第八章微生物在自然界物质循环中作用2案例
微生物在生物圈的作用
微生物在生物圈的作用
微生物在生物圈中扮演着重要的角色，它们在物质循环、能量转化、生态平衡等方面发挥着重要作用。
以下是一些具体的例子：
1. 物质循环：微生物通过分解有机物质，将其转化为无机物质，促进了物质的循环和再生。
例如，硝化细菌通过氧化氨和亚硝酸盐产生氮气和水，促进了氮循环。
2. 能量转化：微生物通过光合作用或化学合成作用，将无机物质转化为有机物质，实现了能量的转化和储存。
例如，蓝藻通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在有机物质中。
3. 生态平衡：微生物在生态系统中扮演着多种角色，包括分解者、生产者和消费者。
它们通过相互作用，维持了生态系统的平衡和稳定。
例如，分解者微生物可以分解死亡的动植物遗体，释放出有机物质和营养元素，为其他生物提供能量和营养。
总之，微生物在生物圈中扮演着非常重要的角色，它们通过各种方式促进物质循环、能量转化和生态平衡，维持了地球生命的繁荣和发展。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)课后习题(第八章 微生物在环境物质循环中的作用)【圣才出品】
第八章微生物在环境物质循环中的作用1．自然界中碳素如何循环？答：自然界中的碳素循环以二氧化碳为中心。
二氧化碳被植物、藻类利用进行光合作用，合成植物性碳；动物摄食植物就将植物性碳转化为动物性碳；动物和人呼吸放出二氧化碳，有机碳化合物被厌氧微生物和好氧微生物分解所产生的二氧化碳均返回大气。
而后，二氧化碳再一次被植物利用进入循环。
2．详述纤维素的好氧和厌氧分解过程。
有哪些微生物和酶参与？答：（1）纤维素的好氧分解①在有氧条件下，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖，纤维二糖在纤维二糖酶的作用下分解为葡萄糖，葡萄糖进一步分解为水和二氧化碳。
②参与好氧分解的微生物和酶有黏细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌等，纤维素酶、纤维二糖酶、氧化酶、脱氢酶、脱羧酶、细胞色素氧化酶。
（2）纤维素的厌氧分解①纤维素厌氧发酵产生葡萄糖之后有两种发酵途径，一是丙酮丁醇发酵，产物为丙酮、丁醇、乙酸、二氧化碳和氢气，二是丁酸发酵，产物为丁酸、乙酸、二氧化碳和氢气。
②参与厌氧分解的微生物有产纤维二糖梭菌、无芽孢厌氧分解菌及热解纤维梭菌等。
3．详述淀粉的好氧分解和厌氧分解过程。
有哪些微生物和酶参与？答：（1）淀粉的好氧分解①淀粉在糊精酶的作用下分解为糊精，糊精在麦芽糖酶的作用下水解为麦芽糖，麦芽糖在葡萄糖苷酶的作用下水解为葡萄糖，葡萄糖进一步水解为水和二氧化碳。
②参与淀粉的好氧分解的微生物有枯草芽孢杆菌、根霉、曲霉等。
③参与纤维素的好氧分解的酶有1，4-糊精酶、麦芽糖酶、氧化酶、葡萄糖苷酶、脱氢酶、脱羧酶、细胞色素氧化酶。
（2）淀粉的厌氧分解①淀粉降解为葡萄糖后，厌氧条件下，葡萄糖被酵母菌发酵为乙醇和二氧化碳。
②参与淀粉的厌氧分解的微生物有根霉、曲霉、酵母菌。
③参与淀粉的厌氧分解的酶有淀粉-1，6-糊精酶。
（3）专性厌氧菌对淀粉的分解①淀粉经厌氧发酵后水解为葡萄糖，之后有两种发酵途径：a．丙酮丁醇发酵，产物为丙酮、丁醇、乙酸、二氧化碳和氢气；b．丁酸发酵，产物为丁酸、乙酸、二氧化碳和氢气。
微生物在自然界物质循环中的作用
微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。氨化作用在农业生产中十分重要，施入土壤中的各种动植物残体和有机肥，包括绿肥、堆肥和厩肥都含有丰富的含氮有机物。这些有机物须通过各类微生物的作用，将其氨化后才能被植物吸收和利用。水中的氨化细菌有助于水体中氮的循环和水的清洁，湖的底泥中氨化细菌相当活跃(Genovese,1994)。
[14] Shivokene Y S Role of the digestive tract microorganisms in the ner of various physiological groups in carp during artificial feeding [J] Liet Tsr Mokslu Akad Darb Ser C Biol Mokslar 1996,2:143-151
2.1 固氮作用
分子态氮被还原成氨或其它氮化物的过程称为固氮作用。自然界氮的固定有两种方式，一是非生物固氮，即通过雷电、火山爆发和电离辐射等固氮以及人工合成氨，非生物固氮形成的氮化物在数量上远不能满足自然界生物生长的需要；二是生物固氮，即通过微生物的作用固氮，自然界生物生长所需要的氮大部分通过这种作用提供。生物固氮不仅经济，而且不破坏环境，在N2的转化中占有重要地位。湖水沉积物中含有大量的固氮菌(Peptea,1993)，能够固氮的微生物均为原核生物，主要有细菌、放线菌和蓝细菌(徐孝华,1991)。
[6] 王家玲等 环境微生物,北京:高等教育出版社,1988
[7] 夏淑芬 张甲耀 微生物生态学,武汉:武汉大学出版社,1988
[8] 徐孝华 普通微生物学,北京:北京农业大学出版社,1991
[9] 周德庆 微生物学教程,北京:高等教育出版社,1993
微生物在物质循环中的作用
微生物在物质循环中的作用1. 微生物的神奇世界微生物，嘿，听起来有点神秘吧？其实，它们就在我们身边，随时随地。
想想看，咱们的肚子里、土壤里、甚至空气中，都有微生物在忙碌着。
它们小得像灰尘，却有着无与伦比的力量。
这些小家伙们在自然界中扮演着超重要的角色，简直就像是大自然的清道夫。
它们不仅帮助我们消化食物，还在环境中进行物质循环，维持生态平衡，真是个“万事通”呢。
想象一下，土壤里的微生物就像一群勤劳的小工人，白天黑夜地忙碌着，把植物的残骸、动物的尸体等有机物分解成简单的营养物质。
这个过程可有意思了，微生物们就像是给土壤施肥的小仙女，帮助植物吸收养分，让一切焕发新生。
没它们可不行，土壤要是没有微生物，那可真是“无米之炊”，啥都种不了。
2. 物质循环的“中坚力量”2.1 碳循环说到物质循环，咱们不得不提碳循环。
简单来说，碳是生命的基础。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，长得茁壮，接着又被动物吃掉。
可是，动物死后怎么办呢？这就得靠微生物出马了。
它们把这些“遗体”给分解了，释放出二氧化碳，让植物再吸收，形成一个完美的循环。
要是没有这些微生物，二氧化碳就像个“恶霸”，不知该如何处理，环境肯定会变得一团糟。
2.2 氮循环然后还有氮循环。
氮是植物生长的重要元素，听上去就像是一道营养大餐。
可植物可不能直接吸收空气中的氮，这时候微生物就站出来了。
有些微生物能把空气中的氮转化为植物能用的形式，简直就是植物的“营养师”。
这帮小家伙儿的工作可不轻松，得在土壤里辛勤劳作，真是为我们默默奉献。
3. 微生物的多才多艺3.1 腐烂与再生微生物的才艺可不仅限于分解，它们还在腐烂与再生的过程中发挥着重要作用。
你想，落叶归根，树木的生命最终又回到了土壤中。
这一切的幕后英雄，就是这些小小的微生物。
它们把死亡的物质变成新生命的养分，生活在循环的舞台上，演绎着生命的交响曲。
3.2 对抗污染此外，微生物还在环境保护中大显身手。
面对工业污染，微生物能够分解有害物质，帮助清理环境。
环境微生物第八章
根据比值 BOD5／CODCr的大小，可推测废水的可生化性，见表 8．l所示。
土壤消毒试验
培养法 指在室内模拟生产、工程过程时，研究可生物降解性的一类方法。
（3）微生物降解实验法
第二种情况（图8．l（b），两条曲线基本重合，表明虽然投加了基质，微生物仍进行内源呼吸，说明该基质在测试时间内不可被微生物降解，但该有机物对微生物生命活动无抑制作用。
第三种情况（图8．1（C），生化呼吸曲线在内源呼吸曲线之下，说明该基质不仅难于被微生物降解，而且对微生物产生了抑制作用，致使其呼吸受到影响。生化呼吸曲线越接近横坐标，说明抑制作用越强。
根据进水、出水的CODCr、BOD5等水质指标，活性污泥增长状况和生物种类及数量的镜检，判断废水的可生化性；
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还可通过测起始CODCr和第30d的 CODCr（即 COD30），得到最高的 CODCr去除率。
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②培养法
（4）其他方法和指标
库仑仪法、脱氢酶活性测定、ATP量测定、总有机碳测定等也能用于可生物降解性的研究。
从20世纪60年代中期，发现一些土壤微生物可以降解非自然物质，如除草剂、杀虫剂、合成洗涤剂等开始，人类就致力于研究与开发用微生物清除各种废弃的人工合成物质的技术。
事实证明，微生物的降解与转化，是人类安全、有效、低成本清除有害物质的一条途径。
第一节 微生物降解与转化化学物质的能力
降解作用是微生物将复杂的污染物质分解为简单的小分子物质的过程。在该过程中，污染物分子碳链断裂或碳原子数目减少，同时产生大量的能量。有机物被彻底分解为CO2与H2O时，称为终极降解。 转化作用是微生物将污染物质从一种形式转变为另一种形式的过程。该过程不强调污染物分子碳链的断裂或碳原子数目的减少，所产生的能量也不及降解作用多。 微生物对复杂的有机污染物的代谢方式主要为降解作用。
微生物在地球物质循环中的作用
微生物在地球物质循环中的作用地球是一个庞大而复杂的系统，其中各种物质在不断地循环和转移。
微生物是地球上生物种类最丰富、最广泛分布的生物群体之一，其在地球物质循环中发挥着不可替代的作用。
本文将从微生物在土壤、水、大气等方面对物质循环的影响展开论述。
一、微生物在土壤物质循环中的作用1. 微生物的能量转化作用微生物通过分解有机物质为无机物质，能够释放出能量供自己和其他生物利用。
许多微生物通过腐烂作用分解植物和动物的尸体、粪便等死亡物质，将有机物质中的碳、氢、氧等元素转化成二氧化碳、水以及其他无机物质，并在此过程中释放出能量，这些无机物质及能量也能够被其他生命体利用。
2. 微生物的氮、磷等元素转化作用微生物中的许多种类能够将氮气转化成氨，使之变为能被植物直接利用的形式。
微生物还能够干扰土壤中磷和其他无机元素的循环，使之更适合被植物吸收。
这种元素转化作用可以使土壤肥沃，更适宜植物生长。
3. 微生物的土壤改良作用微生物通过胞体分解和分解有机物质，能够释放出多种有机物和有益物质，如氨、有机酸、多糖、生长因子和微量营养素等，对土壤的酸碱性、水分、结构等进行调节，并促进土壤微生物的繁殖和活动，提高土壤的肥力和水分保持能力。
二、微生物在水中物质循环中的作用1. 微生物的水分处理作用微生物可以利用悬浮在水中的溶解性有机物和营养盐，通过吸收、分解和胞外酶活性等方式，转化这些溶解性有机物和营养盐为悬浮微粒和生物质，促进了水体循环的平衡。
2. 微生物的水污染处理作用水体中的底泥中往往含有一定量的有机物和其他污染物，这些污染物通过微生物不断地转化和分解，被还原成无害的物质并且尽可能地去除掉。
3. 微生物的水促进溶解有机质的作用许多微生物能够利用水中溶解的有机物质，通过吸收、分解和胞外酶活性等方式，转化这些有机物质为悬浮微粒和生物质，促进了水体循环的平衡。
三、微生物在大气中物质循环中的作用1. 微生物的生物修复作用微生物能够用生物化的方式将大气中的污染物质，如空气中的污染物或持久性有机污染物，转化为非有毒的物质，这种过程被称为生物修复。
微生物与自然界物质循环中的重要作用
微生物与自然界物质循环中的重要作用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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微生物第八章试题及答案
微生物第八章试题及答案1. 试述微生物在生态系统中的作用。
答案：微生物在生态系统中扮演着分解者的角色，它们通过分解死亡的有机物质，将有机物质转化为无机物质，从而促进了物质循环。
此外，某些微生物还能进行固氮作用，为植物提供氮源，而一些光合细菌则能通过光合作用产生氧气。
2. 描述微生物在食品工业中的应用。
答案：微生物在食品工业中有着广泛的应用，如在发酵过程中，酵母菌用于面包和啤酒的生产，乳酸菌用于酸奶和奶酪的制作，而醋酸杆菌则用于醋的发酵。
此外，微生物还可用于生产酶制剂、食品添加剂和维生素等。
3. 阐述抗生素的发现对医学领域的影响。
答案：抗生素的发现极大地改变了医学领域，它为治疗由细菌引起的感染性疾病提供了有效的手段。
抗生素的广泛应用减少了感染性疾病的死亡率，提高了手术的成功率，并促进了现代医学的发展。
4. 列举几种常见的微生物分类方法。
答案：微生物的分类方法包括基于形态学的分类、基于生理生化特性的分类、基于遗传信息的分类等。
形态学分类主要依据微生物的形态特征，如细菌的菌落形态、真菌的孢子形态等。
生理生化分类则依据微生物的代谢类型、酶活性等生理生化特性。
遗传信息分类则是通过分析微生物的DNA序列来确定其分类。
5. 简述微生物在环境治理中的应用。
答案：微生物在环境治理中扮演着重要角色，它们可以用于污水处理、土壤修复和大气污染控制。
例如，某些细菌能够分解污水中的有机污染物，而某些真菌则能够吸收土壤中的重金属。
此外，一些微生物还能通过代谢作用减少大气中的温室气体排放。
6. 描述微生物在农业生产中的作用。
答案：微生物在农业生产中具有多种作用，包括提高土壤肥力、促进植物生长、防治植物病害等。
例如，固氮菌能够将大气中的氮转化为植物可利用的形式，而某些微生物则能够产生植物生长激素，促进植物生长。
此外，一些微生物还能产生抗生素，用于防治植物病害。
7. 列举几种常见的微生物疾病及其预防措施。
答案：常见的微生物疾病包括结核病、霍乱、肺炎等。
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4.3.2 氮循环
自然界的氮素循环 是各种元素循环的 中心，而微生物是 整个氮素循环的中 心。
氮元素的自然形态： （1）铵盐、亚硝酸盐、 硝酸盐、 （2）有机含氮物、 （3）氮气。
一、固氮作用
定义：在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转 化为氨，进而合成为有机氮化合物。这叫固氮作用。
林地4.0 108吨 海洋3.6 108吨 其它土壤0.6 108吨
化学固氮 高温（500℃）（200~500atm）
5.0 107吨/年
4.3.3 硫素循环
在自然界中硫有三态：元素硫、无机硫化物及含硫有机 化合物。这三者在化学和生物作用下相互转化着，构成 硫的循环。
生物体对硫的需要量约为氮的1/10。 硫循环与氮循环相似，各环节都有相应的微生物参与。
氧循环
大气中氧含量丰富，约占空气的21%。 人和动物呼吸、微生物分解有机物都需要氧。所消耗的 氧由陆地和水体中的植物及藻类进行光合作用放氧，源 源不断地补充到大气和水体中。
氧在水体的垂直方向分布不均匀。 表层水有溶解氧，深层和底层缺氧。 在夏季温暖地区的水体发生分层，温暖而密度小的表层 水和冷而密度大的底层分开，底层缺氧。
氮能力 • 3、联合固氮 • 介于中间的一种简单而特殊的共生固氮
二、氨化作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、硝化作用（nitrification）
定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为 硝酸态氮的过程。 过程：两阶段：（1）由亚硝化细菌参与，铵→亚硝酸；
（2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。 意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业有益。
• 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。
生物固氮与化学固氮的比较
生产条件 产量
生物固氮 温和（中温、常压） 根瘤菌属250Kg/公顷 非豆科植物共生固氮菌
22Kg/公顷 自生固氮菌
0.5~2.5Kg/公顷 共计：1.7 108吨/年 其中：草原3.5 107吨
二氧化碳再一次被植物利用进入循环 ，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。
4.3.1 碳循环
（CH2O）n 有机化合物
碳 素 循 环
1、光合微生物的种类和特性： 光合微生物：藻类、蓝细菌和光合细菌。 2、化能合成微生物的种类及特性
化能合成微生物的种类：氢细菌、硝化细菌、
有机物的矿化--二氧化碳的再生
• 食物链的媒介作用 • 自养生物同化作用合成的有机碳化合物，经食物链传递到
异养微生物体内并作为生长的基质被分解，有氧条件下有 机碳最终的代谢产物为CO2及难以分解的腐殖质。无氧条 件下代谢产物为有机酸、醇、CO2、氢等。
硝酸盐同化作用（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，这就是硝酸盐的同化作用。
四、反硝化作用
• 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。
也叫生物固氮
据统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5 107 吨，林地4.0 108吨，海洋3.6 108吨，其它土壤0.6 108吨。 根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。
固氮作用的三种途径
• 1、自生固氮 • 效率低，遇结合态氮(NH4+)就失去固氮
能力 • 2、共生固氮 • 固氮效率高，遇结合态氮(NH4+)仍有固
夏季湖泊水含氧量及水温的分层情况
4.3.1 碳循环
含碳物质有二氧化碳、碳水化合物(如：糖、淀粉、纤维素等) 、脂肪、蛋白质等。
碳循环以二氧化碳为中心，二氧化碳被植物、藻类利用进行光 合作用，合成为植物性碳；动物吃植物就将植物性碳转化为动物性 碳；动物和人呼吸放出二氧化碳；有机碳化合物被厌氧微生物和好 氧微生物分解所产生的二氧化碳放回到大气。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。
• 条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）
• 菌种：化能自养菌和部分异养菌。
• 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。
4.3
微生物 在自然界物质循环中的作用
4.3 微生物在自然界物质循环中的作用
生物地球化学循环(biogeochemical cycles)
是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物 圈中的转化和运动。这种循环是地球化学循环的重要组 成部分。
物质循环有氧、碳、氮、硫、磷、铁、锰及各种有毒 或无毒污染物的循环。 一是光合生物对无机营养物的同化 二是后来进行的异养生物的矿化。 实际上所有的生物都参与生物地球化学循环。微生物在有 机物的矿化中起决定性作用，地球上90%以上有机物的矿 化都是由细菌和真菌完成的。
光合作用藻 类、绿色植 物、蓝细菌
甲烷氧化细菌
CH4
产甲烷细菌
甲基化合物 光合 细菌
CO2 沉积作用
有机化合物
（CH2O） n
呼吸作用动 植物及微生 物
需氧 厌氧
厌氧呼吸、发 酵厌氧微生物， 包括光合细菌
下面介绍几种含碳化合物的转化：
一、碳的有机化---CO2的固定 二氧化碳的固定是将二氧化碳还原为碳水化合物的生化反 应过程。
菌种：
1.植物和微生物 2.腐败微生物 3.好氧：贝日阿托氏菌属、发硫菌属、硫杆菌属
厌氧：绿菌属、着色菌属 4.脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属 5.脱硫单胞菌属
Figure 27.7