【教学课件】第一章生物有机质和沉积有机质
【学习课件】第二章沉积有机质
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生物圈的演变
➢ 概念：生物的活动范围，包括接
近地表的大气圈、地壳表层和水 圈，合称生物圈，其上限尚无确 切资料，其下限在海洋可达深海， 陆地可达有水分而温度不超过 100℃的地方
➢ 生物圈的演变特征
✓ 在地球发展过程中，生物圈经历 了由低级到高级、由简单到复杂、 由单一到多样的演化过程
14
沉积有机质
概念：活体生物的遗体及其分泌物和排泄物直接或间接进入 沉积物、或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积 物中、或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物 的那部分有机质称为沉积有机质
在这一概念中包含了三个层次：其一是活体生物活动所产生
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7
生物有机质的化学组成
生物有机质的化学组成主要包括：碳水化合物、脂类、蛋白质和木质 素
碳水化合物：又称糖类化合物，是光合作用的产物，为生物的生命活 动提供基本能量；其基本组成单元是葡萄糖
脂类：又称类脂化合物，是维持生命不可或缺的物质；主要有脂肪酸、 蜡、甾类及萜类化合物，其中甾类和萜类化合物是以异戊二烯为单元 形成的一系列化合物，萜类化合物根据异戊二烯单元数目，可分为单 萜（2个）、倍半萜（3个）、双萜（4个）、三萜（6个）、四萜（8 个）和多萜类化合物；异戊二烯单元可以以头—头或头—尾或尾—尾 方式相连接
【2024版】土壤生物与土壤有机质(共66张PPT)
•
• 2、含氮有机质的矿化
• 以蛋白质为例
• (1)水解过程（hydrolysis）：蛋白质在酶的作用下，水解成为氨基酸的过程 。
•
蛋白酶 （proteinase）
对烟草，可以促进K 吸收，抑制Cl 、SO 的吸收，提高烟草品 嫌气条件下，丁酸发酵，放出大量温室效应气体（green house effect gases）, 沼气（meth4ane, or marsh gas）。
好气细菌、厌气细菌 蓝细菌
土壤生物的主要类群示 意图
土壤生物
土壤微生物种群的多样性
（一）原核微生物
1、古细菌
古细菌包括甲烷产生菌、极端嗜酸热菌和
极端嗜盐菌
现已探明生物适应特殊环境因子的遗传基因 普遍存在于质粒上。因此，有可能把这类生活在极 端环境的古细菌作为特殊基因库，用以构建有益的 新种。
土壤生物
• 硫化细菌
• 氨化细菌
在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要
的角色。
细 菌 菌 落
根瘤
3、放线菌
☆ 放线菌也是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢子
每克土壤中的细胞数在104～106变动。
☆ 链霉菌属，占70%～90%；其次为诺卡氏菌属占10%～30%；
小单胞菌属占第三位，只有1%～15%。它们的大部分均属
•
•
矿质化过程
•
腐殖化过程
• 矿物质 • 及热能
分解 微生物
进入土壤的 分解后合成 腐殖质
有机质
微生物
图4-1 有机质的分解与合成示意图
油气地球化学知识框架
油气地球化学知识框架(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--油气地球化学第一章生物有机质组成与沉积模式第一节有机质的形成与全球碳循环一、生命的起源与演化二、光合作用三、对地球上有机质有主要贡献的生物1、浮游植物（时间长、水体面积高、繁殖率高）2、细菌（时间长、分布广、适应性极强、繁殖快）3、高等植物（出现晚，分布在陆地保存难、可富集演化为煤层）4、浮游动物（食物消费者产率低、低等浮游动物数量较大）四、有机碳的循环1、有机圈2、有机碳的循环 (1)生物化学亚循环 (2)地球化学亚循环第二节生物有机质的组成和性质一、碳水化合物二、蛋白质和氨基酸（一）蛋白质(二)氨基酸(三)酶三、脂类1．脂肪酸2．腊3.萜类和甾类化合物4.甾族化合物四、木质素和丹宁五、色素第三节有机质沉积模式一、有机质沉积的控制因素1、生物控制因素:微生物降解、原始生产速率2、物理控制因素:有机质沉积速率、沉积环境、有机质的搬运作用二、缺氧环境的类型1、大型缺氧湖泊（1）深水是缺氧湖泊发育的重要条件（2）缺氧湖泊的发育与纬度有关（四季变化明显的湖泊底水含氧量大,热带湖泊含氧量少）2、海相缺氧环境(1)缺氧封闭局限海盆(2)由上升流形成的缺氧沉积第二章沉积有机质组成及成岩演化第一节腐殖质的组成、结构和性质1、腐殖质的概念：是指土壤、天然水和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的暗色有机质。
2、腐殖质的形成、提取及分类(1)形成有机质受细菌作用后剩余的木质素、氨基酸、脂肪酸、酚、纤维素等在微生物作用下缩合而成（在强还原环境下可以不形成腐殖质）(2)提取与分类富啡酸（FA）、胡敏酸(HA)、胡敏素(3)腐殖酸元素组成主要为C、H、O、S、N，其中C、O两项占90%以上3.腐殖酸的结构A富克斯结构模型 B费尔伯克结构模型 C特拉古诺夫结构模型 D库哈连科结构通式4.腐殖酸的物理化学性质(1)胶体性和可溶性(2)明显的酸性(3)亲水性(4)热解性质5.腐殖质的演化第二节可溶有机质一、可溶有机质的定义凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽取）出来的有机质称为可溶有机质，或可抽提有机质，也成为沥青。
土壤有机质和生物省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
• 胡敏素（Humin）平均C23年龄在1023年以上 。
二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体
腐殖质
游离态 结合态
极少 占绝大多数
有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机无机复合体； 52-98%旳土壤有机质集中在粘粒部分。
粘土矿物-腐殖质复合体
氮原因值：100克有机质分解时固定无机氮旳克数。
激发作用**（ Priming effect)：土壤
中加入新鲜有机物质会增进土壤原有 有机质旳降解，这种矿化作用称之激 发作用。
激发效应能够是正、也能够是负。
2.土壤环境条件（微生物活动条件）
(1)土壤温度(temperature) 25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化
份、构造极其复杂旳高分子化合物。 腐殖化作用(humification)：进入土壤中旳有机质又重新合
成腐殖质旳过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种
有机碳形式，也叫有机碳旳周转。它是一种极端复杂旳 生物过程。
土壤腐殖质形成途径
（二）土壤腐殖化过程---腐殖质旳形成过程（假说阶段） 腐殖化过程是以微生物为主导旳生物和生化过程，还有某 些纯化学过程。
(3)土壤pH 细菌最适pH 6.5～7.5，放线菌稍高，真菌较低。
pH 低于5.5，高于8.5，一般微生物都不太合适。
(4)质地 ：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。 (5)其他条件：土壤盐浓度低于0.2%，无重金属污染等。
第三节 土壤腐殖物质旳形成和性质
一、土壤腐殖质形成
（一）腐殖化作用(humification) 腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成
沉积物的分类和形成
沉积物的分类和形成沉积物是所有地球表层过程中最常见的一种物质。
它们以各种方式形成，然后在地球表面上进行广泛的沉积和分布。
这些物质包括颗粒状、结晶状、生物质和有机物。
首先，在关于沉积物的分类中，除了它们的组成物质外，还可以根据它们的产生方式为它们分级。
这些沉积物来源于人造结构、人类活动、水体运动、气候变化、生物活动、火山活动和地壳运动。
在组成物质方面，分为三个方面，包括物理性质沉积物，化学性质沉积物和生物性质沉积物。
在物理性质沉积物中，布赖泥、砾石、砂、卵石和碎屑是最常见的形式。
其存在物理切割或风化原因、水力击打或其他力运动导致产生了物理性质。
在化学性质沉积物方面，这些化学性质产生于风化、化学变化、化学沉淀和其他化学反应；其中最常见的是盐和膏。
在生物化学沉积物方面，这些物质是在生物体外部或内部形成的，包括骨骼、贝壳、牙齿、植物残渣和其他生物残渣。
其次，在沉积物的形成过程方面，它们总体上可以分为湖沼沉积物和海洋沉积物。
对于湖泊和河流的形成，它们往往受温度、降雨、水流速度、水流方向和底部底层的形态而影响。
在这种情况下，当水体安静时，底层沉淀的物质会慢慢形成沉积物，而这种物质往往是由矿物质和生物质组成的。
然而，在海洋沉积物形成方面，它们的形态和产生原因大有不同。
在浅海或水平流下，风干、氧化、沉淀和淀积成为了海洋沉积物中最重要的因素。
在这种情况下，沉积物可以根据颗粒大小分为颗粒状物质和稀疏的泥状物质。
当形成深海沉积物时，来自地壳内的质量、运动和地壳运动灰烬成为影响其形成的重要因素。
在这种情况下，深海沉积物可以被紧密地压缩和成形为岩石，例如页岩、黑板岩和泥岩。
在总结方面，沉积物既有物理性质、化学性质和生物化学性质，也有湖泊沉积物、海洋沉积物和深海沉积物。
在分类方面，物理性沉积物包括布赖泥、砾石、砂、卵石和碎屑；化学性沉积物包括盐和膏；生物化学沉积物包括骨骼、贝壳、牙齿、植物残渣和其他生物残渣。
在形成方面，对于湖泊和河流的形成会受到温度、降雨、水流速度、水流方向和底部底层的形态的影响；而海洋沉积物的形态和产生原因大有不同，需要考虑风干、氧化、沉淀、淀积和地壳运动灰烬的因素。
【课堂笔记】《生物工程下游技术》-沉淀分离部分
第一章沉淀分离技术1.1沉淀的目的1)通过沉淀达到浓缩的目的。
2)通过沉淀、固液分相后，除去留在液相或沉积在固体中的非必要成分3)沉淀可以将已纯化的产品由液态变成固态，加以保存或进一步处理1.2沉淀法的概念沉淀法是指采用适当的措施改变溶液的理化参数，控制溶液的各种成分的溶解度，从而将溶液中的欲提取的成分呢和其他成分分开的技术。
1.3沉淀法操作步骤1)加入沉淀剂2)沉淀剂的陈化促进粒子的生长3)离心或过滤、收集沉淀物PS：陈化是指将有沉淀的溶液静置,使沉淀中的分子等有归律的排列,并排列紧密,还有使沉淀聚沉,颗粒变大1.4沉淀过程应当考虑的问题1)沉淀能否发生2)沉淀剂或沉淀条件下对活性结构是否有破坏作用3)沉淀剂是否容易除去4)沉淀剂是否对人体有害1.5蛋白质的分离提取1.5.1优缺点优点：设备简单，成本低，原材料易得，便于小批量生产缺点：所得沉淀物可能聚集有多种物质，或含有大量的盐类，或包裹着溶剂，产品纯度常比结晶法低，过滤也较困难。
1.5.2沉淀法分离蛋白质的特点1)生产前期可使原料液体体积很快减小10~50倍，从而简化生产工艺、降低生产费用；2)使中间产物保持在一个中性温和的环境；3)可及早将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合液中分离出来，避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；4)用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色谱分离使用的限制因素降低到最少。
1.5.3蛋白质的溶解特性1)蛋白质的溶解行为是一个独特的性质，由其组成、构象以及分子周围的环境所决定。
2)蛋白质在自然环境中通常是可溶的，所以其大部分是亲水的，但其内部大部分是疏水的。
3)一般而言，小分子蛋白质比起在化学上类似的大分子蛋白质更易溶解。
1.5.4蛋白质胶体溶液的稳定性1.5.4.1防止蛋白质凝聚沉淀的屏障1)水化层：蛋白质周围的水化层可以使蛋白质形成稳定的胶体溶液2)电荷：蛋白质分子间的静电排斥作用1.5.4.2颗粒间的相互作用1)蛋白质分子间的静电斥力2)范德华力1.6蛋白质的沉淀方法1)中性盐盐析法2)等电点沉淀法3)有机溶剂沉淀法4)非离子型聚合物沉淀法5)聚电解质沉淀法6)金属沉淀法等1.6.1中性盐沉淀法1.6.1.1概念在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低，产生沉淀的过程。
第六章 沉积有机质的组成
第六章 沉积有机质的组成
第一节
腐殖质
四、腐殖酸的主要物理化学性质 3、热解性质
腐殖酸对热不稳定。在逐步升温下，腐殖酸结构破 坏，释放出中间产物，从而可提供有关其结构的定性 或定量信息。方法主要有热重法（TG）、微商热重法 （DTG）、差热分析法（DTA）和等温加热法等。在受 热过程中碳含量增加，氧减少。先是侧链官能团热解 （250～400℃之间），500℃以上引起“核”分解， 540℃不再含氧。对中间产物可用红外（IR）光谱、 气相色谱（GC）、质谱（MS）及色谱－质谱（GC－MS） 等方法鉴定。
第六章 沉积有机质的组成
第一节
腐殖质
四、腐殖酸的主要物理化学性质 4、分子量
腐殖酸是高分子量的物质，用不同方法测得的腐殖 物质的相对分子质量相差极大，一般为400～200 000，有的可高达几百万。研究发现，在腐殖酸不同 的成因类型和它的馏分中，分子量变化是有规律的， 同时，分子量的变化还与其本身的缩合程度有关。 湖泊腐殖酸分子量约6400，沼泽泥炭约7600。从富 啡酸到胡敏酸分子量逐渐增大。一般富啡酸约626～ 2000，胡敏酸2000～2 000 000，富啡酸与胡敏酸 之间是一个连续变化的序列。
第一节
腐殖质
腐殖质分离流程简图
第六章 沉积有机质的组成 二、腐殖酸的组成
第一节
腐殖质
腐殖酸为暗色到黑色胶状体，无定形， 结构复杂，用一般化学方法难以进行分析。 采用先进的分析技术，如电子显微镜、X衍 射、核磁共振等，研究表明腐殖酸不是单一 的纯有机化合物，而是大分子非均一缩聚物。 从对多种不同腐殖酸的元素及官能团组成进 行的常规分析结果看，腐殖酸主要由C、H、 O、N、S元素组成，但不同的腐殖酸的元素 组成有明显差别。
第三章 沉积有机质——【石油有机地球化学】
质
丰
还原环境：有机质保存
度 的
化 学
氧化还原电位（Eh）
氧化环境：转化为CO2和H2O
因 素
因
酸碱度（Ph）
素
生物群的发育与水体盐度有关，超咸水
盐度
环境，少数喜盐生物存在。
温度
影响化学沉淀和生物生长。
生 提供有机质的来源
物 因
改变沉积环境
素 加速沉积过程
消耗、改造有机质
生物活动引起CO2的变化可以影响碳酸盐的 沉淀和溶解搬运。呼吸作用和部分有机质 分解消耗氧气，造成缺氧还原环境，
对高聚合的生化组分而言，生物降解非常 重要。既大量消耗各种有机质，本身又提
供了更富类脂物的有机质。
3 不同环境中的沉积特征
1）海洋环境的有机质沉积
（1）沉积场所大； （2）远洋水域有机质来源单一 ； （3）表层生物产量高、下层缺氧还原、持续较快沉
积、絮凝作用加速沉积； （4）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存 ； （5）大陆架是海洋内有机质的主分泌有机质与粘土矿物 黏合形成大颗粒聚合体而迅速沉积。
影 响
理 因
粘土矿物与有机
素
质的絮凝作用
浮游动物以泥质物为食，在体内粘土与
有机成分黏合，以有机颗粒形成排出而 迅速沉积。
沉
水体深度与浪基面深度
积
有
沉积速度与沉降速度
机质来源丰富、沉积速度适中有利
机
于形成高丰度的有机质沉积
有机碳占 天然沉 积物的百 分比。
有机溶剂抽 提物占天然 沉积物的百
分比。
呈P2O5 状态的
磷。
硫 （%）
马拉开波湖底沉积物中各种组分的分布
4）沼泽环境的有机质沉积