第二章微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化詳解演示文稿第一頁(yè)，共五十三頁(yè)。優(yōu)選第二章微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化第二頁(yè)，共五十三頁(yè)。（1）降解性質(zhì)粒降解難降解化合物的酶類大多是由質(zhì)?？刂频模@類質(zhì)粒被稱為降解質(zhì)粒。5.微生物具有巨大的降解能力（2）共代謝P282石油——多環(huán)芳烴化合物雙環(huán)或三環(huán)四環(huán)或多環(huán)假單胞菌（唯一碳源和能源）不支持第三頁(yè)，共五十三頁(yè)。

假單胞菌+四環(huán)或多環(huán)芳烴化合物+雙環(huán)或三環(huán)芳烴化合物×微生物在利用生長(zhǎng)基質(zhì)A時(shí)（從中獲得能量、碳源），同時(shí)非生長(zhǎng)基質(zhì)B（不能從中獲得能量、碳源或其他任何營(yíng)養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應(yīng)——共代謝OK第四頁(yè)，共五十三頁(yè)。共代謝特點(diǎn)不導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量或能量的增加，不促進(jìn)其本身的生長(zhǎng)。使有機(jī)物得到修飾或轉(zhuǎn)化，但不能使其分子完全分解。第五頁(yè)，共五十三頁(yè)。共代謝原理靠降解其它有機(jī)物提供能源或碳源；依靠其他微生物的協(xié)同作用；相似物誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的誘導(dǎo)酶，被轉(zhuǎn)化為不完全氧化產(chǎn)物。

本質(zhì)：最初的酶系作用的底物專一性較低（E1），后面酶系作用的底物專一性較高（E2），無(wú)法識(shí)別前面酶系的產(chǎn)物(B’)。

E1E2E3A——>B——>C——>D——>E——>CO2+能量

E1E2A’——>B’——>×第六頁(yè)，共五十三頁(yè)。（3）混合菌株作用（混合培養(yǎng)）P278/322礦化也稱終極生物降解，指有機(jī)物生物降解為二氧化碳和水的過(guò)程。在自然界，第一個(gè)菌株的共代謝產(chǎn)物可在第二個(gè)菌株的作用下繼續(xù)共代謝或完全礦化?；旌吓囵B(yǎng)菌株的降解能力大大高于單個(gè)菌株的純培養(yǎng)。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化廣義上可以定義為兩種：

礦化作用和共代謝作用第七頁(yè)，共五十三頁(yè)?；旌暇曜饔玫臋C(jī)制

互生機(jī)制共生機(jī)制單獨(dú)均可降解，混合培養(yǎng)增加效率

不同微生物產(chǎn)生的酶有差異，共同的作用提高了降解效率單獨(dú)不能降解，共同培養(yǎng)可降解

彼此之間為對(duì)方提供：生長(zhǎng)因子，能利用的碳源，消除有毒中間產(chǎn)物，保持pH平衡，消除反饋抑制等。第八頁(yè)，共五十三頁(yè)。（4）共代謝和混合菌株作用意義大大拓展對(duì)難降解有機(jī)污染物的作用范圍提高復(fù)雜有機(jī)污染物的降解率污染處理時(shí)，可以通過(guò)誘導(dǎo)共代謝作用的發(fā)生，降解難降解污染物?！o微生物生態(tài)系統(tǒng)添加可支持微生物生長(zhǎng)的、化學(xué)結(jié)構(gòu)與污染物類似的物質(zhì)，進(jìn)而誘導(dǎo)共代謝作用的發(fā)生。第九頁(yè)，共五十三頁(yè)。二、微生物群落的代謝機(jī)制(P280)1.提供特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

主要是生長(zhǎng)因子類物質(zhì)假單孢菌屬(Pseudomonas)諾卡氏菌屬(Nocadiasp.)產(chǎn)生出生物素Nocadiasp.才具備降解環(huán)己烷的能力第十頁(yè)，共五十三頁(yè)。去除生長(zhǎng)抑制物質(zhì)CH4該群落中的其他菌假單孢菌抑制CH3OH該群落中的其他菌為：黃桿菌、不動(dòng)小桿菌氧化第十一頁(yè)，共五十三頁(yè)。3.改善單個(gè)微生物的基本生長(zhǎng)參數(shù)微生物之間構(gòu)成了類似食物鏈的關(guān)系如降解苔黑酚的3種細(xì)菌之間的情況苔黑酚假單孢菌中間代謝產(chǎn)物擴(kuò)展短桿菌、短小桿菌其他代謝物第十二頁(yè)，共五十三頁(yè)。4.對(duì)底物的協(xié)調(diào)利用

單個(gè)微生物對(duì)某種物質(zhì)無(wú)降解能力，但混合后則能夠降解該物質(zhì)。除草劑茅草枯的降解混合菌株的降解率比單個(gè)菌株的降解率高20%。第十三頁(yè)，共五十三頁(yè)。Arthrobactersp.殺蟲劑二嗪噥的降解二嗪噥Streptomycessp.

Arthrobactersp.Streptomycessp.被降解第十四頁(yè)，共五十三頁(yè)。6.電子轉(zhuǎn)移5.共代謝兩種緊密結(jié)合的產(chǎn)甲烷菌群落（methanobacillusomelianski）：CH3CH2OHCH3COOH+H2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌CO2+H2CH4產(chǎn)甲烷菌第十五頁(yè)，共五十三頁(yè)。7.提供一種以上初級(jí)底物利用者有一種以上初始利用者存在，每個(gè)初始利用者都能完全代謝底物。一類降解除草劑Fermon(N,N-二甲基-N-苯基脲)的微生物群落，包括3種Corynforms菌、1種假單孢菌和一種產(chǎn)堿菌(Alicaligenessp.)，它們均能夠單獨(dú)降解Fermon。混合培養(yǎng)菌株的降解能力大大高于單個(gè)菌株的純培養(yǎng)。第十六頁(yè)，共五十三頁(yè)。三、影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素（2）生長(zhǎng)時(shí)期

1.微生物的代謝活性（1）種類（3）適應(yīng)與馴化

馴化一種定向選育微生物的方法與過(guò)程，通過(guò)人工措施使微生物逐步適應(yīng)某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。第十七頁(yè)，共五十三頁(yè)。2.目標(biāo)化合物特征

有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與生物降解性的關(guān)系3.環(huán)境因素實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要調(diào)控某些非生物因子，使生物降解或礦化反應(yīng)達(dá)到最佳。營(yíng)養(yǎng)溫度pH溶解氧第十八頁(yè)，共五十三頁(yè)。第三章微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化第一節(jié)微生物降解理論基礎(chǔ)第二節(jié)微生物對(duì)常見(jiàn)污染物的降解與轉(zhuǎn)化第三節(jié)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與生物降解性第十九頁(yè)，共五十三頁(yè)。1.微生物分解有機(jī)物的作用第二節(jié)微生物對(duì)常見(jiàn)污染物的降解與轉(zhuǎn)化有機(jī)物的凈化過(guò)程的三階段第二十頁(yè)，共五十三頁(yè)。凈化本質(zhì)——微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)物為無(wú)機(jī)物依靠——好氧分解與厭氧分解微生物分解有機(jī)物的作用可總括成如下圖式：復(fù)雜有機(jī)物簡(jiǎn)單有機(jī)物需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有機(jī)酸、醇、酮、醛等未完全氧化產(chǎn)物好氧生物分解厭氧生物分解1.微生物分解有機(jī)物的作用第二十一頁(yè)，共五十三頁(yè)。細(xì)菌是其中的主力軍原理：好氧有機(jī)物呼吸

C→CO2+碳酸鹽和重碳酸鹽H→H2ON→NH3→HNO2→HNO3S→H2SO4P→H3PO4

→礦化鹽（1）好氧分解第二十二頁(yè)，共五十三頁(yè)。厭氧細(xì)菌原理：發(fā)酵、厭氧無(wú)機(jī)鹽呼吸C→RCOOH（有機(jī)酸）→CH4+CO2N→RCHNH2COOH→NH3（臭味）+有機(jī)酸（臭味）S→H2S（臭味）P→PO43-（2）厭氧分解第二十三頁(yè)，共五十三頁(yè)。2.微生物對(duì)各類有機(jī)污染物的分解包括糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機(jī)化合物等。（1）碳源(不含氮）污染物的分解

難溶的多糖，主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉糖類污染物第二十四頁(yè)，共五十三頁(yè)。丁酸、CO2、H2等纖維素葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶＋H2O纖維素酶CO2、H2O纖維二糖＋H2O纖維素酶纖維素的分解淀粉的分解CO2、H2、有機(jī)酸等淀粉葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物淀粉酶CO2、H2O第二十五頁(yè)，共五十三頁(yè)。（2）油脂類污染物的分解水中來(lái)源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細(xì)菌——熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌絲狀菌——放線菌、分支桿菌真菌——青霉、乳霉、曲霉脂肪＋H2O脂肪酶甘油＋高級(jí)脂肪酸途徑：水解+β氧化第二十六頁(yè)，共五十三頁(yè)。

含氮有機(jī)物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。含氮有機(jī)物生物降解較不含氮有機(jī)物更難，其產(chǎn)物污染性強(qiáng)；同時(shí)，它的降解產(chǎn)物與不含氮有機(jī)物的降解產(chǎn)物會(huì)發(fā)生相互作用，影響整個(gè)降解過(guò)程。（3）含氮污染物的分解第二十七頁(yè)，共五十三頁(yè)。蛋白質(zhì)蛋白酶水解肽肽酶水解氨基酸降解NH3NO2-

亞硝化菌NO3-硝化菌N2O(N2)反硝化菌氨化作用硝化作用反硝化作用氧化脫氨基作用水解脫氨基作用還原脫氨基作用（3）含氮污染物的分解蛋白質(zhì)第二十八頁(yè)，共五十三頁(yè)。硝化作用

由固氮作用生成的氨或由蛋白質(zhì)等高分子含氮化合物經(jīng)降解作用后產(chǎn)生的氨，都可能在有氧條件下，經(jīng)細(xì)菌作用而硝化

第二十九頁(yè)，共五十三頁(yè)。反硝化作用又稱脫氮作用。在土壤中以及在水體的底泥或中間水層環(huán)境介質(zhì)中都可能發(fā)生這種作用。反硝化過(guò)程可簡(jiǎn)單地表示如下：

其中N2和N2O是反硝化作用的主要產(chǎn)物，但一般情況下，在生成過(guò)量N2O條件下才能產(chǎn)生N2。第三十頁(yè)，共五十三頁(yè)。（4）危險(xiǎn)性化合物的分解具有新穎結(jié)構(gòu)的合成化合物往往對(duì)微生物的降解表現(xiàn)出抗逆性，其原因可能是這些化合物進(jìn)入自然界的時(shí)間比較短，微生物界還未進(jìn)化出降解此類難降解化合物的代謝機(jī)制。這些化合物大多數(shù)對(duì)環(huán)境具有毒害作用，故稱之危險(xiǎn)性化合物。①危險(xiǎn)性化合物的定義(P277)②危險(xiǎn)性化合物來(lái)源

人工合成的農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑、防腐劑、溶劑、增塑劑等第三十一頁(yè)，共五十三頁(yè)。農(nóng)藥石油洗滌劑多氯聯(lián)苯氰和腈農(nóng)藥微生物作用被氧化被脫鹵被還原被脫烴ClClClClClClCl大腸桿菌等脫鹵作用③危險(xiǎn)性化合物的分解第三十二頁(yè)，共五十三頁(yè)。飽和烴>芳香烴>膠質(zhì)和瀝青直鏈烷烴最容易被降解；在芳香烴部分中，二環(huán)和三環(huán)化合物較容易被降解，而含有四個(gè)或更多環(huán)的那芳香烴難于被微生物所降解;膠質(zhì)和瀝青則極難被微生物所降解。Ⅰ

微生物對(duì)烴類化合物的降解P296——石油的微生物降解機(jī)理芳香烴烴類化合物脂肪烴芳香烴第三十三頁(yè)，共五十三頁(yè)。鄰苯二酚真菌細(xì)菌第三十四頁(yè)，共五十三頁(yè)。A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOHB．無(wú)支鏈環(huán)烷烴的降解

以環(huán)己烷為例第三十五頁(yè)，共五十三頁(yè)。C．芳香烴芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。苯和酚的代謝苯的代謝第三十六頁(yè)，共五十三頁(yè)。萘的代謝第三十七頁(yè)，共五十三頁(yè)。菲的代謝第三十八頁(yè)，共五十三頁(yè)。蒽的代謝第三十九頁(yè)，共五十三頁(yè)。酚也是先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下：第四十頁(yè)，共五十三頁(yè)。

各類烴

具體的降解過(guò)程和產(chǎn)物正烷烴正烷烴→羧酸→二碳單位的短鏈脂肪酸+乙酰輔酶Ａ+ＣＯ2。烯烴烯烴→二羧酸環(huán)烷烴環(huán)烷烴→環(huán)醇→環(huán)酮芳香烴芳香烴→二醇→鄰苯二酚→三羧環(huán)的中間產(chǎn)物微生物對(duì)烴類化合物的降解途徑小結(jié)第四十一頁(yè)，共五十三頁(yè)。Ⅱ微生物對(duì)有機(jī)鹵代物的降解P284鹵代芳香烴降解概念：其環(huán)被裂為中間代謝物并且其有機(jī)鹵素被礦化。限速步驟：鹵素取代基從有機(jī)化合物中的脫離鹵代脂肪烴鹵代芳香烴有機(jī)鹵代物微生物沒(méi)有直接水解碳-鹵素鍵的酶系第四十二頁(yè)，共五十三頁(yè)。初期，通過(guò)還原、水解或氧化分解機(jī)理消除鹵素。后期，通過(guò)自發(fā)脫鹵等（1）脫鹵優(yōu)于開(kāi)環(huán)（2）先開(kāi)環(huán)后脫鹵好氧條件下微生物對(duì)鹵代芳香烴的降解第四十三頁(yè)，共五十三頁(yè)。脫鹵優(yōu)于開(kāi)環(huán)P287碳鹵素鍵的開(kāi)裂與水有關(guān)而與O2無(wú)關(guān)第四十四頁(yè)，共五十三頁(yè)。先開(kāi)環(huán)后脫鹵P287鹵代鄰苯二酚第四十五頁(yè)，共五十三頁(yè)。厭氧條件下P290厭氧菌能進(jìn)行一些好氧條件下未發(fā)現(xiàn)的特殊脫毒反應(yīng)如高氯代芳烴——氯酚類第四十六頁(yè)，共五十三頁(yè)。PCB（多氯聯(lián)苯）好氧微生物不對(duì)高氯聯(lián)苯起降解或脫氯作用多氯聯(lián)苯屬于致癌物