1、第二章 微生物對(duì)污染物的降解和轉(zhuǎn)化,第五節(jié) 有機(jī)污染物生物降解途徑,自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用,一、生物組分的大分子有機(jī)物降解,1.多糖類的生物降解 纖維素的降解 纖維素植物結(jié)構(gòu)多糖 生物降解必須在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用下分解成單糖。 纖維素酶包括：C1酶和Cx酶（-1,4-葡聚糖酶）、葡萄糖苷酶,微生物分解纖維素的生化機(jī)制 纖維素 單糖,纖維素復(fù)合酶的類型（按作用場(chǎng)所分）： 表面酶：分布于細(xì)胞表面,不能在其細(xì)胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌） 外 酶：分泌到胞外,在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。,內(nèi)切葡萄糖酶 外切葡萄糖酶 -葡萄糖苷酶,纖維素復(fù)合酶,分解纖維素的微生物 (1)

2、有氧、中溫條件 a.真菌(木霉屬) 木材腐朽： 棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素 白 腐：真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素 b.細(xì)菌（食纖維菌屬) c.放線菌,(2)無(wú)氧中溫條件 細(xì)菌：纖維分解梭菌。 真菌：木朽菌、層孔菌 放線菌：,(3)高溫條件：在6070條件下生長(zhǎng)，并分解纖維素 細(xì) 菌：熱纖維菌 放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬,1.多糖類的生物降解,一、生物組分的大分子有機(jī)物降解,淀粉植物的貯存多糖 由產(chǎn)淀粉酶的微生物將淀粉水解成麥芽糖， 在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被微生物分解、利用。,1.多糖類的生物降解,一、生物組分的大分子有機(jī)物降解,原果膠：半乳糖醛酸以-1，4糖苷鍵連成的多糖 由原果膠酶分解成

3、可溶性果膠，再進(jìn)一步降解成果膠酸、半乳糖醛酸。,半纖維素的分解,五碳糖、六碳糖及糖醛酸的組成的多糖,分解半纖維素的微生物：,一、生物組分的大分子有機(jī)物降解,2.木質(zhì)素的生物降解,微生物不可以直接將木素作為碳源來(lái)利用； 可降解木素的酶：Mn過(guò)氧化物酶、漆酶、木素降解酶； 木素一般是先被降解成芳香族化合物，再由多種微生物繼續(xù)進(jìn)行分解。,一、生物組分的大分子有機(jī)物降解,3.脂類生物降解 脂質(zhì)或稱脂類（lipids）是由脂肪酸與醇縮合生成的酯及其衍生物，根據(jù)脂類的主要成分分類，可將脂類分為單脂和復(fù)脂。 單脂是由各種高級(jí)脂肪酸和醇構(gòu)成的酯，如常說(shuō)的油脂，僅含有脂肪酸和醇；復(fù)脂是除含有脂肪酸和各種醇以外還

4、含有其它成分的酯，如結(jié)合磷酸的稱為“磷脂（phopholipids）等。 顯著特點(diǎn)是一般不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、苯等有機(jī)溶劑，這種溶于有機(jī)溶劑而不溶于水的特性稱為“脂溶性”。 酯類物質(zhì)一般先通過(guò)脂肪酶降解成甘油和脂肪酸。甘油能被大多數(shù)微生物所利用；脂肪酸通過(guò)氧化，分解成多個(gè)乙酸。,二、烴類化合物的微生物降解,1.烷烴類的微生物降解,（1）甲烷的氧化,CH4CH3OHHCHOHCOOHCO2,（2）乙烷、丙烷、丁烷的氧化,在甲烷菌的共代謝作用下，生成相應(yīng)的酮，進(jìn)一步被微生物降解；,（3）高級(jí)烷烴類的氧化,高級(jí)烷烴低級(jí)化，低級(jí)形成相應(yīng)的醛、酸、酮等。,2.烯烴類的微生物降解,根據(jù)雙鍵位置不同（

5、中部或C1-C2之間），氧化途徑不同。（圖2-5有三種可能）,二、烴類化合物的微生物降解,3.芳烴類的微生物降解,如有側(cè)鏈，一般先從側(cè)鏈開(kāi)始分解；各種芳烴類化合物雖然最終的步驟可能不同，但他們都有共同的中間產(chǎn)物雙酚類化合物。,4.脂環(huán)烴類的微生物降解,烴類中，此類的抗生物降解性最強(qiáng)。,5.海洋油污的微生物降解及其生態(tài)學(xué)特征,（1）海洋中石油污染物的遷移途徑 主要由于石油降解微生物作用得以凈化。（2）海洋石油降解微生物的特點(diǎn) 分布上在近海，不在遠(yuǎn)海；石油降解菌的生長(zhǎng)位置在水油交界處，而不是在油液中。（3）環(huán)境因子的影響 溫度、氧和N、P,二、烴類化合物的微生物降解,三、農(nóng)藥的微生物降解與轉(zhuǎn)化,1

6、.農(nóng)藥的環(huán)境污染,目前使用的農(nóng)藥主要有有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)氮和有機(jī)硫類；其中有機(jī)氯類最具危險(xiǎn)性。 有機(jī)氯類農(nóng)藥為脂溶性的，易進(jìn)入生物體內(nèi)，富集于內(nèi)臟中。,2.微生物對(duì)農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化,都是先被降解成雙酚結(jié)構(gòu)，再被其他微生物繼續(xù)降解。 2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）、草芽蘋和2,4,5-T的降解、DDT的降解（僅能通過(guò)微生物的共代謝得到降解）,（1）2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）,真菌中黑曲霉，僅能將-OH基引入芳香環(huán)，,（2）草芽蘋和2,4,5-T的降解,四、其它合成有機(jī)物的微生物降解與轉(zhuǎn)化,1.合成洗滌劑的降解和轉(zhuǎn)化,LAS經(jīng)末端氧化、氧化、脫磺基等作用產(chǎn)生苯甲酸或苯乙酸，產(chǎn)生鄰苯二

7、酚降解,2.多氯聯(lián)苯（Polychlorobiphenyl，PCB）的降解,廣泛應(yīng)用于化工、電氣、橡膠和塑料工業(yè)； 氯含量與降解難易程度相關(guān)； 光降解作用有利于脫氯，提高多氯聯(lián)苯可生物降解性能,3.聚乙二醇（Polyethylenglycol，PEG）的降解,PEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000難降解,4.增塑劑的降解,光降解作用使塑料粉末化，相對(duì)分子量降至5000以下，利用微生物利用。,五、有機(jī)汞的微生物分解、轉(zhuǎn)化,抗汞微生物將有機(jī)汞還原為無(wú)機(jī)汞化物或金屬汞。,（一）氨化作用,（1）蛋白質(zhì)分解 （2）核酸的分解的氨化,六、 氮素循環(huán)中微生物的作用,（一）氨化作用,(

8、3)尿素的氨化,尿素細(xì)菌： 1、球菌：尿素生孢八疊球菌 2、芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌,六、 氮素循環(huán)中微生物的作用,（一）氨化作用,(3)尿素的氨化,尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)： 喜好堿性條件。 以尿素、銨鹽為N源，以有機(jī)C為C源、能源。,（二）硝化作用,銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過(guò)程,硝化作用,化能自養(yǎng)型,異 養(yǎng) 型,1、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程,2、影響硝化作用的環(huán)境因素 (1)pH值：適宜微堿性 (2)溫度：4-40，最適：25-35 (3)通氣：需氧 (4)濕度：過(guò)量影響通氣，不足引起細(xì)胞缺水。 3、硝化作用的農(nóng)業(yè)意義 淋溶 硝化作用的化學(xué)抑制,（二）硝化作用,六、氮素循環(huán)中微生物的作用,（三）反硝化作用,微生物還原硝酸為亞硝酸、氨和N2的作用,HNO3,N2O 或 N2,NH3,合成性硝酸還原作用,硝酸鹽的異化還原作用 （脫氮）,1、反硝化作用的過(guò)程,（三）反硝化作用,2、反硝化作用微生物 大多數(shù)：異養(yǎng)兼厭氣性 極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（