教案10 微生物对有机物的分解作用
高中生物菌类分解教案
高中生物菌类分解教案
目标：了解菌类在生态系统中的重要作用，掌握菌类分解有机物的过程和机制。
一、前导知识概念导入（5分钟）
1. 回顾生物分类中菌类的位置及其重要性。
2. 提出问题：菌类在生态系统中扮演什么角色？它们如何分解有机物？
二、学习内容展示（15分钟）
1. 讲解菌类分解的定义及其重要性。
2. 介绍菌类分解有机物的过程：通过分泌外生酶、吞噬等方式分解有机物为简单的物质。
3. 详细说明菌类分解的机制：外生酶作用、内吞咽体等。
三、实验环节（20分钟）
1. 实验目的：观察不同条件下菌类对有机物的分解能力。
2. 实验步骤：
a. 准备不同条件下的培养皿：一般条件、低温、缺氧等。
b. 分别加入相同量的有机物，如纸、果皮、面包渣等。
c. 放置培养皿，观察并记录菌类分解的情况。
3. 实验总结与讨论：根据实验结果讨论菌类分解的条件和机理。
四、知识梳理（10分钟）
1. 提问：菌类如何分解有机物？它们在生态系统中有什么重要作用？
2. 回答问题并总结要点。
五、练习与作业（5分钟）
1. 练习题：描述菌类分解有机物的过程及作用。
2. 布置作业：查阅资料，探究当代生态学中菌类分解的新进展。
六、课堂反馈（5分钟）
1. 学生提问，教师解答相关疑问。
2. 学生思考并讨论菌类分解对生态系统的影响。
注：教案可适当调整实验内容或增加生物图谱的绘制等活动。
“土壤微生物的分解作用”实验研究
“土壤微生物的分解作用”实验研究
实验目的：研究土壤中微生物对有机物的分解作用。
实验材料：
1. 不同种类的有机物，如果皮、蔬菜残渣、泥炭等。
2. 老鼠食盐酸。
3. 不同种类的土壤样本。
4. 三角瓶、玻璃棒、塞子等实验器材。
实验步骤：
1. 将不同种类的有机物分别取出一定量，如果皮、蔬菜残渣、
泥炭等，放入三角瓶中。
2. 取三个土壤样本，分别命名为A、B、C。
3. 在A土壤样本中加入果皮，B土壤样本中加入蔬菜残渣，C
土壤样本中加入泥炭，每个样本中的有机物量应该相等。
4. 在每个三角瓶中加入适量的老鼠食盐酸，促进微生物的生长。
5. 用玻璃棒轻轻拌匀土壤样本和有机物，然后用塞子封闭三角瓶，防止外界空气和微生物的干扰。
6. 将三个三角瓶放置在室温下，不要直接接触阳光和强风。
7. 每天观察有机物的分解情况，并记录下来。
实验结果：
经过一段时间的观察和记录，可以发现，不同种类的有机物被
微生物的分解速度是不同的，泥炭的分解速度比果皮和蔬菜残渣要
慢一些。
此外，土壤中微生物的多少、气温和湿度等因素也会影响
分解速度。
实验结论：
土壤中的微生物可以通过分解有机物来释放营养物质，并进一
步维护生态系统的平衡。
同时，不同种类的有机物在分解过程中由
于其分子结构的不同，需要各种类型的微生物才能顺利分解。
因此，保护土壤中的微生物生物多样性也是非常重要的。
第十章微生物对污染物分解与转化作用
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、H2S、PO34 等 + 能量
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
甲烷细菌的作用
有机物的厌氧分解
10
第一节 微生物对有机物的分解作用
厌氧分解（降解）的三阶段、四类群过程
有机物 Ⅰ 发酵性细菌 脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等）、醇类
Ⅱ 产氢产乙酸细菌
乙酸
Ⅳ
同型产乙 酸细菌
生物分解类型
生物去除 （Bioelimination）
初级分解（Primary biodegradation）
环境可接收的分解 （Environmentally acceptable biodegradation） 完全分解(矿化) （Ultimate biodegradation）
特点
分解对象有机物的 分析方法
毒性达到环境安全要求的程度。
官能团分析
毒性测试
有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O 总有机碳分析
等）的分解
产生的CO2分5 析
第一节 微生物对有机物的分解作用
根据分解 条件分类
好氧分解：在好氧条件下进行的分解 厌氧分解：在厌氧条件下进行的分解
好氧呼吸 厌氧呼吸 发酵
微生 物的 分类
• 好氧微生物（aerobe）：只能在有氧条件下生 长，没有氧气无法生存
臭味物质
S—— H2S
P—— PO43
低级脂肪酸也有臭味 12
第一节 微生物对有机物的分解作用
好氧分解与厌氧分解的比较
• 好氧降解的有机物降解速率快、彻底； • 能量利用率高； • 菌体转化率高（合成系数大）、合成速率快
产生差别的主要原因：能量代谢水平（利用程度）不同
教案10 微生物对有机物的分解作用
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
3.厌氧分解影响因素
(五)营养与C/N比。与好氧法相比，厌氧处理对污水中N、P要求较 低。有资料报导，只要达到COD:N:P=800：5：1即可以满足厌氧处理的 营养要求。但一般来讲，要求C/N比达到（10～20）：1为宜。如太高则 细胞含氮量不足，消化液的缓冲能力低，pH容易降低，若太低，氮量过 高，pH可能上升，铵盐容易积累，会抑制厌氧过程 。 （六）有毒物质。重金属能使酶变性以及其与氢氧化物的絮凝作 用亦能使酶沉淀；H2S的毒害作用：脱硫弧菌会优先还原SO42-和SO32-， 产生H2S ，形成与产甲烷菌对基质的竞争， H2S 对产甲烷菌的毒害作 用更进一步影响系统的正常工作；氨的毒害作用：当有机酸积累时，pH 降低，此时NH3转变为NH4+，当浓度超过150mg/L时，消化受抑制。
<0.1
<0.3
差
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
2.厌氧分解机理
合成
细胞物质
两段理论
有机物++微生 物 （COHNSP）
氧化（呼吸）
细胞物质 有机酸、醇 CO2、H2O、NH3 SO42-、PO43-+能量
+微生物
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
甲烷细菌的作用
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
（1）有机物的氧化
一般可表示：细菌C5H7NO2；真菌C10H17NO6 ；藻类C5H8NO2；原生动物C7H14NO3
1 1 1 CxHyOz ( x y z )O2 xCO2 yH 2O 能量 4 2 2
ny n z 5)O 2 4 2 1 C5 H 7 NO2 +(nx-5)CO2 + ( ny 4)H 2O 能量 2 n(CxHyOz ) NH 3 (nx
七年级生物教案：有机物的分解利用
七年级生物教案：有机物的分解利用第一章：引言教学目标：1. 让学生了解有机物分解利用的概念和重要性。
2. 培养学生对生物学的兴趣和好奇心。
教学内容：1. 有机物的定义和特点。
2. 有机物分解利用的意义。
教学步骤：1. 引入有机物的概念，让学生举例说明有机物。
2. 讲解有机物的特点，如大分子、多样性等。
3. 引导学生思考有机物分解利用的重要性。
4. 讲解有机物分解利用的意义，如能量释放、物质循环等。
教学活动：1. 学生展示对有机物的了解，进行小组讨论。
2. 学生进行实验观察，如有机物的燃烧等。
第二章：有机物的分解过程教学目标：1. 让学生了解有机物分解的过程和方式。
2. 培养学生对生物学实验的操作能力。
教学内容：1. 有机物分解的酶的作用。
2. 有机物分解的方式，如水解、氧化等。
教学步骤：1. 讲解酶的作用，如加速化学反应等。
2. 引导学生了解有机物分解的方式。
3. 进行实验操作，观察有机物分解的过程。
教学活动：1. 学生进行小组讨论，了解酶的作用。
2. 学生进行实验操作，如有机物的水解实验。
第三章：微生物在有机物分解中的作用教学目标：1. 让学生了解微生物在有机物分解中的重要作用。
2. 培养学生对微生物学的基本概念的了解。
教学内容：1. 微生物的定义和分类。
2. 微生物在有机物分解中的作用，如产生酶等。
教学步骤：1. 讲解微生物的定义和分类。
2. 引导学生了解微生物在有机物分解中的作用。
3. 进行实验操作，观察微生物对有机物分解的影响。
教学活动：1. 学生进行小组讨论，了解微生物的定义和分类。
2. 学生进行实验操作，如微生物分解实验。
第四章：有机物分解利用的意义教学目标：1. 让学生了解有机物分解利用对生态环境的重要性。
2. 培养学生对环境保护的意识。
教学内容：1. 有机物分解利用对生态环境的影响。
2. 有机物分解利用在农业生产中的应用。
教学步骤：1. 讲解有机物分解利用对生态环境的重要性。
2. 引导学生了解有机物分解利用在农业生产中的应用。
微生物的分解作用
微生物的分解作用
微生物的分解作用是指生物体组成以及其他有机物在微生物的作用下，通过一系列化学反应而分解成简单的化合物和元素，最终形成能够被生物系统重新利用的有机物。
它是土壤中重要的生命活动之一，也是土壤生态系统中重要的生物过程。
微生物的分解作用是微生物对有机物的分解过程，其中微生物利用有机物的有机碳，氮，磷，硫等元素，并将它们转化为可以再次被生物系统利用的单元，如小分子有机酸，氨基酸，核酸，糖，等。
通常情况下，微生物的分解作用是一个复杂的系统，它受到环境因素的影响，而且涉及到多种微生物的参与。
微生物分解作用可以分为三个主要步骤：
1）降解作用：微生物将复杂的有机物质分解成较小的物质，如蛋白质分解为氨基酸，淀粉分解为单糖，脂肪分解为脂肪酸等。
2）细菌的代谢作用：微生物将较小的有机物质进一步代谢，如氨基酸分解为二氧化碳和水，脂肪酸分解为短链醇等。
3）矿化作用：微生物将有机物质中的碳、氮、磷、硫等元素分解为无机物，如硝酸盐等，使这些元素可以被生物系统再次利用。
微生物分解作用可以改善土壤的物理性质和化学性质，从而促进土壤的生物活性、肥力和营养状况的改善。
它不仅提供了大量的有机物质可供植物生长，而且还可以提供大量的无机养分，如氮、磷和硫等元素，从而改善土壤的生态环境。
微生物分解作用可以促进水土保持，减少水土流失，保护土壤表层，维护土壤的生态系统，减少污染物的污染，减少农药的使用，促进和改善土壤的肥力，使用土壤的有效性更高，提高作物的产量和品质，改善农业生态环境，改善人们的生活环境等。
微生物的分解作用是土壤生态系统中重要的生物过程，对植物生长，土壤性质，水土保持，环境保护，农业生产等方面都具有重要意义。
微生物在环境中的分解和转化作用
微生物在环境中的分解和转化作用简介：微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、原生动物和病毒等。
在自然界中，微生物扮演着非常重要的角色，尤其是在环境中的分解和转化作用上。
本文将探讨微生物在环境中的分解和转化作用，包括其对土壤、水体和空气中的有机物质的分解，以及有害物质的转化和降解。
1. 微生物对土壤中有机物质的分解作用土壤是生物活动的重要场所，其中包含大量的有机物质。
微生物通过分解有机物质，将其转化为更简单的化合物，供植物吸收和利用。
这种分解作用主要是由细菌和真菌完成的。
细菌通过分泌酶类物质，将有机物质降解为小分子的有机物和无机物。
例如，硝化细菌可以将土壤中的氨氮转化为硝酸盐，供植物吸收和利用。
而腐殖质降解细菌则能将有机质转化为可供植物利用的无机物。
真菌则通过分泌酶类物质，将有机物质分解为低分子量化合物，如果糖、葡萄糖等，供自身生长和繁殖使用。
同时，真菌也能将有机物质分解为二氧化碳和水，释放到土壤中。
2. 微生物对水体中有机物质的分解作用水体是它们生存和繁殖的重要场所，但水体中的有机物质也是微生物活动的主要来源。
微生物通过对水体中的有机物质的分解作用，使其转化为无机物，进一步影响水体的质量与生态系统。
细菌和真菌同样扮演了关键的角色。
细菌通过对有机物质的分解，将其转化为碳酸盐、氨氮等无机物质，进一步影响水体中的生态环境。
真菌则分泌酶类物质，将有机物质分解为低分子量化合物，其中一些还能作为浮游生物的食物来源。
此外，微生物在水体中的分解作用还有助于维持水体的营养循环。
细菌通过分解植物和动物的遗体，将有机物质转化为无机物质，进一步为水中的生物提供养分。
3. 微生物对空气中有机物质的分解作用尽管空气中有机物质的含量较低，但微生物在其中的作用同样不可忽视。
微生物通过空气中的悬浮颗粒和微粒，吸附和附着微生物，并利用其中的有机物质进行生长和繁殖。
细菌能够分解空气中的有机物质，将其转化为二氧化碳和水。
此外，微生物还可以利用颗粒物质中的有机物质进行代谢，如异养细菌通过分解硫化氢等有机物质，进一步转化为无机物质。
微生物对污染物的分解作用
厌氧固氮菌是通过发酵碳水化合物至丙酮酸，有丙酮酸 磷酸解过程中合成ATP提供固蛋所需。好氧固氮菌则是通过 好氧呼吸由TCA循环产生FADH2、NADH2等经电子传递链 产生ATP
1、大多数细菌、放线菌及真菌利用硝酸盐为氮素营养， 通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原成氨。
HNO3 2[H ] HNO2 2[H ] HNO H2O HN (OH )2 2[H ] NH2OH 2[H ] NH3
2、反硝化细菌（兼性厌氧菌）在厌氧条件下，将硝酸还原 为氮气
有氧条件下分解木质素比厌氧条件下快，真菌分解木 质素比细菌快。
七、烃类物质的转化
1、烷烃的转化
烷烃的通式 CnH2n2 ，可被微生物氧化 CH4 2O2 CO2 2H2O 887kJ
氧化1mol甲烷需要2mol氧气，形成1mol二氧化碳，但 是由于有一部分甲烷要参与组成细胞物质。
微生物对污染物的分解与 转化
第一节 微生物对有机物的分解作用
一、生物分解的一般特点与分类
微生物对有机物的分解作用一般被称为“生物分解” 或者“生物降解”
有机物的生物分解是通过一系列的生化反映，最 终将有机物经逐步分解成小分子的有机物或简单 无机物的过程。
有机物的生物 分解类型
生物去除 初级分解 环境可接收的分解 完全分解
甘油的转化：
脂肪酸的β氧化：
奇数碳原子的 脂肪酸β氧化， 产物除了乙酰 辅酶A外，还 有丙酸。
能量的计算：
18C硬脂酸完全氧化可产生大量能量。1mol硬脂酰辅酶A 每经一次β氧化作用，产生1mol乙酰辅酶A，1mol FADH2， 以及1mol NADH2。
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武汉大学 资源与环境科学学院 王红萍副教授 环境工程系
微生物对污染物的分解与转化
Microbial Decomposition and Transformation
一、微生物对有机物的分解作用
1. 2. 3. 4. 生物分解的一般特点 有机物的好氧生物分解 有机物的厌氧生物分解 污水中有机污染物的生物分解性评价
有机体分解（内源呼吸） 污染物、细胞构成物 C、H、O、N、P、S 等矿物元素、维生素等 微生物体
合成
能源
化学能（污染物等）、 光能 受氢体 O2、CO2、SO42-、NO3-
微 生 物
分解
生物污泥
生 物 不 可 降 解 残 留 物
能
+
分解产物
热能
CO2、H2O、NH4+、NO2-NO3-、 SO42-、PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、硫醇 等简单化合物
（2）细胞物质合成
（3）细胞物质的氧化
C5H7 NO2 5O2 5CO2 2H2O NH3 能量
一、微生物对有机物的分解作用（2） 有机物的好氧生物分解
4. 好氧分解——细胞物质的生长
有机物氧化和合成的比例随有机物的性质和微生物的种类、活动 等而有不同。在污水生物处理过程中，一般情况下，生物处理构筑 物内新生长的细胞等于所合成的细胞物质减去由于内源呼吸而耗去 的细胞物质，可用下式表示：
X =aS bX
式中： X ——新生长的细胞物质（kg/d）; S ——所利用的基质，即去除的BOD5（kg/d）; X ——构筑物内原有的细胞物质（kg）； a ——合成系数[合成的细胞物质（kg）/去除的BOD5（kg）]； b ——细胞自身氧化率或衰减系数（1/d）。
一、微生物对有机物的分解作用（2） 有机物的好氧生物分解
5. 好氧分解——需氧量
有机物生物氧化所需要的氧量则包括微生物生长和自身氧化 过程所需的全部氧量，可用下列关系式表示：
O2 aS bX
式中：
O 2 ——微生物需氧量（kg/d）; S ——所去除的BOD5（kg/d）；
X a b
——微生物重量（kg）； ——去除单位BOD5所需的氧量（kg/kg）； ——微生物自身氧化需氧量（1/d）。
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
厌好氧分解是在无氧的条件下，借厌氧微生物（包括兼性微生物，主 要是厌氧菌）的作用进行的生物分解作用。有机物的厌氧分解主要用于高 浓度有机污水的处理，但近年来对厌氧生物分解处理中、低浓度有机污水 中的应用备受关注。
1.厌氧分解的特点
厌氧分解所产生的气体中，甲烷约占50%～75%，二氧化碳约占20 %～30%，发热量高，一般为20900～25080kcal/m3，是一种很好的燃料。 对不溶性有机物，厌氧分解时，先要通过胞外酶的作用，成为溶解性有 机物后，才能被细菌吸收。而胞外酶的水解作用很缓慢，因此固体物质 在进行厌氧处理前，尽量粉碎或打成小块。
一、微生物对有机物的分解作用（2） 有机物的好氧生物分解
2. 好氧分解——流程
合成 有机物+氧+微生物 细胞物质（微生物的增长）
（COHNSP）
氧化（呼吸） CO2、H2O、NH3 SO42-、PO43＋
能量
热
有机物的好养分解流程
一、微生物对有机物的分解作用（2） 有机物的好氧生物分解
3. 好氧分解——机理
随水排出
有机污染物在污水生物处理过程中的转化途径
一、微生物对有机物的分解作用（2） 有机物的好氧生物分解
1.好养分解——特点
好氧分解是在有氧的条件下，借好氧微生物（包括兼性微生物， 主要是好氧细菌或兼性细菌）的作用进行的生物分解作用。
与厌氧生物分解相比，有机物的好氧分解往往具有分解速率快、 分解程度彻底、能量利用率高、转化为细胞的比列大等特点。有机物 主要由C、N、H、O、N、S、P等元素构成，其最后总产物为稳定而无臭 的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。
（1）有机物的氧化
一般可表示：细菌C5H7NO2；真菌C10H17NO6 ；藻类C5H8NO2；原生动物C7H14NO3
1 1 1 CxHyOz ( x y z )O2 xCO2 yH 2O 能量 4 2 2
ny n z 5)O 2 4 2 1 C5 H 7 NO2 +(nx-5)CO2 + ( ny 4)H 2O 能量 2 n(CxHyOz ) NH 3 (nx
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
2.厌氧分解机理
合成
细胞物质
两段理论
有机物++微生 物 （COHNSP）
氧化（呼吸）
细胞物质 有机酸、醇 CO2、H2O、NH3 SO42-、PO43-+能量
+微生物
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
甲烷细菌的作用
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
2.厌氧分解机理 三段理论
1979年，Bryant研究认为两阶段理论不够完善，提出三段理论。该 理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2O/CO2甲烷等后，才能被产甲烷菌 利用。三阶段理论包括： （一）水解发酵阶段。复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首 先分解为简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单的糖类；蛋白质 转化成较简单的氨基酸；脂类转化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的 有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸、丁酸 等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵菌是专性厌氧菌和兼性厌 氧菌。
二、有机物的生物分解性
1. 不含氮有机物的生物分解 2. 含氮有机物的生物分解 3. 微生物对无机元素的转化作用
三、生物对污染物的浓缩与吸附作用
一、微生物对有机物的分解作用（1） 生物分解的一般特点
有机物的生物分解是通过一系列的生化反应，最终 将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的过程。 有机物生物分解的一般机制是有机物经逐步分解后， 产生能进入TCA循环或能作为合成代谢原料的中间代谢产 物，继而被转化为小分子有机物、无机物等分解产物和 微生物细胞。 有机物进入TCA循环之前的逐步分解过程因化合物 而异，但进入之后过程基本相同。