有機(jī)污染物生物降解途徑ppt課件

1、第二章第二章 微生物對污染物微生物對污染物的降解和轉(zhuǎn)化的降解和轉(zhuǎn)化第五節(jié)第五節(jié) 有機(jī)污染物生物降解途徑有機(jī)污染物生物降解途徑CO2有機(jī)質(zhì) 自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、生物組分的大分子有機(jī)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解n纖維素的降解纖維素的降解n 纖維素纖維素植物構(gòu)造多糖植物構(gòu)造多糖n 生物降解必需在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用生物降解必需在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用下分解成單糖。下分解成單糖。n 纖維素酶包括：纖維素酶包括：C1酶和酶和Cx酶酶-1,4-葡葡聚糖酶、聚糖酶、葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 微生物分解纖維素的生化機(jī)制微生物分

2、解纖維素的生化機(jī)制 纖維素纖維素 單糖單糖纖維素復(fù)合酶的類型按作用場所分：纖維素復(fù)合酶的類型按作用場所分：外表酶：分布于細(xì)胞外表外表酶：分布于細(xì)胞外表, ,不能在其細(xì)胞培育液中起作用的不能在其細(xì)胞培育液中起作用的酶食纖維菌酶食纖維菌外外 酶：分泌到胞外酶：分泌到胞外, ,在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶真菌在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶真菌的纖維素酶。的纖維素酶。內(nèi)切葡萄糖酶內(nèi)切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纖維素復(fù)合酶纖維素復(fù)合酶分解纖維素的微生物分解纖維素的微生物(1)(1)有氧、中溫條件有氧、中溫條件a.a.真菌真菌( (木霉屬木霉屬) ) 木材腐朽：木材腐朽： 棕色腐朽褐

3、腐：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素棕色腐朽褐腐：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素 白白 腐：真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素腐：真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素b.b.細(xì)菌食纖維菌屬細(xì)菌食纖維菌屬) )c.c.放線菌放線菌 (2)(2)無氧中溫條件無氧中溫條件 細(xì)菌：纖維分解梭菌。細(xì)菌：纖維分解梭菌。 真菌：木朽菌、層孔菌真菌：木朽菌、層孔菌 放線菌：放線菌：(3)(3)高溫條件：在高溫條件：在60706070條件下生長，并分解纖維素條件下生長，并分解纖維素 細(xì)細(xì) 菌：熱纖維菌菌：熱纖維菌 放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解一、生物組

4、分的大分子有機(jī)物降解n 淀粉淀粉植物的儲存多糖植物的儲存多糖n 由產(chǎn)淀粉酶的微生物將淀粉水解成麥芽由產(chǎn)淀粉酶的微生物將淀粉水解成麥芽糖，糖， 在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被微生物分解、利用。在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被微生物分解、利用。n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解原果膠：半乳糖醛酸以原果膠：半乳糖醛酸以-1，4糖苷鍵連成糖苷鍵連成的多糖的多糖 由原果膠酶分解成可溶性果膠，再進(jìn)一步由原果膠酶分解成可溶性果膠，再進(jìn)一步降解成果膠酸、半乳糖醛酸。降解成果膠酸、半乳糖醛酸。 分解果膠的微生物分解果膠的微生物細(xì)細(xì) 菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等菌：芽孢桿菌、梭菌、

5、假單孢菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等 水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其中的果膠。物分解其中的果膠。 露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并堅(jiān)持一定的濕度，露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并堅(jiān)持一定的濕度，利用好氧微生物分解果膠。利用好氧微生物分解果膠。果膠分解的運(yùn)用果膠分解的運(yùn)用-麻類脫膠麻類脫膠半纖維素的分解半纖維素的分解五碳糖、六碳糖及糖醛酸的組成的多糖五碳糖、六碳糖及糖醛酸的組成的多糖分解半纖維素的微生物：分解半纖維素的微生物：真菌雙孢蘑菇真菌雙

6、孢蘑菇放線菌青銅色小單孢菌放線菌青銅色小單孢菌細(xì)菌枯草桿菌細(xì)菌枯草桿菌原生動(dòng)物原生動(dòng)物藻藻 類類一、生物組分的大分子有機(jī)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解n2.木質(zhì)素的生物降解木質(zhì)素的生物降解H2O2H2OMnPMnP+Mn3+Mn2+Mn3+丙二酸鹽丙二酸鹽木素氧化態(tài)木素圖1-3 MnP降解木素機(jī)制螯合物 微生物不可以直接將木素作為碳源來利用； 可降解木素的酶：Mn過氧化物酶、漆酶、木素降解酶； 木素普通是先被降解成芳香族化合物，再由多種微生物繼續(xù)進(jìn)展分解。一、生物組分的大分子有機(jī)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解n3.3.脂類生物降解脂類生物降解n脂質(zhì)或稱脂類脂質(zhì)或稱脂類lipidsl

7、ipids是由脂肪酸與醇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。要成分分類，可將脂類分為單脂和復(fù)脂。n單脂是由各種高級脂肪酸和醇構(gòu)成的酯，單脂是由各種高級脂肪酸和醇構(gòu)成的酯，如常說的油脂，僅含有脂肪酸和醇；復(fù)脂如常說的油脂，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含有其它是除含有脂肪酸和各種醇以外還含有其它成分的酯，如結(jié)合磷酸的稱為成分的酯，如結(jié)合磷酸的稱為“磷脂磷脂phopholipidsphopholipids等。等。n顯著特點(diǎn)是普通不溶于水，而溶于乙醚、顯著特點(diǎn)是普通不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、苯

8、等有機(jī)溶劑，這種溶于有機(jī)溶劑氯仿、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而不溶于水的特性稱為“脂溶性。脂溶性。 n酯類物質(zhì)普通先經(jīng)過脂肪酶降解成甘油和酯類物質(zhì)普通先經(jīng)過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。甘油能被大多數(shù)微生物所利用；脂肪酸經(jīng)過脂肪酸經(jīng)過氧化，分解成多個(gè)乙酸。氧化，分解成多個(gè)乙酸。二、烴類化合物的微生物降解二、烴類化合物的微生物降解1.烷烴類的微生物降解烷烴類的微生物降解1甲烷的氧化甲烷的氧化nCH4CH3OHHCHOHCOOHCO22乙烷、丙烷、丁烷的氧化乙烷、丙烷、丁烷的氧化n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

9、級烷烴類的氧化高級烷烴類的氧化n 高級烷烴低級化，低級構(gòu)成相應(yīng)的醛、酸、酮等。2.烯烴類的微生物降解烯烴類的微生物降解n根據(jù)雙鍵位置不同中部或C1-C2之間，氧化途徑不同。圖2-5有三種能夠二、烴類化合物的微生物降解二、烴類化合物的微生物降解3.芳烴類的微生物降解芳烴類的微生物降解n如有側(cè)鏈，普通先從側(cè)鏈開場分解；各種芳烴類化合物雖然最終的步驟能夠不同，但他們都有共同的中間產(chǎn)物雙酚類化合物。4.脂環(huán)烴類的微生物降解脂環(huán)烴類的微生物降解n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

10、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)化三、農(nóng)藥的微生物降解與轉(zhuǎn)化1.農(nóng)藥的環(huán)境污染農(nóng)藥的環(huán)境污染 目前運(yùn)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.微生物對農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化微生物對農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化n 都是先被降解成雙酚構(gòu)造，再被其他微生物繼續(xù)降解。n 2,4-D2,4-二氯苯氧乙酸、草芽蘋和2,4,5-T的降解、DDT的降

11、解僅能經(jīng)過微生物的共代謝得到降解12,4-D2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸n真菌中黑曲霉，僅能將-OH基引入芳香環(huán)，2草芽蘋和草芽蘋和2,4,5-T的降解的降解四、其它合成有機(jī)物的微生物降解四、其它合成有機(jī)物的微生物降解與轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)化1.合成洗滌劑的降解和轉(zhuǎn)化合成洗滌劑的降解和轉(zhuǎn)化nLAS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)生鄰苯二酚降解2.多氯聯(lián)苯多氯聯(lián)苯Polychlorobiphenyl，PCB的降的降解解n廣泛運(yùn)用于化工、電氣、橡膠和塑料工業(yè)；n氯含量與降解難易程度相關(guān)；n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.聚乙二醇聚乙二醇Polyethylenglyc

12、ol，PEG的降的降解解nPEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000難降解4.增塑劑的降解增塑劑的降解n光降解作用使塑料粉末化，相對分子量降至5000以下，利用微生物利用。五、有機(jī)汞的微生物分解、轉(zhuǎn)化五、有機(jī)汞的微生物分解、轉(zhuǎn)化n抗汞微生物將有機(jī)汞復(fù)原為無機(jī)汞化物或金屬汞。一氨化作用一氨化作用1蛋白質(zhì)分解蛋白質(zhì)分解2核酸的分解的氨化核酸的分解的氨化六、六、 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一氨化作用一氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素細(xì)菌：尿素細(xì)菌： 1 1、球菌：尿素生孢八疊球菌、球菌：尿素生孢八疊球菌 2 2、芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌、芽孢桿菌：巴斯

13、德尿素芽孢桿菌六、六、 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用一氨化作用一氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)：尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)： 喜好堿性條件。喜好堿性條件。以尿素、銨鹽為以尿素、銨鹽為N N源，以有機(jī)源，以有機(jī)C C為為C C源、能源。源、能源。二硝化作用二硝化作用銨氧化構(gòu)成硝酸的微生物學(xué)過程銨氧化構(gòu)成硝酸的微生物學(xué)過程硝化作用硝化作用化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型異異 養(yǎng)養(yǎng) 型型1 1、硝化細(xì)菌和硝化作用的過程、硝化細(xì)菌和硝化作用的過程N(yùn)H4+ NO2- NO3-NH4+ NO2- NO3-硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌2 2、影響硝化作用的環(huán)境要素、影響硝化作用的環(huán)

14、境要素 (1)pH (1)pH值：適宜微堿性值：適宜微堿性 (2) (2)溫度：溫度：4-404-40，最適：，最適：25-3525-35 (3) (3)通氣：需氧通氣：需氧 (4) (4)濕度：過量影響通氣，缺乏引起細(xì)胞缺水。濕度：過量影響通氣，缺乏引起細(xì)胞缺水。3 3、硝化作用的農(nóng)業(yè)意義、硝化作用的農(nóng)業(yè)意義 淋溶淋溶 硝化作用的化學(xué)抑制硝化作用的化學(xué)抑制二硝化作用二硝化作用六、氮素循環(huán)中微生物的作用六、氮素循環(huán)中微生物的作用三反硝化作用三反硝化作用微生物復(fù)原硝酸為亞硝酸、氨和微生物復(fù)原硝酸為亞硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸復(fù)原作用合成性硝酸復(fù)原作用硝酸鹽的異化復(fù)原作用硝酸鹽的異化復(fù)原作用脫氮脫氮1、反硝化作用的過程、反硝化作用的過程三反硝化作用三反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多數(shù)：異養(yǎng)兼厭氣性大多數(shù)：異養(yǎng)兼厭氣性 極少數(shù)：化能自養(yǎng)型脫氮硫桿菌極少