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1、第三节 微生物与自然界物质循环,一、碳素循环 微生物在碳素循环中发挥着巨大的作用。大气中低含量的CO2，只够绿色植物和微生物进行约20年光合作用之需。由于微生物的降解作用、呼吸作用、发酵作用或甲烷形成作用，就可使光合作用形成的有机物尽快分解、矿化和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡的环境中。据估计，地球上90%以上有机物的矿化作用都是由细菌和真菌完成的。,环境中的基础碳循环。通过光能自养型和化能自养型微生物的活动将碳固定。好氧过程用蓝色箭头标明，厌氧过程用红色箭头标明。,二、氮素循环,氮素是核酸及蛋白质的主要成分，是构成生物体的必需元素。虽然大气中约有78%是分子态氮，但所有植物、动物和大
2、多数微生物都不能直接利用。初级生产者需要的铵盐、硝酸盐等无机氮化物，在自然界中为数不多，是初级生产者最主要的生长限制因子。只有将分子态氮进行转化和循环，才能满足植物体对氮素营养的需要，因此氮素物质的相互转化和不断地循环，在自然界十分重要。,微生物在自然界氮素循环中的作用有,(1)固氮作用：分子氮被还原成氨或其它氮化物的过程称固氮作用。大气中90以上的N2只能有微生物固氮成氮化物，能固氮的微生物均为原核微生物，主要包括细菌、放线菌和蓝细菌。(2)硝化作用：微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用分2个阶段：氨氧化为亚硝酸 亚硝酸氧化为硝酸 硝化作用不但会大大降低肥料的利用率，而且会引起
3、水体的富营养化。,(3)同化性硝酸盐还原作用：硝酸盐被生物体还原成铵盐并合成各种含氮有机物的过程。所以绿色植物、大多数真菌和部分原核微生物都能进行此反应。(4)氨化作用：微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。含氮有机物主要有蛋白质、尿素、尿酸等。能分解蛋白质的微生物种类和数量很多。氨化作用对提供农作物氮素营养十分重要。(5)铵盐同化作用：以铵盐作营养，合成氨基酸、蛋白质和核酸等有机物的作用，称铵盐同化作用，一切绿色植物和微生物都有此能力。,(6)异化性硝酸盐还原作用：硝酸离子为最终电子受体而被还原为亚硝酸的作用。能进行此反应的主要是兼性厌氧菌。(7)反硝化作用：指硝酸盐转化为气态氮化物
4、（N2和NO2）的作用。一些化能异养微生物和化能自养微生物可进行此反应。(8)亚硝酸氨化作用：指亚硝酸通过异化还原经羟氨转变成氨的作用。,三、硫素循环与细菌沥滤,1、硫素循环(1)同化性硫酸盐还原作用：硫酸盐经还原后，最终以巯基形式固氮在蛋白质等成分中。可由植物和微生物引起。(2)脱硫作用：在无氧条件下，通过一些腐败微生物的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中的硫分解成H2S等含硫气体的作用。,(3)硫化作用：H2S或S0被微生物氧化成硫或硫酸的作用，如好氧的贝日阿托氏菌属等。(4)异化性硫酸盐还原作用：指硫酸作为厌氧菌呼吸链的末端电子受体而被还原为亚硝酸或H2S的作用。如脱硫弧菌属等能进行此
5、反应。(5)异化性硫还原作用：指硫还原成H2S的作用。可由脱硫单胞菌属等引起。,硫素循环双线表示植物与微生物共同参与的反应，单线表示仅微生物参与,2、细菌沥滤,细菌沥滤的原理是利用化能自养的硫化细菌对矿物中的硫或硫化物的氧化作用，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，使所需要的铜等金属不断地从低品位的矿石中溶解出来，成为硫酸铜等金属盐类的溶液，然后再通过电动序较低的铁等金属加以置换，以取得其中铜等有色金属或其它稀有金属。细菌沥滤的适宜对象是低品位的矿石。,四、磷素循环,由于磷元素及其化合物没有气态形式，且无价态的变化，故磷素循环属于一种典型的沉积循环，主要有3个转化环节。（1）不溶性无机磷的可溶化多种细菌和真菌可产生有机酸甚至硫酸和硝酸，这些酸可促使土壤或岩石中不溶性磷酸钙和磷灰石的溶解，利于植物对磷的利用。,（2）可溶性无机磷的有机化植物、藻类、微生物能将可溶性无机磷转化为生物体中的各种含磷物质，如核酸等。（3）有机磷的矿化腐生微生物分解有机磷，形成植物植物可利用的可溶性无机磷。,
