1、關于微生物對難降解物質的降解與轉化污染控制微生物第1頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 研究有機污染物的生物降解性，有助于深入認識污染物在環境中的遷移轉化規律和了解這些污染物對自然界物質轉化循環的影響程度，從而為控制污染，保護環境提供理論上的依據。此外，這項研究與保護人類健康和自然界生態平衡有密切關系 污染物的生物降解 第2頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三生物降解度 根據污染物生物降解進行的程度，可將其分為三種（或3個階段）。 1）初級生物降解是指有機污染物在微生物的作用下，母體化合物的化學結構發生變化，并改變了原污染物分子的完整性，即有機污染物本

2、來的結構發生部分變化。 有機污染物的生物降解性 第3頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 2)環境容許的生物降解是指可去除有機污染物的毒性或人們所不希望的特性，如表面活性劑的降解過程中那種使其失去起泡作用的降解。 3) 最終生物降解是指有機污染物向無機物轉化，完全被降解成CO2、H2O和其他無機物，并被同化為微生物的一部分。污染物的生物降解 第4頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 根據有機污染物與微生物的相互關系可以將有機污染物分為4類?？梢粤⒓幢晃⑸锢米鳛闋I養和能量來源的能夠逐步被微生物分解利用的生物降解十分緩慢或者根本就不能降解的可以通過共代謝

3、作用分解的污染物的生物降解 第5頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三前3種有機污污染物的生物降解過程如圖 第6頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 1）可以立即被微生物利用作為營養和能量來源的，包括糖、Pr(AA)、脂肪酸和一些涉及典型代謝途徑的污染物。 2)能夠逐步被微生物分解利用的，此類污染物的生物降解需要一個馴化期，在些期間有機污染物很少或根本不發生生物降解，故隨時間的變化曲線中明顯地有一個滯后期，它表示微生物對有機污染物的適應過程所需要的時間。一般將微生物從開始接觸有機化合物到有機化合物被明顯分解的這段時間稱為化合物生物降解的馴化期。污染物的生物

4、降解 第7頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三第8頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三其原因在于：在微生物混合群落中污染物的加入實際上是在定向地選擇那些能夠吸收和降解污染物基質的微生物種屬；這時滯后期是由于特定降解微生物的指數生長特性；同時，微生物對污染物也有一個選擇過程，所謂巴斯德效應。微生物對污染物的適應要通過誘導酶的合成，而且需要合成必需的輔酶或中間代謝產物。污染物的生物降解 第9頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三污染物的生物降解 第10頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三3) 生物降解十分緩慢或者根本就不

5、能降解的， 它包括一些天然高分子物質以及許多人類起源的有機化合物，如有機氯化化物。對這類物質可以通過其他方式使其轉化為可生物降解的物質，如O3氧化，給水處理中的O3-GAC或O3-BAC法即依據此原理。污染物的生物降解 第11頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三4)可以通過共代謝作用分解的，共代謝，又稱共氧化、聯合氧化，有的稱為輔助代謝，是指微生物在它有可利用的唯一碳源存在時，對原來不能利用的物質也能分解代謝的現象。是由美國德克薩大學的二位學者發現，如甲烷假單胞菌唯一能利用的碳源是CH4，但如果有CH4存在時加入C3H8、C4H10時，則該菌也能將這些烴類部分氧化為乙酸，丙

6、酸和丁酸。污染物的生物降解 第12頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三在自然界中有巨大數量的微生物種群，這些微生物種群對有機物的降解能力也存在著極大差別。微生物降解有機物質能力的多樣性，給利用微生物處理不同的工業廢水提供了可能性。微生物分解有機污染物的能力很強，如果能把這種潛力發掘出來，對環境保護工作有巨大貢獻。微生物降解有機污染物的潛能 第13頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 自然界中的纖維素主要來源于稻草，樹木、蔗渣、蘆葦、野生植物等。我國僅非木材纖維年產量就超過11012kg。這些非木材纖維以及大量的木材加工剩余物，都是取之不盡的天然高分子原料

7、和能源。由于纖維素具有水不溶性的高結晶構造,其外圍又被木質素層包圍著,要把它水解成可利用的葡萄糖相當困難,所以到目前為止仍沒有得到很好地利用.第二節 微生物對自然界中難降解物質的分解與轉化 第14頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三纖維素的結構 纖維素是一種復雜的多糖，由1.4葡萄糖苷鍵形成的長鏈，每個纖維素分子大約有800010000個葡萄糖殘基組成。鏈與鏈之間以氫鍵連接起來。植物纖維素外圍還包裹著其他高分子物質。第15頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三植物纖維素的結構圖第16頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 （1）-1,4葡

8、聚糖酶又叫Cx酶，它不能水解天然纖維素，只能切割部分降解的多糖。它廣泛分布在細菌、放線菌和真菌中，可作用于包括很多葡萄糖單位的多糖分子，也可作用于寡糖分子，如纖維四糖、纖維三糖。但它對寡糖比對多聚糖的水解作用內切-1，4葡聚糖酶，能隨機切斷-1，4苷鍵，提供許多可供反應的末端，外切-1，4葡聚糖酶，該酶又可分為從非還原性末端開始切下一個-葡萄糖和切下一個-葡聚二糖(纖維二糖)的兩種 微生物對自然界中難降解物質的分解與轉化 第17頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 （2）-葡萄糖苷酶可水解纖維二糖、纖維三糖及低分子量的寡糖成葡萄糖。這種酶過去被稱為纖維二糖酶，這顯然不合適，

9、因為它的作用底物不只是纖維二糖。第18頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三微生物對自然界中難降解物質的分解與轉化 纖維素分解過程第19頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三烴類化合物的分解第三節 微生物對石油化工廢水中烴類化合物的分解與轉化 第20頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三 芳香族化合物的分解 在芳香族與雜環化合物分解過程中起重要作用的微生物有假單胞菌、無色桿菌、節桿菌、棒桿菌、諾卡氏菌、分枝桿菌、曲霉、青霉等，這些微生物都能不同程度地使芳香族與雜環化合物分解。第21頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三微生

10、物分解芳香族化合物的方式有兩種：在酶的作用下直接將分子中的環狀結構打開 芳香族化合物中大部分被微生物作用去掉環上的側鏈基團，使之轉變成兒茶酚或原兒茶酸， 微生物對烴類化合物的分解與轉化 第22頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三第23頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三第24頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三合成洗滌劑的降解洗滌劑是人工合成的高分子聚合物。合成洗滌劑的主要成分是表面活性劑?；瘜W農藥的降解 過去使用農藥在提高農產品產量、保護秧苗、保護森林資源、農產品貯存等方面也起過積極作用。但是就在農藥為人類造福的同時，也污染了人類生

11、存的環境，又給人類帶來嚴重的危害。因為農藥的毒性很強，又很穩定，很難被微生物降解。年復一年，大量的農藥傾入環境，所以在環境中有大量的農藥積累。 農藥還可以從土壤中進入大氣和水體，通過食物鏈進入人體。尤其是那些化學性質穩定，在環境中不易分解的有機氯農藥。 微生物對合成有機物的分解與轉化 第25頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三微生物對農藥的作用方式是多種多樣，可以歸納為六種作用類型：去毒作用 農藥分子被微生物作用后變有毒為無毒。降解作用 將復雜的農藥化合物轉變為簡單化合物，或者徹底分解為CO2和H2O及NH3、Cl-。如果完全被分解成無機化合物，即稱為農藥的礦化。微生物對合

12、成有機物的分解與轉化 第26頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三活化作用 將無毒的物質轉化為有毒的農藥。如除草劑2，4-D丁酸 、殺蟲劑甲拌磷，是經土壤中微生物作用后的代謝產物，對雜草及昆蟲有毒害作用。失去活性 本來是一個無毒的有機分子，在微生物作用下可以成為農藥，但有的微生物能將這樣的分子轉化為另一無毒分子，使其再不能被活化成為農藥。微生物對合成有機物的分解與轉化 第27頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三結合、復合或加成作用 微生物的細胞代謝產物與農藥結合，形成更為復雜的物質。如將氨基酸、有機酸、甲基或者其它基團加在作用的底物上。這些作用過程也常常是

13、解毒作用。改變毒性譜 某些農藥對一類有機體有毒，但是它們被微生物代謝后，得到的產物能抑制完全不同的另一類有機體，毒性譜發生了改變。如5-氯苯甲醇轉化為4-氯苯甲酸。微生物對合成有機物的分解與轉化 第28頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三重金屬-汞污染與轉化 由于汞在工業上的廣泛應用，自然界汞的開采量逐年增多。如生產電池、路燈、繼電器等工業都需要汞；生產氯乙烯塑料和乙醛也都要用氯化汞作催化劑；很多化學農藥中亦含有無機汞或有機汞。因此，含汞污染物質不斷地排入環境，從而造成了汞的污染。 第五節 微生物對無機污染物的轉化 第29頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星

14、期三汞的化學轉化 汞能在中性水溶液內，用甲基鈷氨素作為甲基供體，完全以非生物反應進行甲基化。這一反應可快速且定量進行，而且在好氧和厭氧條件下都能進行。有人曾用一種產甲烷細菌的無細胞抽提液進行試驗，由于有這類菌合成的甲基鈷氨素作為甲基供體，并在ATP和一種酶還原劑存在的條件下，甲基鈷氨素中的甲基向二價汞轉移，形成甲基汞和二甲基汞，同時甲基鈷氨素轉化成羥基鈷氨素。以后又進一步發現，在無還原劑和細胞抽提液的情況下，只要給以甲基供體甲基鈷氨素，也能發生完全是非生物學汞的甲基化過程。此外，在有氯化汞和乙酸存在時，在甲基錫化合物作用下，也能發生汞的非酶甲基化作用。微生物對無機污染物的轉化 第30頁，共32頁，2022年，5月20日，15點0分，星期三汞的生物學轉化 在自然界中，有些微生物可轉化汞，可把元素汞和離子汞轉化為甲基汞和二甲基汞。Hg0Hg2CH3Hg或HgHg2CH3HgCH3 二甲基汞在酸性條件下能轉化為甲基汞。汞的轉化一般是通過細