第五章微生物与生物地球化学循环之氮循环资料.ppt

微生物与生物地球 化学循环之氮循环 讲授内容 1 生物地球化学氮素循环概述 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 3 论文举例 1 生物地球化学氮素循环概述 地壳 7.7 × 10 14 t 大气 3.9 × 10 15 t 陆地生物 2.5 × 10 10 t 有机质 1.1 × 10 11 t 海洋非生物活跃 N 9.9 × 10 11 t 海洋生物 N 5.2 × 10 8 t 海洋溶解 N 2 2.0 × 10 13 t 1.1 几类主要氮库 1.2 氮素在自然界的存在形式 （ 1 ）气态 N ： N 2 ， N 2 O （氧化亚氮） （ 2 ）无机态 N ： NO 3 - 、 NO 2 - （亚硝酸盐 氧化态）、 NH 4 + （还原 态） （ 3 ）有机态 N ： 各种有机氮，如蛋白质、氨基酸、氨基糖聚物 1 生物地球化学氮素循环概述 生物体 有机氮 NH 4 + NO 2 - NO 3 - 大气 N 2 ①生物 固氮 ④硝化作 用（ 1 ） ④硝化作 用（ 2 ） ③同化吸收 ③同化吸收 ② 氨化作用 亚硝酸氨化 作用 异化性硝 酸盐还原 火山爆发 ⑤ 反 硝 化 1.3 自然界中的氮素循环 1 生物地球化学氮素循环概述 自然界中的氮素循环 闪电电离 固氮菌转 化 亚硝酸 根 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 2.1 生物固氮 2.2 氨化作用 2.3 氮化合物的生物同化 2.4 硝化作用 2.5 反硝化作用 2.1 生物固氮 N 2 + 能量 NH 3 微生物 （异养） 固氮酶 固氮 微生物 自生固氮菌 （） 共生固氮菌 联合固氮菌 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 自生固氮菌（好氧） 梭状芽孢杆菌（厌氧） 自生固氮菌 根瘤菌 豆科植物的根瘤 共生固氮菌 芽孢杆菌 拜叶林克氏菌 联合固氮菌 2.2 氨化作用 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 氨化反应是指有机 氮经微生物的分解 而产生氨的生物反 应 第一阶段 —— 复杂的含氮化合物分解形成简单化合物 —— 氨基化 第二阶段 —— 氨基化合物经微生物作用脱氨基， 释放氨 合适的环境条件下 长了毛霉的豆腐 可以食用的霉豆腐 霉豆腐的加工原理 —— 氨基化 蛋白质 → RCHNH 2 COOH （或 RNH 2 ） +CO 2 + 中间产物 + 能量 2.2 氨化作用 第一阶段， 氨基化 气生菌丝 堆肥发酵 有机堆肥 堆肥发酵原理 —— 脱氨基过程 2.2 氨化作用 第二步，脱氨基 充分通气条件下 RCHNH 2 COOH+O 2 →RCOOH+ NH 3 +CO 2 + 能量 2.2 氨化作用 第二步，脱氨基 厌氧条件下 RCHNH 2 COOH+2H→RC H 2 COOH （ RCH 3 +CO 2 ） +NH 3 + 能量 一般水解作用 RCH 2 NH 2 COOH+H 2 O→ RCH 2 COOH （ RCH 2 OH+CO 2 ） +NH 3 + 能量 微生物 水解酶 环境条件对氨化作用的影响 ①水分 ②温度 ③ pH ④ C/N 的影响 土壤持水量 50 ～ 70 ％，有利于氨化作用的进行 氨化作用适宜温度为 25 ～32℃ ? 中性条件的氨化作用大于酸性条件 ? 最适 pH7.2 ～ 7.4 ? 碱性条件下形成的 NH 3 易挥发（ pH8 ） 有机 N 化物 C/N ＝ 25:1 ，土壤得不到多余的无机 N C/N25:1 ，土壤得到多余的无机 N C/N25:1 ，土壤有无机 N 的损失 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 水对湿土壤的比值 2.3 氮化合物的生物同化 微生物体 NO 3 - NH 4 + NO 3 - →NH 4 + →RCH 2 NHKCOOH 氨态氮、硝态氮被 微生物吸收同化称 为氮素的微生物同 化 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 同 化 吸 收 2.4 硝化作用 2.4.1 硝化作用的底物和产物 （ 1 ） 硝化作用的底物是 NH 4 + ，但 NH 3 的离子化高度依赖 环境中的 pH pH 6.0 7.0 8.0 9.0 NH 3 /NH 4 + 0.1 1.0 10.0 50.0 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 铵态氮经硝化细菌 的氧化转变成为硝 态氮的过程称为硝 化作用 （ 2 ） 硝化作用的产物 1) NO 2 - 2) NO 3 - NH 4 + O 2 NO 2 - 硝化作用第一阶段 亚硝酸细菌 硝化作用第二阶段 硝酸细菌 O 2 NO 2 - NO 3 - 2.4 硝化作用 2.4.1 硝化作用的底物和产物 2 微生物在氮素循环不同环节中的作用 铵态氮经硝化细菌 的氧化转变成为硝 态氮的