浙江农林大学（浙江林学院）：《食品微生物学》课程教学课件（PPT讲稿）第八章 微生物的生态 8.3 第三节 微生物与自然界物质循环

❖ 生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素 来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。 ❖ 地球进化可分为：化学进化和生物学进化两个阶段。 原始地球大气的组成气体：水、氨、甲烷、硫化氢等。 原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生 原始生命的摇篮 第三节 微生物与自然界物质循环

❖ 生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素 来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。 ❖ 地球进化可分为：化学进化和生物学进化两个阶段。 原始地球大气的组成气体：水、氨、甲烷、硫化氢等。 原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生 原始生命的摇篮 第三节 微生物与自然界物质循环

地球的进化 ❖ 化学进化： 由无机小分子生成有机小分子物质 由有机小分子物质形成生物大分子物质 由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系， 并进一步演变为原始生命 ❖ 生物进化 单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者）的 生态系统。原始汤中的生物为异养、厌氧、发酵代谢 双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成 和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。 三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作 用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极 生态系统。即出现了食物链

地球的进化 ❖ 化学进化： 由无机小分子生成有机小分子物质 由有机小分子物质形成生物大分子物质 由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系， 并进一步演变为原始生命 ❖ 生物进化 单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者）的 生态系统。原始汤中的生物为异养、厌氧、发酵代谢 双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成 和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。 三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作 用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极 生态系统。即出现了食物链

水体食物链（一个三极生态系统） 消费者 分解者 生产者 大鱼 小鱼 虾类 浮游 动物 真菌 细菌 真菌 细菌

水体食物链（一个三极生态系统） 消费者 分解者 生产者 大鱼 小鱼 虾类 浮游 动物 真菌 细菌 真菌 细菌

物质循环包括两方面：生物合成：无机物有机质化。 分解作用：有机物矿化

物质循环包括两方面：生物合成：无机物有机质化。 分解作用：有机物矿化

❖ 大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2只够 绿色植物约20年使用。 ❖ 微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化 和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡循环中。地球 上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的。 ❖ 微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形 式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是 纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。 在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤 中的一些特殊微生物来完成的。 一、碳素循环

❖ 大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2只够 绿色植物约20年使用。 ❖ 微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化 和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡循环中。地球 上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的。 ❖ 微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形 式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是 纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。 在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤 中的一些特殊微生物来完成的。 一、碳素循环

碳、氢、氧元素在自然界中的循环 醇+有机酸 H2+CO2 CH4 甲烷产生作用 化石燃料 CO2+H2O O2+ “ CH2O” 有氧条件下 无氧条件下 呼吸作用 光合作用 发酵作用

碳、氢、氧元素在自然界中的循环 醇+有机酸 H2+CO2 CH4 甲烷产生作用 化石燃料 CO2+H2O O2+ “ CH2O” 有氧条件下 无氧条件下 呼吸作用 光合作用 发酵作用

微生物在碳素循环中的作用 真菌：青霉、曲霉、毛霉、木霉等。 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、诺卡氏菌属等

微生物在碳素循环中的作用 真菌：青霉、曲霉、毛霉、木霉等。 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、诺卡氏菌属等

➢ 分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其 它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分 解纤维素的能力最强，包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。 ➢ 分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为 活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大 超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有己糖、戊糖， 糖醛酸等。 ◼ 分解纤维素的微生物

➢ 分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其 它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分 解纤维素的能力最强，包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。 ➢ 分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为 活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大 超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有己糖、戊糖， 糖醛酸等。 ◼ 分解纤维素的微生物

二、氮素循环 氮元素的自然形 态：铵盐、亚硝酸 盐、硝酸盐、有机 含氮物、氮气。 （一）生物固氮 据70年代中期的统 计全球生物圈每年 生物固氮达2.4108 吨，其中60％由陆 生固氮生物完成， 40％由海洋固氮生 物完成。 根瘤菌属每年可 为每公顷土地固氮 达250Kg

二、氮素循环 氮元素的自然形 态：铵盐、亚硝酸 盐、硝酸盐、有机 含氮物、氮气。 （一）生物固氮 据70年代中期的统 计全球生物圈每年 生物固氮达2.4108 吨，其中60％由陆 生固氮生物完成， 40％由海洋固氮生 物完成。 根瘤菌属每年可 为每公顷土地固氮 达250Kg

（二）硝化作用（nitrification） ❖ 定义：氨态氮经消化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。 ❖ 过程：两阶段——（1）氨→亚硝酸，由亚硝化细菌（化 能自养菌）参与；（2）亚硝酸→硝酸。由硝化细菌（化 能自养菌）参与，意义：是自然界氮素循环中不可缺少的 一环，对农业无益。 （三）同化性硝酸盐还原作用（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的 过程

（二）硝化作用（nitrification） ❖ 定义：氨态氮经消化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。 ❖ 过程：两阶段——（1）氨→亚硝酸，由亚硝化细菌（化 能自养菌）参与；（2）亚硝酸→硝酸。由硝化细菌（化 能自养菌）参与，意义：是自然界氮素循环中不可缺少的 一环，对农业无益。 （三）同化性硝酸盐还原作用（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的 过程