微生物生态学-8矿质营养元素的循环

第八章矿质营养元素的循环第一节硫素循环一、硫素存在形式及其循环1.存在形式有机态硫化物：含硫的氨基酸、硫胺素、生物素无机态硫化物：氧化态：SO42－，存在于土壤耕作层表面还原态：H2S，S，S2O32－，主要存在于通气不良的环境中2.硫素循环H2S厌氧细菌尿SO42-元素SSO2SO32-SO42-废物有机硫动物体有机硫植物蛋白质有机硫1厌氧细菌分解动物食物死亡好氧细菌O2化学氧化S氧化细菌硫细菌死亡排泄物厌氧细菌二、无机硫化物的氧化（即硫化作用）1.硫化作用2.参与作用的微生物种类——主要是细菌在好气条件下微生物将还原态的无机硫化物氧化成SO42－的生物学过程。A.无色硫细菌B.有色光能自养硫细菌硫化杆菌属：硫化叶菌属：丝状硫磺细菌无芽孢小杆菌，G-，化能自养菌，该属菌种除脱氮硫杆菌可在厌气条件下进行硫的氧化营无氧呼吸外，其余均为好气呼吸。氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、新型硫杆菌（兼性自养）属古菌范畴，耐酸性特强，嗜酸菌，适温70～75℃，G-，无芽孢，球状。细菌个体大，常连接成链状，积累硫磺颗粒。紫色硫细菌，绿色硫细菌CO2＋H2S光能厌气CH2O＋S＋H2OO2SO42－氧化亚铁硫杆菌三、硫酸盐的还原作用（即反硫化作用）1.反硫化作用在厌气条件下，微生物利用SO42-作为最终电子受体进行无氧呼吸，将SO42－还原为H2S的生物学过程。该过程也称为异化型硫酸盐还原作用。同化型硫酸盐还原作用是将SO42－吸入细胞，在酶的作用下构成有机硫化物的过程。2.参与反硫化作用的微生物A.脱硫弧菌B.脱硫弯杆菌弧状，端生鞭毛，无芽孢，G-，化能异养，厌气，主要存在于淹水的稻田、无氧淤泥中，pH：中性，pH5.5以下不长温度：中温性，25～30℃，高于44℃不长。菌体弯杆状，周生鞭毛，有芽孢，厌气，pH：酸性，温度：35～55℃，耐受77～80℃，这是温泉中进行反硫化作用的主要菌。四、有机态硫化物的矿化作用1.概念2.参与作用的微生物种类在好气或厌气条件下，微生物将有机硫化物分解，释放出无机硫化物（氧化态或化合态）的生物学过程。有机硫化物的矿化一般与蛋白质的氨化作用是同步进行的。微生物如：变形杆菌、假单胞菌、分枝杆菌、产碱杆菌、链霉菌、小单胞菌、交链孢霉、木霉等3.有机硫化物矿化与微生物细胞的固结关系微生物细胞中的含硫量约0.1～1％，N:S=12~15:1C:S=200~400:1•如果N:S、C:S符合上述条件，土壤得不到SO42－的补充；•N:S12～15:1、C:S200～400:1，土壤可得到SO42－的补充；•N:S12～15:1、C:S200～400:1，土壤不但得不到SO42－的补充，相反还要损失SO42－。五、硫循环的生态意义导致土壤中不溶性的磷酸盐和其他无机物得到溶解，对微生物和植物生长有利；细菌浸矿；矿物燃料的燃烧导致产生酸雨，环境污染，腐蚀建筑物等，损伤植物，破坏生态系统，因此，在煤和石油燃烧之前利用硫杆菌去除其中的硫化物，可以减轻酸雨污染。第二节磷循环一、土壤中磷的来源和循环转化1.土壤中磷的来源及种类A.土壤中最初的磷来源于成土母质即含磷岩石的风化。B.种类及含量有机态磷化物：占土壤总磷量的15～90％无机态磷化物：肌醇六磷酸盐（植素）10～50％磷脂1～5％核酸0.2～2.5％可溶性的磷酸二钙非可溶性的磷酸二钙、三钙、氢钙难溶性的磷矿石如磷灰石等2.土壤中磷的循环1地质提升2磷矿石风化二、微生物对有机磷的矿化和固结1.核酸的分解2.磷脂的分解3.植素的分解磷脂磷脂酶磷酸＋醇参与的微生物：水田中蜡质芽孢杆菌、霉状芽孢杆菌旱地中解磷巨大芽孢杆菌植素植素酶磷酸＋肌醇参与的微生物：细菌：芽孢杆菌、假单胞菌、分枝杆菌放线菌：链霉菌属真菌：青霉、曲霉、根霉4.有机磷化物矿化和微生物固结关系有机磷化物的矿化基本上与有机N化物、有机S化物的矿化同步。矿化后能否释放出有效P，决定于微生物细胞中N:P和C:P。有机磷化物N:P=8~15:1C:P=100~300:1土壤中得不到有效P的释放N:P8~15:1C:P100~300:1土壤中得到有效P的补充N:P8~15:1C:P100~300:1土壤中有效P减少三、微生物在溶磷中的作用有效P在碱性环境中易与Ca鳌合成无效P（石灰性土壤）；在酸性环境中易与Fe2+、Al3+鳌合成无效P（pH5.5）；在中性环境中易被土壤粘土颗粒吸附成固定化P。可通过微生物产酸进行酸溶（有机酸）柠檬酸鳌合作用最强，其次为草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸；产酸能力最强的是真菌中的青霉、曲霉，细菌中的E.coli、芽孢杆菌。