微生物在环境物质循环中的作用

无论是O2还是CO2 ，除了在大气中 的含量以外，它们在水体（海洋）中的 含量，也是不可忽视的。
此循环的平衡，具有十分重要的意义， 如维持大气中CO2的浓度。
第二节 碳循环
自然界中含碳物质有CO2、碳水化合物、脂肪、 蛋白质等。碳的循环是以CO2为中心的。
在碳循环中，CO2大部分来源于微生物分解有机物， 另外，由于CO2同时也参与氧循环，因此，实际上C 和O循环是相互关联的。
❖ 水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、 肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂
❖ 降解油脂较快的微生物：
❖ 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌 ❖ 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌 ❖ 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉 ❖ 途径：水解+β氧化
脂肪酸的β－氧化
❖ 1.脂肪酸先被脂酰硫激酶激活 ❖ 2.在α、β碳原子上脱氢、加水，再脱氢、再
酶
邻苯二酚
酮基己二酸
+ O2 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
三羧酸循环 CO2 + H2O
1mol硬脂酸完全氧化，共得能量： 16＋17×7＋12＝147
第一次 β－氧化
最后一次 β－氧化
六 木质素的转化
•木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，
Lignin 木质素
木质素 空腔 纤维素
自然界中能够进行木质素降解的微生物有哪些呢？
• 干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓 菌
萘
铜绿色假单胞 菌、溶条假单胞 菌、诺卡氏菌、 球形小球菌、无 色杆菌及分枝杆 菌
菲
菲杆 菌、菲 芽孢杆 菌
蒽
荧光假单胞 菌和铜绿色 假单胞菌、 小球菌及大 肠埃希氏菌
苯的代谢
萘 的 代 谢
菲的代谢
蒽的代谢
❖ 酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降 解的后半段是相同的，可表示如下
苯 酚 氧化酶 萘 菲 + O2 蒽
CO2可以成为植物、藻类的碳源，大气中CO2的含量 为0.032%（320ppm），这个值由于人类活动大量产 生CO2进入大气中而在增加，造成所谓的气候变暖。 由此带来一系列的问题，成为当今世界最关注的热 点之一。
下面介绍几种含碳化合物的转化：
一、纤维素的转化
纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，(C6H10O5)n， n=1400-10000
10环境工程 第三组
组员：XXX
第八章 微生物在环境物质循环 中作用
主要内容
一、氧循环
二、碳循环
1.纤维素的转化 2.半纤维素的转化 3.果胶质的转化 4.淀粉的转化 5.脂肪的转化 6.木质素的转化 7.烃类物质的转化
第一节 氧循环
大气中的O2（包括水体）
呼吸作用
光合作用
CO2
O2在大气中分布均匀，而在水体中有 垂直方向上的变化。
分解过程
三 果胶质的转化
由D-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷键构成的直链 高分子化合物。存在于植物细胞中。天然的 果胶不溶于水，称为原果胶。 来源：造纸、制麻等。 作用的微生物：
细菌（如枯草杆菌、多粘芽孢杆 菌、……）
真菌（青霉，曲霉、木霉等） 也有一些放线菌
分解过程： 原果胶酶
原果胶 ——→ 水解
加水 ❖ 3.在α、β碳位之间的碳链断裂，生成1mol
乙酰辅酶A和碳链较原来少两个碳原子的脂 肪酸。 ❖ 4.乙酰辅酶A进入三羧酸循环完全氧化成二 氧化碳和水。 ❖ 5.剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸 可重复一次β－氧化，以至完全形成乙酰辅 酶A。
以硬脂酸为例
❖ 1mol硬脂酸含18个碳原子，需要经过8次β －氧化作用，全部降解为9mol乙酰辅酶A。
七 烃类物质的转化
❖ 什么是石油？ 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的 复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事 故现场以及石化行业的工业废水中。
（一）烷烃的转化 （二）芳香烃化合物的转化
已知降解不同芳香烃的细菌类别
微生物 名称
苯类 酚类
荧光假单胞 菌、铜绿色 假单胞菌及 苯杆菌
来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、 印染等。
作用的微生物：细菌、放线菌和真菌。
分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶） 的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后， 才能被微生物吸收分解。
（一）纤维素的分解途径
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
木霉及毛霉。 ❖ 需要时可以向有菌种库的研究机构购
买或自行筛选。
（三）纤维素酶所在的部位
❖ 细菌的纤维素酶结合在细胞质膜上，是表 面酶。
❖ 真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可分泌 到培养基中。
二 半纤维素的转化
存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中 含半纤维素。
分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。 许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维 素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
18碳硬脂酸
8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoA
TCA
ATP H2O CO2
18碳硬脂酸完全氧化可产生的能量
1mol乙酰辅酶A经三羧酸循环氧化产生 1molFADH2经呼吸链氧化产生 1molNADH2经呼吸链氧化产生 总共产生 开始激活硬脂酸时消耗 净得
12molATP 2molATP 3molATP 17molATP -1molATP 16molATP
可溶性果胶 + 聚戊糖 水解 果胶甲脂酶
果胶酸 + 甲醇
水解
聚半乳糖酶
半乳糖醛酸
❖ 分解果胶质的微生物
好氧菌：枯草芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌、 浸软芽孢杆菌及不生芽孢的软腐欧式杆菌。
厌氧菌有蚀果胶梭菌和费新尼亚浸麻梭菌。
真菌有青霉、曲霉、木霉等。放线菌也可 分解果胶。
四 淀粉的转化
❖ 1.淀粉的种类 淀粉分为直链淀粉（ α－1，4结合） 支链淀粉（ α－1，6结合）
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
（二）百度文库解纤维素的微生物
❖ 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和 纤维弧菌
❖ 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、 无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭 菌。
❖放 线 菌——链霉菌属。 ❖真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、
❖ 2.淀粉的降解途径 途径1.枯草杆菌将淀粉分解为CO2 途径2.根霉和曲霉先将淀粉转化为葡萄糖，
接着由酵母菌将葡萄糖发酵为乙醇和CO2 途径3.梭状芽孢杆菌参与发酵 途径4.丁酸梭状芽孢杆菌参与发酵
❖ 分解过程：
五 油脂的转化
❖ 由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态 的称为脂；由不饱和脂肪酸和甘油组成，在 常温下呈液态的称为油。