微生物在自然界的物質(zhì)循環(huán)

自然界的物質(zhì)處于由無(wú)機物轉化成有要物，再由有機物轉化成無(wú)機物的往復循環(huán)之中。光合生物通過(guò)光合作用將無(wú)機物轉化成有機物，供給人及動(dòng)物需要，微生物分解生物殘體，將其轉化為無(wú)機物，供給綠色植物。異養微生物是有機物分解（礦化）作用的主體。
一、微生物在碳素循環(huán)中的作用
碳素是生物體最重要的一種元素，也是細胞結構骨架的物質(zhì)，植物組織及生物細胞含有大量碳素，約占干重的４０－５０％，而它的主要來(lái)源是大氣中的ＣＯ２，但是大氣中的ＣＯ２含量處于一種永遠供應不足的狀態(tài)，只有通過(guò)生物所推動(dòng)的碳素循環(huán)，特別是微生物的分解作用，使不同形態(tài)的碳素相互轉化，大氣中的ＣＯ２才不會(huì )被耗竭，生命才能維持。
（一）自然界中的碳素循環(huán)
如圖所示＜綠色植物和微生物通過(guò)光合作用固定自然界中的ＣＯ2，合成有機物碳化物，進(jìn)而轉化成各種有機物；植物和微生物進(jìn)行呼吸作用獲得能量，同時(shí)放了ＣＯ２，動(dòng)物以植物和微生物為食，并在呼吸作用中釋放出ＣＯ２。當動(dòng)植物和微生物尸體等有機碳化物被微生物分解時(shí)，產(chǎn)生大量ＣＯ２，于是整個(gè)碳素循環(huán)完成，簡(jiǎn)單地說(shuō)，碳素循環(huán)包括ＣＯ２的固定和ＣＯ２的再生。
（二）微生物在碳素循環(huán)中的作用
微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們既參與固定ＣＯ２光合作用，又參與再生ＣＯ２的分解作用。
1、光合作用：參與光合作用的微生物主要是藻類(lèi)，藍細菌和光合細菌，它們通過(guò)光合作用，將大氣中和水體中的ＣＯ２合成為有機碳化物。特別是在大多數水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區域以藍細菌和藻類(lèi)占優(yōu)勢；而在無(wú)氧區域則以光合細菌占優(yōu)勢。
2、分解作用：自然界有機碳化物的分解，主要是微生物的
作用陸地和水域的有氧條件中，通過(guò)好氧微生物分解被徹底氧化為ＣＯ２；在無(wú)氧條件中，通過(guò)厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有要酸、甲烷、氫和ＣＯ２。
能分解有機碳化物的微生物很多，主要有細菌、真菌和放線(xiàn)菌。
二、微生物在氮素循環(huán)中的作用
氮素是生物體合成及蛋白質(zhì)的主要成份，是構成生物體的必需元素。雖然大氣體積中約有７９％是分子態(tài)氮，但所有植物、
動(dòng)物和大多數微生物都不能直接利用。初級生產(chǎn)者植物體需要的氨鹽、硝酸鹽等無(wú)機氮化物、在自然界為數不多，常常限制了植物體發(fā)展，只有將分子氮進(jìn)行轉化和循環(huán)，才能滿(mǎn)足植物體對氮素營(yíng)養的需要。因此氮素物質(zhì)的相互轉化和不斷地循環(huán)，在自然界十分重要。
（一）自然界中的氮素循環(huán)
氮素循環(huán)包括許多轉化作用，如圖示：自然界的分子態(tài)氮，被某些自由生活的微生物固定形成氨并轉化為有機氮化物；或被微生物與植物聯(lián)合作用轉變成可供植物直接利用的氮化物形式。存在于植物和微生物體內的氮化物被動(dòng)物食用，并在動(dòng)物體內被轉變?yōu)閯?dòng)物蛋白質(zhì)。當動(dòng)植物，微生物尸體及排泄物等有機氮化物，主要是蛋白質(zhì)或核酸，被各種分解時(shí)以ＮＨ３的形式釋放出來(lái)供植物利用，或被氧化成為硝酸鹽供植物吸收或被進(jìn)一步還原為氣態(tài)氮返回自然界。于是整個(gè)氮素循環(huán)完成，氮素循環(huán)包括固氮作用，氨化作用，硝化作用和反硝化作用。
（二）微生物在氮素循環(huán)中的作用
微生物參與氮素循環(huán)的所有過(guò)程，并在每一過(guò)程中都起主要作用。
1、固氮作用
分子態(tài)氮被還原成氨和其他氮化物的過(guò)程稱(chēng)為固氮作用。自然界氮的固定，有兩種方式，一是非生物固氮，即通過(guò)閃電高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少；二是生物固氮，即通過(guò)微生物的作用固氮，大氣中９０％以上的分子態(tài)氮都是微生物的活性而固定成氮化物。
2、氨化作用
微生物分解有機氮化物產(chǎn)生氨的過(guò)程稱(chēng)為氨化作用。很多細菌、真菌和放線(xiàn)菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，氨化作用產(chǎn)生的氨，一部分供微生物，植物同化，一部分被轉變成硝酸鹽。
3、硝化作用
微生物將ＮＨ３氧化成硝酸鹽的過(guò)程稱(chēng)為硝化作用；整個(gè)過(guò)程由兩類(lèi)細菌分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是ＮＨ３被氧化為亞硝酸鹽，靠亞硝酸細菌完成，第二階段是亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，靠硝酸鹽細菌完成。
硝化作用形成的硝酸鹽，在有氧環(huán)境中，被植物微生物同化，但缺氧環(huán)境中，則被還原成分子態(tài)氮，從環(huán)境中消失。４、反硝化作用
微生物還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮和ＮＯ的過(guò)程稱(chēng)為反硝化作用,參與這一作用的細菌稱(chēng)為反硝化作用細菌。
三、硫素循環(huán)
硫是生物的重要的營(yíng)養元素，它是一些必需ＡＡ和某些維生素，輔酶等的成份。
在自然界，硫素以元素Ｓ，Ｈ２Ｓ，硫酸鹽和有機態(tài)硫的形式存在，而植物一般只能以無(wú)機鹽類(lèi)作為養料。因此，S素各種形式的循環(huán)轉化，對植物營(yíng)養非常重要。
（一）自然界中的硫素循環(huán)：如圖示：自然界中的Ｓ和Ｈ２Ｓ經(jīng)微生物氧化形成ＳＯ42-；ＳＯ42-被植物和微生物還原成有機硫化物，組成其本身；動(dòng)物食用植物和微生物尸體中的有機硫化物，主是是含硫蛋白質(zhì)，被微生物分解時(shí)，以Ｈ２Ｓ和Ｓ的形式返回自然界，整個(gè)硫素循環(huán)完成。另外，ＳＯ42-在缺氧環(huán)境中也可被微生物還原成Ｈ２Ｓ，概括地說(shuō)，硫素循環(huán)可劃分為分解作用，同化作用，無(wú)機硫的氧化作用和無(wú)機硫化物的還原作用。
(二)微生物在硫素循環(huán)中的作用
微生物參與Ｓ素循環(huán)的全過(guò)程，并起很重要作用。
1、分解作用：
動(dòng)、植物和微生物尸體中的有機硫化物，被微生物降解成無(wú)機物的過(guò)程稱(chēng)為分解作用�！傲蛩猁}、Ｈ２Ｓ等”
2、同化作用
微生物利用硫酸鹽和Ｈ２Ｓ，組成本身細胞物質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為同化作用，細菌、放線(xiàn)菌、真菌中都有能利用硫酸鹽作為硫源的種類(lèi)。僅少數微生物同化Ｈ２Ｓ。
3、無(wú)機硫的氧化作用
    無(wú)機硫的氧化作用是微生物氧化硫化氫、元素Ｓ或ＦeＳ等生成硫酸鹽的過(guò)程。主要是硫細菌。
4、無(wú)機硫化物的還原作用
無(wú)機硫化物的還原作用是在厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原成Ｈ２Ｓ的過(guò)程。參與此過(guò)程的微生物是硫酸鹽還原細菌。（脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬）
四、其他元素的微生物轉化
微生物在自然界以許多進(jìn)行各種代謝，但基本上與氮素和硫素循環(huán)中的步驟和原則類(lèi)似，總括起來(lái)為下列幾類(lèi)反應：
（一）有機質(zhì)的分解作用
（二）無(wú)要離子的固定或同化作用
（三）無(wú)機離子和化合物的氧化作用
（四）氧化態(tài)還原態(tài)的還原作用

 

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