Ⅰ 微生物在自然礦物中起到了什麼樣的作用
微生物在地球的礦物形成與分解的過程中可以說無處不在。微生物不僅可以在體外誘導礦物形成,還可以在體內生成礦物;它們不僅可以提供礦物形成所需的原料,還可以控制礦物的形態。咱們一點兒一點兒的來認識一下這些厲害的小傢伙們在成礦上的能耐!
一、微生物成礦
1、生物礦物(biogenic minerals)
生物礦物就是由生物細胞(多為細菌)及其外部結構形成的礦物。最為有名的生物礦物是我們耳熟能詳的碳酸鹽岩岩中的方解石、文石、球霰石。最具有代表性的就是下圖的這個小東西,學名叫做Coccolithi 顆石藻,它是大洋深海鈣質軟泥的主要成分,也是地球碳循環的重要組成部分,它們在死亡後的屍體沉積構成了海洋碳酸鹽岩的主體。
除此之外,還有很多種微生物形成的礦物如磷酸鹽礦物、硫化物礦物、硫酸鹽礦物、磁鐵礦、針鐵礦等。
鋁土礦:
鋁土礦中的針鐵礦小球:
生物成因的礦物大多在納米到微米尺度,並具有特定的形態、成分,與成岩礦物可以明顯區分。
2、微生物礦化作用
(1)微生物誘導的礦化作用(BIM, bacteria-inced mineralization)
特點是礦物的形成取決於微生物營造的環境,是微生物活動或新陳代謝的副產品。微生物的生理活動誘導礦化,包括高價硫、氮和金屬作為電子受體的異化呼吸作用。
其中最為有名的發現就是下面這份發表在science上的文章,其作者Labrenz et al. (2000)在硫酸鹽還原菌表面實際獲得了納米級閃鋅礦微球粒集合體。當然下圖這個是假染色的結果。。裡面藍色的是硫酸鹽還原細菌膜、綠色的是閃鋅礦微粒、黃色的是納米級微球粒。
在SEM下原圖其實是這個樣子的:
其實我們所熟知的鍾乳石、鈣華等也是由生物誘導的礦化作用形成的。下圖是惠東熱泉微生物席礦化層上部TEM圖。顆粒狀硅膠體(m)吸附在藍細菌鞘外(s)或細胞壁外的EPS(p)層中,形成密集的硅質殼層(t),活藍細菌細胞內(b)沒有礦化作用的發生。在一些已死亡的藍細菌個體中,硅膠體已進入細胞內部。
(2) 微生物控制的礦化作用 (BCM, bacteria-controlled mineralization)
微生物細胞決定了礦物形成的形態。微生物控制下形成的礦物具有特別的晶體結構、低可溶性、穩定同位素分餾的特點和痕量元素的不均衡。
細胞內影響礦物形態:
(細胞內形成的磁鐵礦控制,Bazilinsky et al., 2000)
細胞表面結構影響礦物結晶形態:
(微生物細胞表面結構影響礦物結晶的形態,Sleytr et al., 2001)
這些微生物表面結構會使得礦物也按照一定的微結構來結晶,比如下圖這種鈾礦的析出形態。
二、微生物分解礦物
提到形成就得再聊聊分解,其實現在微生物在礦物的處理和尾礦堆的處理上有著很大的前景,這一點 @Haizhen Zhu同學已經解釋的很清楚了,無非就是微生物加速礦物的分解和沉澱過程。
以鐵硫化物礦物為例:
從圖中我們可以看出,二價鐵經由微生物氧化作用被氧化為三價鐵,並由三價鐵繼續加快礦物溶解並氧化硫元素,進而形成高價鐵氧化物、硫酸鹽,最終目的就是將重金屬固定並達到再次富集提高產量、環保排放的目的。而尾礦區內的微生物反應大概模式如下:
Chinese Sci Bull.(2009);PCCP(2011);GCA(2011); J Phys. Chem. A (2010);
下圖就是SRB細菌作用下形成的硫化物沉澱復合體。
至於其地球化學意義,我們用下面這一張圖就可以講清楚,礦物的微生物分解伴隨著微生物誘導礦化,維系著地表體系的生命。
不僅僅如此,微生物作用並不僅限於礦坑的AMD中,還會體現在地球表層的ACD(acid rock drainage)中。首先,地殼抬升促進大陸風化作用,微生物的存在會加速Fe、S、C、N等的循環;其次,微生物也是尋找生物起源和大氧化事件的地質記錄(3.4Ga);還是重金屬進入生態系統的重要途徑。
其中DIRB細菌還對BIF的形成、Fe同位素分餾、重金屬地球化學行為等有著重要的研究價值,而SRB細菌則對於碳酸鹽形成、成礦作用、油氣生成、生物滅絕等有著重要價值。
Ⅱ 微生物在自然礦物中起到了什麼作用
為某些礦物形成提供物質原料:代謝得到的碳酸根、硫酸根、銨根等等,與環境中陽離子生成相應礦物2)代謝得到的糖類、氨基酸等有機質,將會對礦化過程產生極大影響,一方面可以影響產物物相(參照魚類耳石在同一生物體內,由於蛋白質不同,最終構成分別為球霰石和文石),另一方面因為所帶的特殊基團影響晶體晶面取向,從而調節礦物微觀形貌3)微生物代謝過程中會發生電子傳遞,必然存在電子受體和電子供體,局部電位的變化將誘導礦物在特殊位置生成;而可能發生的氧化還原反應也會影響礦物產物(參照三價鐵二價鐵)。實際上,說新陳代謝過程有些片面了,微生物表面的細胞膜上的蛋白質就已經會在礦物形成過程中產生影響了。比如在細菌表面分緊密EPS和鬆散EPS,其中有機質的差別都會導致最終產物的不同。
Ⅲ 土壤由哪些物質組成,他們之間什麼相互關系
土壤是一種自然體,由數層不同厚度的土層(soil horizon)所構成,主要成分是礦物質。土壤和母質的差異主要是表現在形態特徵或物理、化學、礦物等性質。在工程方面土壤被認為是表岩屑(regolith)或是松動的岩石物質。這種解釋嚴格來說(或者以環境科學的角度來說)並不正確:土壤是由母質(岩石),經過風化作用後所形成的,其特性與母質不盡相同。土壤經由各種風化作用和生物的活動產生的礦物和有機物混合組成,存在著固體、氣體和液體等狀態。疏鬆的土壤微粒組合起來,形成充滿間隙的土壤,而在這些孔隙中則含有溶解溶液(液體)和空氣(氣體) 。因此土壤通常被視為有三種狀態 。大部分土壤的密度為1~2 g/cm³。地球上大多數的土壤,生成時間多晚於更新世,只有很少的土壤成分的生成年代早於第三紀。
土壤由岩石風化而成的礦物質、動植物,微生物殘體腐解產生的有機質、土壤生物(固相物質)以及水分(液相物質)、空氣(氣相物質),腐殖質等組成。固體物質包括土壤礦物質、有機質和微生物等。液體物質主要指土壤水分。氣體是存在於土壤孔隙中的空氣。土壤中這三類物質構成了一個矛盾的統一體。它們互相聯系,互相制約,為作物提供必需的生活條件,是土壤肥力的物質基礎。
土壤礦物質是岩石經過風化作用形成的不同大小的礦物顆粒(砂粒、土粒和膠粒)。土壤礦物質種類很多,化學組成復雜,它直接影響土壤的物理、化學性質,是作物養分的重要來源之一。
有機質含量的多少是衡量土壤肥力高低的一個重要標志,它和礦物質緊密地結合在一起。在一般耕地耕層中有機質含量只佔土壤乾重的0.5-2.5%,耕層以下更少,但它的作用卻很大,群眾常把含有機質較多的土壤稱為「油土」。土壤有機質按其分解程度分為新鮮有機質、半分解有機質和腐殖質。腐殖質是指新鮮有機質經過微生物分解轉化所形成的黑色膠體物質,一般占土壤有機質總量的85—90%以上。
土壤微生物的種類很多,有細菌、真菌、放線菌、藻類 和原生動物等。土壤微生物的數量也很大,1克土壤中就有幾億到幾百億個。1畝地耕層土壤中,微生物的重量有幾百斤到上千斤。土壤越肥沃,微生物越多。
土壤是一個疏鬆多孔體,其中布滿著大大小小蜂窩狀的孔隙。直徑0.001-0.1毫米的土壤孔隙叫毛管孔隙。存在於土壤毛管孔隙中的水分能被作物直接吸收利用,同時,還能溶解和輸送土壤養分。毛管水可以上下左右移動,但移動的快慢決定於土壤的松緊程度。松緊適宜,移動速度最快,過松過緊,移動速度都較慢。降水或灌溉後,隨著地面蒸發,下層水分沿著毛管迅速向地表上升,應在分墒後及時採取中耕、耙、耱等措施,使地表形成一個疏鬆的隔離層,切斷上下層毛管的聯系,防止跑墒。「鋤頭有水」的科學道理就在這里。土壤含水量降至黃墒以下時,毛管水運行基本停止,土 壤水分主要以氣化方式向大氣擴散丟失。這時進行鎮壓(碾地),使地表形成略為緊實的土層,一方面可以接通已斷的毛細管,使底墒借毛管作用上升;另一方面可減少大孔隙,防止水汽擴散損失,所以群眾說「碾子提墒,碾子藏墒」。鎮壓後耱地,使耕層上再形成一個平整而略松的薄層,保墒效果更好。
土壤空氣土壤空氣對作物種子發芽、根系發育、微生物活動及養分轉化都有極大的影響。生產上應採用深耕鬆土、破除扳結、排水、曬田(指稻田)等措施,以改善土壤通氣狀況,促進作物生長發育。
Ⅳ 土壤肥沃與微生物有怎樣的聯系
如果泥土中的生命會說話,它一定會告訴你:土壤里有土壤顆粒、水、鹽、礦物質。一粒土壤便可以稱為一個微生物世界,每克肥沃的土壤就含有幾億或數十億的微生物!其中,使泥土具有泥腥氣味的正是一類比細菌高級一點的微生物——放線菌。
Ⅳ 礦物質與其他營養素之間的關系是怎樣的
礦物質與其他營養素之間的關系錯綜復雜,十分微妙。在特定條件下既有協調關系又有制約關系,甚至還有拮抗關系。
許多微量元素之間既相互協調,又相互制約,血液內鈣、鎂、鉀、鈉等離子的濃度必須保持適當比例才能維持神經肌肉的正常興奮性。如鐵與鋅,在一些被認為缺鋅的情況下,缺鐵很常見,需補充鐵劑。在人體,以溶液形式同時提供鐵和鋅,鐵會降低鋅的攝取。然而可以肯定,這種相互作用只發生於以水溶液形式給予時,有食物存在時不會發生。當補充鐵過多時,水溶液中鋅的吸收可被明顯抑制,但如加入飲食,則觀察不到這一結果。同樣,過多補充鋅對鐵吸收的抑制。鋅銅鐵元素之間也存在相互促進作用,缺乏或過量都能彼此影響。礦物質與維生素之間的關系也十分密切,如維生素C有利於鐵的吸收,維生素D調節鈣、磷代謝等等。
硒和維生素E互相配合可抑制脂質過氧化物的產生。蛋白質對微量元素在體內的運輸有很大作用,例如,銅的運輸靠銅藍蛋白,鐵的運輸靠運鐵蛋白。鋅參與蛋白質合成,鋅缺乏影響兒童生長發育。碘是甲狀腺素的組成成分,而甲狀腺素是調節人體能量代謝的重要激素,對蛋白質、脂肪和碳水化合物的代謝有促進作用。
Ⅵ 礦物中含有微生物嗎
礦物質中有微生物嗎?
那肯定有,再純凈的水都有微生物
何況礦物質中本身包含各種雜質的東西比較多。
Ⅶ 微生物生長繁殖需要哪些營養要素各有何功能
在營養要素水平上則主要為碳源、氮源、能源、生長因子、礦質元素和水六大類。
功能:
1、碳源
碳是微生物細胞需要量最大的元素,占細胞乾重的50%。能提供微生物營養所需碳素或碳架的營養物質稱為碳源。能被微生物用作碳源的物質種類極其廣泛。簡單的無機含碳化合物、比較復雜的有機物、復雜的有機大分子,乃至復雜的天然含碳物質都可以被不同的微生物利用。
碳源物質通過細胞內的一系列化學變化,被微生物用於合成各代謝產物。
2、氮源
氮源的主要功能是提供細胞原生質和其他結構物質中的氮素,一般不作為能源使用。但化能自養細菌中的亞硝化細菌和硝化細菌能從NH₃和NO₂的氧化過程中獲得能量。
所以對於它們來說,NH₃和NO₂是兼有氮源和能源的雙功能營養物質。對於異養微生物而言,含有C、H、O、N的有機物是具有碳源、能源和氮源的多功能營養物質。
3、能源
能源是提供微生物生命活動所需能量的物質。絕大多數微生物的能源物質是化學物質,只有光合細菌利用光作為能源。對於絕大多數細菌和全部真核微生物來說,它們所利用的有機碳源在被微生物細胞分解代謝的過程中不僅提供微生物細胞的碳素和碳架。
而且還提供微生物生命活動所需的能量。有的微生物所需的能源與碳源不同。如光能自養微生物的能源是光,而碳源為CO₂;化能自養微生物的能源為NH₄、NO₂、S、H₂和Fe等還原態無機化合物,而碳源是CO₂。
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4、礦質元素
它們的生理功能包括:是微生物細胞化學組成中的重要元素之一,如P和S分別為核酸與含硫氨基酸的重要組成元素:與酶的組成和活力有關,如Fe是細胞色素氧化酶的必要組分。
Mg、Cu和Zn等是許多酶的激活劑:調節和維持微生物的滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位等生長條件,如Na和K有調節細胞滲透壓的作用。
由磷酸鹽組成的緩沖劑能保持微生物生長過程中pH值的穩定:谷胱甘肽可降低氧化還原電位, 作為某些化能自養細菌的能源物質;作為呼吸鏈末端的氫受體。
5、生長因子
能提供生長因子的天然物質有酵母膏、蛋白腖、麥芽汁、玉米漿、動植物組織或細胞浸液以及微生物生長環境的提取液等。
多數真菌、放線菌和部分細菌在其生長過程中不需要從環境中獲取任何生長因子。而有的微生物需要從環境中獲取一種或幾種生長因子才能維持正常生長,如乳酸細菌補充需要多種維生素、氨基酸和鹼基。
6、水
實際上水本身並不是營養物質,但水是微生物營養中不可缺少的一種物質。因為水是微生物細胞的主要化學成分;水是營養物質和代謝產物的良好溶劑,營養物質與代謝產物都是通過溶解於水中而進出細胞的。
水是細胞中各種生物化學反應得以進行的介質,並參與許多生化反應:水還可維持各種生物大分子結構的穩定性;此外,水的比熱高,汽化熱高,是熱的良好導體,能有效地吸收代謝過程中產生的熱量並將熱迅速散發出體外,這保證了細胞內的溫度不會劇烈變化。
Ⅷ 礦物質微量元素之間有什麼關系
礦物質微量元素之間有什麼關系
(1)均衡:國外資料表明,人體血液與地殼、海水中元素的豐度基本相一致。這是人類在演變、進化過程中逐步適應自然的結果,也是生命延續、保持健康的基本原因。機體內各種元素之間按一定比例存在,以維持各自的生理功能,如果比例平衡失調,疾病就會發生和發展。隨著微量元素與人體關系的研究進一步深入,己發現代謝疾病、心腦血管病、腫瘤、地方病和體內微量元素平衡失調有重要關系。
(2)協同和拮抗作用:元素之間具有協同和拮抗作用,而且在不同的濃度范圍內,協同和拮抗的關系常常是互相轉換的。一種元素供給缺乏,必然影響其它元素的吸收,必然抑制其它元素的生物效應。
協同:銅和鐵具有協同作用,缺銅會使鐵的吸收量減少,而且鐵的利用也發生困難;缺鐵又影響鋅的吸收,鋅能促進鐵的吸收,有協同生血的作用。可治療貧血;硒與鍺有協同作用,硒與鍺可治療冠心病、抗腫瘤;硒與鋅能增加肌體免疫功能;鈷與鋅、銅、錳有協同作用,鈷能促進鋅的吸收,補充鈷、鋅、銅、錳可促進生長發育。補充鋅又可增加鈷的吸收;錳能影響、改善肌體對銅的利用。氟與鈣、磷有協同作用,適量氟、鈣、磷有利於骨骼生長發育。氟能促進腸道對鐵的吸收;釩可促進鐵的作用;鍶與鈣有協同作用,都是人體骨骼和牙齒的組成部分,並參與骨骼生長發育代謝。
拮抗:鋅、鐵、錳、鈣對鉻、鉛、汞、鋁有拮抗作用,能夠抑制鉻、鉛、汞、鋁在腸道的吸收。硒與鉬、鉻、銅、硫元素有拮抗作用,硒又能減輕汞、銅、鉈、砷的毒性。
Ⅸ 礦物質之間及與其他營養素間的關系是什麼
礦物質(包括微量元素)之間及與其他營養素之間的關系錯綜復雜,十分微妙,在特定條件下既有協調關系又有制約關系,甚至還有拮抗關系。
鈣和磷共同構成牙齒和骨骼,但鈣磷比例必須適當(1:1),如果磷過多,會妨礙鈣的吸收。血液內鈣、鎂、鉀、鈉等離子的濃度必須保持適當比例才能維持神經肌肉的正常興奮性。膳食鈣過高會妨礙鐵和鋅的吸收,鋅攝入過多又會抑制鐵的利用。硒對氟有拮抗作用,大劑量硒可降低氟骨症病人骨骼中的氟含量。
硒和維生素E互相配合可抑制脂質過氧化物的產生。蛋白質對微量元素在體內的運輸有很大作用,例如,銅的運輸靠銅藍蛋白,鐵的運輸靠運鐵蛋白。鋅參與蛋白質合成,鋅缺乏影響兒童生長發育。碘是甲狀腺素的組成成分,而甲狀腺素是調節人體能量代謝的重要激素,對蛋白質、脂肪和碳水化合物的代謝有促進作用。
Ⅹ 為什麼寒冷條件下,微生物分解作用慢就有利於有機質的積累
是的,你說的這個是指土壤,其實有機質的積累要符合以下公式:
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即等於有機質的分解作用加上有機質的產生能力的總和。
根據這個公式,在寒冷條件下,微生物的分解作用會降低(因為酶活性的降低),而有機質的產生能力幾乎不變為什麼,這是根據一年四季落葉的量以及動植物的死亡來決定的,因此是不變的。所以這個公式唯一的變數在於微生物的分解作用,而微生物的分解作用又取決於溫度,所以當寒冷條件下,微生物的分解作用慢有利於有機質的累積。