（如食纤维菌）外外 酶：分泌到胞外酶：分泌到
15、胞外, ,在细胞生活环境中起作用的在细胞生活环境中起作用的酶（如真菌的纤维素酶）。酶（如真菌的纤维素酶）。纤维素复合酶纤维素复合酶内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶CxCx酶酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶C C1 1酶酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶CBCB酶酶生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用（二）半纤维素的分解（二）半纤维素的分解半纤维素是由五碳糖、六碳糖及糖醛酸组成的多糖半纤维素是由五碳糖、六碳糖及糖醛酸组成的多糖分解半纤维素的微生物：分解半纤维素的微生物：真菌（双孢蘑菇）真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）细菌（枯草杆菌）原生动物原生动物藻藻 类类在微生物大
16、的分类系统中均有发现在微生物大的分类系统中均有发现酶系复杂：甘露聚糖酶，木聚糖酶，半乳聚糖酶酶系复杂：甘露聚糖酶，木聚糖酶，半乳聚糖酶生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用（三）果胶物质的分解（三）果胶物质的分解是半乳糖醛酸以是半乳糖醛酸以-1-1，4 4糖苷键连成的多糖糖苷键连成的多糖1 1、分解果胶的微生物、分解果胶的微生物细细 菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用 水浸法：水浸法：把麻类
17、物质浸入水中，利用厌把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。气微生物分解其中的果胶。 露浸法：露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。湿度，利用好氧微生物分解果胶。2 2、果胶分解的应用、果胶分解的应用-麻类脱胶麻类脱胶生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用（四）木质素的分解（四）木质素的分解带支链的芳香族化合物的聚合体。带支链的芳香族化合物的聚合体。从化学观点来看，从化学观点来看，木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架高分子，它与纤
18、维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素填充于的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度，利于输导组织纤维素构架中增强植物体的机械强度，利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。木质素是结的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。木质素是结构复杂、稳定、多样的无定形三维体型大分子，在自构复杂、稳定、多样的无定形三维体型大分子，在自然界中，降解缓慢，成为地球生物圈中碳循环的障碍。然界中，降解缓慢，成为地球生物圈中碳循环的障碍。木质素的分解木质素的分解化学催化法和微生物降解法化学催化法和微生物降解法生态学-微生物在生物地球化学循环
19、中的作用自然界参与降解木质素的微生物的种类有真菌、自然界参与降解木质素的微生物的种类有真菌、放线菌和细菌。其中，真菌能把木质素彻底降解放线菌和细菌。其中，真菌能把木质素彻底降解为为CO2和水，也是主要的木质素降解菌。和水，也是主要的木质素降解菌。降解木质素的真菌主要分为三类：白腐菌、褐降解木质素的真菌主要分为三类：白腐菌、褐腐菌和软腐菌。白腐菌在木质素的生物降解中腐菌和软腐菌。白腐菌在木质素的生物降解中占有十分重要的地位。白腐菌多数是担子菌，占有十分重要的地位。白腐菌多数是担子菌，少数为子囊菌。黄孢原毛平革菌是研究最多的少数为子囊菌。黄孢原毛平革菌是研究最多的木质素降解菌。木质素降解菌。木质素
20、过氧化物酶系：木质素过氧化物酶系：该酶系包括木质素过氧化物酶该酶系包括木质素过氧化物酶（Lignin peroxidaseLignin peroxidase，简称，简称LipLip）、锰过氧化物酶）、锰过氧化物酶（Mn-dependent peroxidase Mn-dependent peroxidase ，简称，简称MnPMnP），除此之外，），除此之外，还有虫漆酶、纤维二糖脱氢酶等酶类还有虫漆酶、纤维二糖脱氢酶等酶类生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用（五）几丁质的分解（五）几丁质的分解 N-N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖以以-1-1，4 4糖苷键连糖苷键连接接细菌：嗜几丁质芽孢杆
21、菌细菌：嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：链霉菌放线菌：链霉菌生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用地球上的氮库地球上的氮库1.N2主要存在于大气主要存在于大气2.溶解形式的无机溶解形式的无机N，如如NH4+，NH3，NO3-，NO2-等等3.有机有机N，活的和死的有机体活的和死的有机体4.惰性碳（非溶解性碳），惰性碳（非溶解性碳），NO,N2O等等大多数微生物和植物可吸收大多数微生物和植物可吸收的形式：的形式： NH NH4 4+ +、NONO3 3- -二、氮素循环二、氮素循环生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用氮素在自然界的循环（红箭头表示微生物与植物的共氮素在自然界的循环（红箭头表示微生物
22、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）同作用；黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节）大气大气N2生生物物体体有机氮有机氮NH4+NO3-NO2-NON2ONH2OHNH4+硝化作用硝化作用硝硝 酸酸盐盐 同同 化化作用作用铵盐同化作用铵盐同化作用生物固氮生物固氮异异化化性性硝硝酸酸盐盐还还原原作作用用反反硝硝化化作作用用亚亚 硝硝酸酸 氨氨 化化作用作用硝化作用硝化作用氨化作用氨化作用 氮素在自然界的循环总图氮素在自然界的循环总图生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用一、一、N2的固定的固定主要由微生物完成，有的微生物游离固氮，主要由微生物完成，有的微生物游离固氮，有的微生物与
23、植物根形成特殊的结构根瘤有的微生物与植物根形成特殊的结构根瘤能源能源ATPH+e-氧化态氧化态还原态还原态铁氧化还原蛋白铁氧化还原蛋白ADP+Pi固氮酶固氮酶FeN2MoNHNHNH2NH2NH3NH3NN2NH32e-2e-2e-固固氮氮酶酶作作用用图图生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用每年由微生物固定大气中的每年由微生物固定大气中的N2为为1.7x108吨。吨。其中，自生固氮菌固氮速度较慢，共生固氮其中，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：菌固氮速度快。对木薯地中的二者进行比较：共生固氮菌固氮共生固氮菌固氮300Kg/hm2；自生固氮菌固；自生固氮
24、菌固氮氮0.52.5Kg/hm2。固氮效率受氧气影响较。固氮效率受氧气影响较大。大。自生固氮菌的种属较多，能够固氮的微生物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，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；水中主要是蓝细菌弧菌属，克雷氏菌属等；水中主要是蓝细菌属。属。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用氨化作用氨化作用有机氮有机氮NH3氨化菌氨化菌二、有机态二、有机态N N被微生物降解形成被微生物降解形成NHNH3 3的过程的过程(1)(1)蛋白质物质的氨化作用过
25、程蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶水解水解肽肽肽酶肽酶水解水解氨基酸氨基酸降降解解NHNH3 3氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用水解脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用还原脱氨基作用生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用(2)(2)尿素的氨化尿素的氨化CO(NHCO(NH2 2) )2 2+2H+2H2 2O (NHO (NH4 4) )2 2COCO3 3尿酶尿酶2NH2NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O O尿素细菌：尿素细菌：球菌球菌：尿素生孢八叠球菌：尿素生孢八叠球菌芽孢杆菌芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用
26、尿素细菌的生理特点：尿素细菌的生理特点： 喜好碱性条件。喜好碱性条件。以尿素、铵盐为以尿素、铵盐为N N源，以有机源，以有机C C为为C C源、能源。源、能源。固氮作用和氨化作用产生的固氮作用和氨化作用产生的NH3在水中产生在水中产生NH4+NH4+植物、微生物植物、微生物铵盐同化作用铵盐同化作用生物体有机氮生物体有机氮生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用NH4+NO2-NO3-硝化作用硝化作用亚硝化细菌亚硝化细菌硝化细菌硝化细菌三、硝化作用三、硝化作用铵氧化形成硝酸的微生物学过程铵氧化形成硝酸的微生物学过程硝化作用微生物硝化作用微生物化能自养型化能自养型异养型异养型1 1、硝化细菌和硝化
27、作用的过程、硝化细菌和硝化作用的过程生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用2 2、影响硝化作用的环境因素、影响硝化作用的环境因素 (1)pH (1)pH值：适宜微碱性值：适宜微碱性 (2) (2)温度：温度：4-404-40，最适：，最适：25-3525-35 (3) (3)通气：需氧通气：需氧 (4) (4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用四、反硝化作用四、反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N N2 2的作用的作用HNOHNO3 3 N N2 2O O 或或 N N2 2NH
28、NH3 31 1、反硝化作用的过程、反硝化作用的过程生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用NH2OHNO2-NH4+NON2ON2亚硝酸氨化作用亚硝酸氨化作用反硝化作用反硝化作用NO3-NO2-NH4+生物体有机氮生物体有机氮硝酸盐还原硝酸盐还原硝酸盐同化硝酸盐同化反硝化细菌反硝化细菌,如产碱如产碱杆菌、大肠杆菌等杆菌、大肠杆菌等细致过程细致过程生物体有机氮生物体有机氮生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性大多数：异养兼厌气性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）3 3、环境对反硝化作用的影响、环境
29、对反硝化作用的影响 通气状况：厌氧或氧浓度较低条件下，才进行反通气状况：厌氧或氧浓度较低条件下，才进行反 硝化作用硝化作用 pH pH值：影响反硝化途径，值：影响反硝化途径，pHpH越低形成的氧化氮比越低形成的氧化氮比 例越高例越高 有机质与有机质与NONO- -3 3含量：含量：NONO- -3 3 浓度越高反硝化作用越浓度越高反硝化作用越 强，环境补充有机质，那么生成强，环境补充有机质，那么生成N N2 2就多就多生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用三、硫素循环三、硫素循环 硫元素在自然界的循环（红箭头表示植物硫元素在自然界的循环（红箭头表示植物与微生物共同进行的反应）与微生物共同进行
30、的反应）SSO42-H2S生生物物体体有有机硫机硫异化性硫酸盐还原异化性硫酸盐还原同同化化性性硫硫酸酸盐还原盐还原脱硫作用脱硫作用硫氧化作用硫氧化作用异化性硫还原异化性硫还原硫氧化作用硫氧化作用贝氏硫细菌贝氏硫细菌辫硫菌属辫硫菌属发硫菌属发硫菌属硫杆菌、光合硫杆菌、光合硫细菌硫细菌极端嗜热古细菌极端嗜热古细菌乙酸氧化脱硫单胞菌乙酸氧化脱硫单胞菌硫弧菌、脱硫肠杆菌、硫弧菌、脱硫肠杆菌、脱硫单胞菌、脱硫杆菌脱硫单胞菌、脱硫杆菌等专性厌氧菌等专性厌氧菌植物和植物和某些微生物某些微生物氧化硫硫杆菌等氧化硫硫杆菌等生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用有氧时：硫细菌氧化有氧时：硫细菌氧化H H2 2S
31、 S、S SSOSO4 42-2-缺氧时：硫酸盐还原菌缺氧时：硫酸盐还原菌SOSO4 42-2-S+HS+H2 2S S生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用硫酸盐还原菌与硫的沉积硫酸盐还原菌与硫的沉积有氧区有氧区无氧区无氧区SO42-H2S脱硫弧菌脱硫弧菌绿绿细细菌菌SS排硫硫杆菌排硫硫杆菌硫沉积硫沉积氧化硫杆菌等氧化硫杆菌等生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用硫循环的生态学意义硫循环的生态学意义微生物硫的氧化作用微生物硫的氧化作用H2SSSO42-首先可以将对动植物有毒害作用的硫化氢去除。首先可以将对动植物有毒害作用的硫化氢去除。其次，通过氧化作用产生大量的其次，通过氧化作用产生大量
32、的SO42可以使土壤中可以使土壤中不溶性的磷酸盐等无机物得到溶解，有利于植物和微生不溶性的磷酸盐等无机物得到溶解，有利于植物和微生物的生长。物的生长。再次，产生的再次，产生的SO42可用于浸矿将贫矿中的有用金属可用于浸矿将贫矿中的有用金属低成本提炼出来。低成本提炼出来。第四，利用微生物的硫氧化作用，提前对燃煤进行第四，利用微生物的硫氧化作用，提前对燃煤进行脱硫，防止煤燃烧产生大量的脱硫，防止煤燃烧产生大量的SO2导致酸雨（酸雨损害）导致酸雨（酸雨损害）。生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用四、磷的循环四、磷的循环不溶性磷酸盐不溶性磷酸盐磷酸或可溶性磷酸或可溶性磷酸盐磷酸盐与与土土壤壤中中的
33、的盐盐基基结结合合产产酸酸微微生生物物的的作作用用或或磷磷肥肥的的生产生产植植物物与与微微生生物物的吸收同化的吸收同化微微生生物物的的分分解作用解作用微生物在自然界中磷元素的循环作用微生物在自然界中磷元素的循环作用生物有机磷生物有机磷微生物代微生物代谢产生的谢产生的有机酸、有机酸、NO3-、SO42-等等与某些金与某些金属离子结属离子结合合磷酸酶磷酸酶生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用铁的循环铁的循环Fe2+Fe3+Fe3O4Fe3O4厌厌氧氧的的湖湖沼沼高高铁铁杆杆菌菌、还还原原金金属属地地杆杆菌菌、还还原原铁铁地地弧弧菌菌、乙乙酸酸氧氧化化脱脱硫硫单单胞胞菌菌、甲醇暗杆菌甲醇暗杆菌厌
34、厌氧氧紫紫色色光光养养细细菌菌趋磁水螺菌趋磁水螺菌未知的化学因素未知的化学因素 铁元素在自然界中的循环铁元素在自然界中的循环好好氧氧的的氧氧化化亚亚铁铁硫硫杆杆菌菌、嗜热的流化叶菌属等嗜热的流化叶菌属等五、五、其他元素的循环其他元素的循环Fe氧化氧化生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用嗜酸菌中的嗜酸菌中的化能自养菌化能自养菌自然界中铁的存在形式自然界中铁的存在形式FeFe2+Fe3+有机物螯合铁有机物螯合铁Fe+O2Fe3O4未知化学因素未知化学因素Fe3+Fe+SO42-2eFeSO2S循环循环Fe2+Fe3+有氧环境化能自养菌有氧环境化能自养菌厌氧化能自养菌厌氧化能自养菌生态学-微生物
35、在生物地球化学循环中的作用锰循环锰循环自然界锰主要以自然界锰主要以Mn2+、Mn4+存在厌氧或有氧，存在厌氧或有氧，pH5.5以以下，以下，以Mn2+存在，有氧存在，有氧pH大于大于8，以，以Mn4+存在存在Mn2+Mn4+球衣细菌球衣细菌各种产酸微生物各种产酸微生物生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用钙循环钙循环可溶性的可溶性的Ca(HCO3)2不可溶性不可溶性的的CaCO3CO2+Ca藻类和珊瑚虫藻类和珊瑚虫微生物微生物产生的有机、无机酸产生的有机、无机酸Ca3(PO4)2生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用各种元素循环之间的相互关系各种元素循环之间的相互关系C、H、O一起协同循环一起协同循环CO2光合、化能自养光合、化能自养有机物有机物高价的高价的N,S,Fe,Mn等等氧化氧化还原还原低价的低价的N,S,Fe,Mn等等CO2生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用
