枯草芽孢杆菌微生物菌剂

所谓氨化作用（amonification），是指含氮有机物经微生物分解产生氨的过程。这个过程又称为有机氮的矿化作用（mineralization of organic nitrogen）。来自动物、植物、微生物的蛋白质、氨基酸、尿素、几丁质，以及核酸中的嘌呤和嘧啶等含氮有机物，均可通过氨化作用而释放氨，供植物和微生物利用。

（一）蛋白质的氨化作用

1.蛋白质的分解过程

蛋白质是由约20种氨基酸构成的大分子化合物，不能直接透过细胞膜而进入微生物体内。蛋白质的分解通常分为二个阶段：首先，在微生物所分泌的蛋白酶作用下，蛋白质水解成各种氨基酸；然后，在体内脱氨基酶的作用下氨基酸被分解释放出氨。

（1）蛋白质的水解

蛋白质水解过程是在蛋白酶和肽酶的联合催化下完成的。蛋白酶又称内肽酶，能够水解蛋白质分子内部的肽键，形成蛋白胨及各种短肽。蛋白酶有一定的专一性，不同蛋白质的水解需要相应蛋白酶的催化。肽酶又称外肽酶，只能从肽链的一端水解，每次水解释放一个氨基酸。不同的肽酶也有一定的专一性。有的要求在肽链的一端存在自由氨基，有的则要求存在自由羧基。前者称为氨肽酶，后者称为羧肽酶。

（2）氨基酸的脱氨基作用

蛋白质水解形成的氨基酸可吸收至微生物细胞内，并进行各种脱氨基作用。脱氨基作用有下列各种形式：

A.水解脱氨基作用

RCHNH2COOH＋H2O→RCHOHCOOH＋NH3

B.水解脱氨基并脱羧基作用

RCHNH2COOH＋H2O→RCH2OH＋NH3＋CO2

C.还原脱氨基作用

RCHNH2COOH＋H2→RCH2COOH＋NH3

D.还原脱氨基并脱羧基作用

RCHNH2COOH＋H2→RCH3＋CO2＋NH3

E.氧化脱氨并脱羧基作用

RCHNH2COOH＋O2→RCOOH＋CO2＋NH3

F.脱氨基并形成双键作用

RCHNH2COOH →RCH＝CHCOOH＋NH3

G.两种氨基酸之间进行氧化还原作用（Stickland反应）并脱氨

CH3CHNH2COOH ＋ CH2NH2COOH ＋ H2O→CH3COCOOH ＋ CH3COOH＋2NH3

各种氨基酸脱氨基作用的共同产物是氨，同时也产生有机酸、醇、碳氢化合物和二氧化碳等。如果是含硫氨基酸，则在脱氨作用的同时，脱硫形成硫化氢或硫醇，产生恶臭。具体的脱氨基途径取决于底物、作用的微生物及环境条件。

2.蛋白质氨化微生物

能够分解蛋白质的微生物很多，但分解速度各不相同。分解蛋白质能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物。氨化细菌可以下列各菌为代表：

（1）兼性厌氧的无芽孢杆菌

荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens），黏质赛氏杆菌（Serratia marcescens）和普通变形杆菌（Proteus vulgaris）是不生芽孢的革兰氏阴性杆菌，兼性厌氧，在有氧和无氧条件下都能进行强烈的氨化作用。荧光假单胞菌细胞单生或端生鞭毛，能运动，产生淡绿色可溶性荧光色素，在厌氧条件下能够以硝酸盐作最终受氢体，其形态见图10-7所示。黏质赛氏杆菌细胞单生，周生鞭毛能运动，能够产生不具溶性的红色素，使菌落成为鲜红色。

图10-7 荧光假单胞菌（Pseudomonasfluorescens）菌体形态

（2）好氧性芽孢杆菌

能够进行氨化作用的好氧芽孢杆菌有巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、蜡质芽孢杆菌霉状变种和枯草杆菌等（图10-8a，b）。巨大芽孢杆菌和蜡质芽孢杆菌霉状变种的细胞宽度一般在1.2～2.0μm以下，后者的菌落形成丝状，有点像霉菌菌落。

（3）厌氧芽孢杆菌

腐败梭菌（Clostridium putrificum）是一种分解蛋白质能力很强的厌氧细菌，芽孢端生、膨大，菌体呈鼓槌状（图10-8c），分解蛋白质时产生恶臭。能够进行Stickland反应脱氨的细菌均是专性厌氧的梭状芽孢杆菌，但并不是所有的梭状芽孢杆菌都能进行Stickland反应，见表10-2。

图10-8 芽孢杆菌

（a）霉状芽孢杆菌（Bacillus cereusvar.mycoides）；（b）枯草芽孢杆菌（B.subtilis）； （c）腐败梭菌（Clostridium putrificum）

真菌在蛋白质的分解中也占有重要地位。交链胞霉属（Alternaria）、曲霉属（Aspergil-lus）、毛霉属（Mucor）、青霉属（Penicillium）、根霉属（Rhizopus）及木霉属（Trichoderma）等属的真菌研究得较为深入。真菌在某些土壤特别是酸性土壤的蛋白质分解中起着主要作用。

许多放线菌能分泌胞外蛋白酶，从土壤中分离到的放线菌有15％ ～17％能产蛋白酶。嗜热性放线菌在堆肥高温阶段的蛋白质分解中是十分活跃的类群。

表10-2 以能否进行Stickland反应分类的梭状芽孢杆菌

（二）核酸的氨化作用

核酸是动植物及微生物尸体的主要成分之一，可以被微生物所分解。核酸分解时，先由胞外核糖核酸酶或胞外脱氧核糖核酸酶将大分子降解，形成单核苷酸。单核苷酸脱磷酸成为核苷，然后将嘌呤或嘧啶与糖分开。嘌呤和嘧啶可被多种微生物如诺卡氏菌（Nocardia）、假单胞菌、小球菌（Micrococcus）和梭状芽孢杆菌等进一步分解，形成含氮产物氨基酸、尿素及氨。

（三）尿素和尿酸的氨化作用

每个成年人一昼夜排出尿素约30g，全年计约11kg，动物排出的尿素则更多。地球上人和动物每年所排出的尿达数千万吨。此外，尿素是化学肥料的一个重要品种，也是核酸分解的产物。在适宜的温度下，尿素可被迅速分解。

分解尿素的微生物广泛分布在土壤和污水池中，特别在粪尿池及堆粪场上。大多数细菌、放线菌、真菌都有尿酶，能分解尿素产生氨：

CO（NH2）2＋H2O→H2NCOONH4→2NH3＋CO2

常见的分解尿素的微生物有：芽孢杆菌、小球菌、假单胞菌、克氏杆菌（Klebsiella）、棒状杆菌（Corynebacterium）、梭状芽孢杆菌。某些真菌和放线菌也能分解尿素。有一小群细菌特别被称为尿细菌，它们不但能够耐高浓度尿素，而且还能够耐高浓度尿素水解时产生的强碱性。如巴斯德尿素芽孢杆菌（Urobacillus pasteurii），在1L溶液中培养时，能分解140g尿素。土壤施用尿素肥料时，尿素颗粒附近的pH值可超过8.0，有时达9.0。在此碱性条件下，产生的氨气极易挥发损失。

人和动物尿中的尿酸和马尿酸，在微生物作用下可被分解，生成的氨基酸按脱氨的规律转化。马尿酸的分解如下：

（四）几丁质的氨化作用

几丁质广泛存在于自然界。昆虫翅膀、许多真菌细胞壁，特别是很多担子菌中含有这种物质。几丁质是一种含氮多聚糖，其基本结构单位是N-乙酰葡萄糖胺，连成长链。几丁质与纤维素结构类似，只是纤维素中每个葡萄糖单位中的一个羟基被乙酰胺所取代。纯几丁质含氮6.9％ ，被微生物分解时既可作为碳源，也可作为氮源。几丁质不溶于水和有机酸，也不溶于浓碱及稀酸，只能溶于浓酸或被微生物分解。几丁质在土壤中分解的速度和纤维素差不多，但比蛋白质和核酸慢。

能够分解几丁质的微生物很多，其中以放线菌为主。在土壤中，放线菌占几丁质分解菌的90％ ～99％ ，包括链霉菌属、诺卡氏菌属（Nocardia）、小单孢菌属（Micromonospora）、游动放线菌属（Actinoplanes）及孢囊链霉属（Streptosporangium）等。由于利用几丁质的放线菌种类广泛，因而可用几丁质作为放线菌的选择性培养基。真菌及细菌中也有很多属分解几丁质的能力较强，真菌如被孢霉属（Montierella）、木霉属（Trichoderma）、轮枝孢霉属（Verticillium）及拟青霉属（Paecilomyces）、黏鞭霉属（Gliomastix）等；细菌如芽孢杆菌属、假单胞菌属、梭状芽孢杆菌属等。

分解几丁质的微生物能分泌几丁质酶，将长链切割成几个单位的短链寡糖胺，有时也能每次切下两个单位的葡萄糖胺（即几丁二糖）；然后经几丁二糖酶作用产生N-乙酰葡萄糖胺，脱酰基产生葡萄糖胺及乙酸；葡萄糖胺最后脱氨基成为葡萄糖和氨。

微生物对几丁质的分解，不仅可为植物提供有效态氮，而且还有利于消灭植物病原真菌。土壤中加入几丁质后，土生镰刀菌引起的病害明显降低。

（五）碳氮比与有机氮的可利用性

有机物质中所含的氮素经微生物作用而以无机氮释放的过程，称为氮素的矿化作用。在有机物质分解的过程中释放的无机氮素可被微生物吸收，并合成微生物的细胞物质，从而使无机态氮素重新转化为有机态氮，这一过程称为氮素的固定作用。

矿化作用和固定作用的相对强弱与有机物质的碳氮比例密切相关。微生物对各个营养成分的要求有一定比例。当有机物质的碳氮比小（即含氮较多）时，微生物的氮素固定作用就小于矿化作用，多余的部分氮素即可释放积累于环境中，供植物利用。反之，如果有机物的碳氮比大（即含氮较少），则微生物的氮素固定作用不仅耗尽矿化作用所释放的无机态氮，而且还要从周围环境中吸收无机态氮以弥补不足。有机物C／N与矿质氮释放的关系为：C／N＜20时，净释放矿质氮；C／N为20～30时，则不吸收也不释放；C／N＞30时，则微生物从环境中吸收无机氮。