微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

1、2021/3/271天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)l有機(jī)污染物的生物凈化機(jī)理 凈化本質(zhì)凈化本質(zhì)微生物轉(zhuǎn)化為微生物轉(zhuǎn)化為依靠依靠好氧分解與厭氧分解好氧分解與厭氧分解 厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌發(fā)酵、厭氧無機(jī)鹽呼吸發(fā)酵、厭氧無機(jī)鹽呼吸 細(xì)菌是其中的主力軍細(xì)菌是其中的主力軍 好氧有機(jī)物呼吸好氧有機(jī)物呼吸 2021/3/2728.1 8.1 碳循環(huán)碳循環(huán)包括包括:二氧化碳、碳水化合物（糖、淀粉、二氧化碳、碳水化合物（糖、淀粉、纖維素等）、脂肪、蛋白質(zhì)等纖維素等）、脂肪、蛋白質(zhì)等包括包括: 糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機(jī)化合物等人工合成的有機(jī)化合物等。 提問提問:

2、哪些糖類會成為污染物哪些糖類會成為污染物? 難溶的多糖難溶的多糖,且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會使自且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會使自凈時(shí)間大大增加凈時(shí)間大大增加,從而對環(huán)境造成污染。從而對環(huán)境造成污染。這類多糖主要是這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。2021/3/273 葡萄糖高聚物葡萄糖高聚物,每個(gè)纖維素分子含每個(gè)纖維素分子含140010000個(gè)葡個(gè)葡萄糖基（萄糖基（1-4糖苷鍵）。糖苷鍵）。棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等市垃圾等,其中均含有大量纖維素。其中均含有大量

3、纖維素。微生物微生物2021/3/275 好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌 厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、無芽孢厭、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。 放放 線線 菌菌鏈霉菌屬。鏈霉菌屬。 真菌真菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。 需要時(shí)可以向需要時(shí)可以向有菌種庫的研究機(jī)構(gòu)購買有菌種庫的研究機(jī)構(gòu)購買或或自行自行篩選篩選2021/3/276 存在于植物細(xì)胞壁的存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖雜多糖。造紙廢水和。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。人造纖維廢水中含半纖維素。 T

4、CA循環(huán)循環(huán) 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纖維素半纖維素 單糖單糖 + 糖醛酸糖醛酸 H2O 各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物 厭氧分解厭氧分解2021/3/277 分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素維素。 許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。線菌能分解半纖維素。 霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。及鐮刀霉。2021/3/2783.微生物對果膠微生物對果膠(pectin)類物質(zhì)的分解類物質(zhì)的分解 果膠酸果膠酸聚戊糖聚戊糖半乳糖醛酸半乳糖醛酸甲醇甲醇好氧條件好氧條

5、件厭氧條件厭氧條件CO2 + H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物2021/3/279 降解果膠類物質(zhì)的微生物降解果膠類物質(zhì)的微生物: 好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌:芽孢桿菌、軟腐歐氏菌等芽孢桿菌、軟腐歐氏菌等,厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌:費(fèi)氏浸麻菌等費(fèi)氏浸麻菌等 真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉等真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉等 放線菌放線菌 2021/3/27104.微生物對淀粉微生物對淀粉(starch)的分解的分解 2021/3/2711 淀粉分解菌淀粉分解菌:分解淀粉的微生物有細(xì)分解淀粉的微生物有細(xì)菌、放線菌、真菌。菌、放線菌、真菌。 其中以細(xì)菌和真菌的分解能力較強(qiáng)。其中以細(xì)菌和真菌的分解能力較強(qiáng)。 2021/3/2

6、712 水中來源水中來源:毛紡、毛條廠廢水、毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)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制革廠廢水含有大量油脂 降解油脂較快的微生物降解油脂較快的微生物: 細(xì)菌細(xì)菌 熒光桿菌、綠膿桿熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌菌、靈桿菌 絲狀菌絲狀菌 放線菌、分支桿放線菌、分支桿菌菌 真菌真菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉 途徑途徑:水解水解+ +氧化氧化2021/3/2713脂肪的分解代謝脂肪的分解代謝脂肪脂肪脂酶脂酶水解水解甘油甘油脂肪酸脂肪酸脂肪酸活化脂肪酸活化 脂酰脂酰CoACoARCOOH+CoASHRCOSCoA脂酰脂酰CoA合成酶合成酶ATPAMP+

7、PPiMg2+H2O2Pi反應(yīng)不可逆！反應(yīng)不可逆！脂肪酸脂肪酸脂酰脂酰CoARCOOH+CoASHRCOSCoA脂酰脂酰CoA合成酶合成酶ATPAMP+PPiMg2+H2O2Pi反應(yīng)不可逆！反應(yīng)不可逆！脂肪酸脂肪酸脂酰脂酰CoA 氧氧化化的的生生化化歷歷程程 乙酰乙酰CoACoAFAD FADH2 NAD +NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰脂酰CoA CoA 脫氫酶脫氫酶脂酰脂酰CoACoA -烯脂酰烯脂酰CoA CoA 水化酶水化酶 -羥脂酰羥脂酰CoA CoA 脫氫酶脫氫酶 -酮酯酰酮酯酰CoA CoA 硫解酶硫解酶RCHOHCH2COScoARCOCH2CO-SCoA RCH=C

8、H-CO-SCoA +CH3COSCoAR-COScoAH H2 2O O CoASHTCATCA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰乙酰CoACoAATPATPH H2 20 0呼吸鏈H H2 20 0呼吸鏈 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA2021/3/2716 降解石油的微生物很多降解石油的微生物很多,據(jù)報(bào)道有據(jù)報(bào)道有200多種多種 細(xì)細(xì) 菌菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬產(chǎn)堿桿菌屬 放線菌放線菌 諾卡氏菌諾卡氏菌 酵母菌酵母菌 假絲酵母假絲酵母 霉霉 菌菌 青霉屬、曲霉屬青霉屬、曲霉屬 藻藻 類類 藍(lán)藻和綠藻藍(lán)藻和綠藻2021/3/27

9、17 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH3-COOH + R-COOH2021/3/2718以環(huán)己烷為例以環(huán)己烷為例 OH O O +O2 +2H 2H +O2 +2H H2O H2O + H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧化氧化 CO2 + H2O OHCH3CH2CH2CH2COOHO2CH2CH2CH2COOHHOOCv -碳原子發(fā)生氧化作用碳原子發(fā)生氧化作用2021/3/2720 芳香烴普遍具有生物毒性芳香烴普遍具有生物毒性,但在低濃度范圍內(nèi)它們可以但在低濃度范

10、圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別 苯類苯類 酚類酚類萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 稱稱熒光假單胞熒光假單胞菌、銅綠色菌、銅綠色假單胞菌及假單胞菌及苯桿菌苯桿菌銅 綠 色 假 單 胞銅 綠 色 假 單 胞菌、溶條假單胞菌、溶條假單胞菌、諾卡氏菌、菌、諾卡氏菌、球形小球菌、無球形小球菌、無色桿菌及分枝桿色桿菌及分枝桿菌菌菲桿菲桿菌、菲菌、菲芽孢桿芽孢桿菌菌熒光假單胞熒光假單胞菌和銅綠色菌和銅綠色假單胞菌、假單胞菌、小球菌及大小球菌及大腸埃希氏菌腸埃希氏菌2021/3/2721 苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示苯、

11、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示 2021/3/27222021/3/27232021/3/27242021/3/2725 酚也是酚也是先被氧化為鄰苯二酚先被氧化為鄰苯二酚,這樣各類芳香烴在降解的這樣各類芳香烴在降解的后半段是相同的后半段是相同的,可表示如下可表示如下2021/3/2726 提問提問:為什么這些有機(jī)物難于生物降解為什么這些有機(jī)物難于生物降解? 微生物缺乏相應(yīng)的水解酶微生物缺乏相應(yīng)的水解酶 種類種類:穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。2021/3/27271. 氯苯類氯苯類 用用 途途:穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油（潤滑油、絕

12、緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）漆、熱載體、油墨等都含有） 危危 害害:急性中毒急性中毒,是是一種致癌因子一種致癌因子（米糠油事（米糠油事件）件） 降降 解解 菌菌:產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、假單胞菌假單胞菌、芽孢、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體桿菌以及沙雷氏菌的突變體2021/3/2728可分為可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類。四類。我國目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于我國目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于。較早。較早開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）: CH3 CH3 CH3 |

13、 | | NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3 | | CH3 CH3 32021/3/2729 細(xì)細(xì) 菌菌假單胞菌假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌 放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌 因而洗滌劑一般不會引起環(huán)境的有機(jī)污染因而洗滌劑一般不會引起環(huán)境的有機(jī)污染。 洗滌劑目前存在的問題主要是洗滌劑中的添洗滌劑目前存在的問題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體加劑聚磷酸鹽造成的水體富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化問題問題 。2021/3/2730 COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末

14、端端氧氧化化 -氧氧化化、脫脫磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 開開環(huán)環(huán)分分解解 SO3- 苯苯乙乙酸酸CO2 + H2O2021/3/2731植植物物蛋蛋白白動(dòng)動(dòng)物物蛋蛋白白蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸尿素尿素NH3NO2-NO3-N2固氮固氮死死 亡亡排泄排泄硝化硝化硝化硝化反硝化反硝化反硝化反硝化吸收吸收氨化氨化反硝化反硝化8.2 8.2 氮循環(huán)氮循環(huán)2021/3/2732 1）固氮作用）固氮作用:固氮微生物固氮微生物 2）氨化作用）氨化作用:異養(yǎng)菌分解作用異養(yǎng)菌分解作用 3）硝化作用）硝化作用:化能自養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌 4）同化作用：異養(yǎng)菌吸收）同化作用：異養(yǎng)菌吸收 5）反硝化作用：化能

15、異養(yǎng)菌無氧呼吸）反硝化作用：化能異養(yǎng)菌無氧呼吸2021/3/2733蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。 水中來源水中來源: 生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等廢水等 好好 氧氧 細(xì)細(xì) 菌菌 鏈球菌和葡萄球菌鏈球菌和葡萄球菌 好氧芽孢細(xì)菌好氧芽孢細(xì)菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌 兼兼 性性 厭厭 氧氧 菌菌變形桿菌、假單胞菌變形桿菌、假單胞菌 厭厭 氧氧 菌菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿

16、菌 此外此外,還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌放線菌)。2021/3/2734反硝化反硝化N22021/3/2735 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物腈類化合物及及硝硝基化合物基化合物 水中來源水中來源:化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等?；る婢]廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。 危危 害害:生物毒害生物毒害 、環(huán)境積累、環(huán)境積累 細(xì)細(xì) 菌菌紫色桿菌、假單胞菌紫色桿菌、假單胞菌 放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌 真真 菌菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病鐮刀茄科病鐮

17、刀霉霉)、木霉及擔(dān)子菌等、木霉及擔(dān)子菌等 2021/3/2736 5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3擔(dān)子菌還能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下?lián)泳€能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成為縮合成為氨基乙腈氨基乙腈,進(jìn)而合成為丙氨酸。進(jìn)而合成為丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 2021/3/27378.3 8.3 硫循環(huán)硫循環(huán) 硫的三種狀態(tài)硫的三種狀態(tài):元素硫、無機(jī)硫化物元素硫、無機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物2021/3/2738有機(jī)硫化物有機(jī)硫化物SO42-H2SS同化作用同化作用還原作用還原作用氧

18、化作用氧化作用氧化作用氧化作用礦化作用礦化作用腐敗作用腐敗作用2021/3/27408.3.1 含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化 COOH+ 2H2O CH3COOH +HCOOH + NH3+H2SCHNH2CH2SH變形桿菌變形桿菌半胱氨酸半胱氨酸2021/3/27418.3.2 無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化 1.1.硫化作用硫化作用:在有氧條件下在有氧條件下,通過硫細(xì)菌的通過硫細(xì)菌的作用將硫化氫氧化為元素硫作用將硫化氫氧化為元素硫,再進(jìn)而氧化再進(jìn)而氧化為硫酸的過程。為硫酸的過程。 參與微生物參與微生物:硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌 硫磺細(xì)菌硫磺細(xì)菌2021/3/2742硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌 屬于硫桿菌屬屬于硫桿菌屬,G; 硫化氫、元素硫、硫代硫酸鹽、亞硫酸硫化氫、元素硫、硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽及多硫磺酸鹽鹽及多硫磺酸鹽; 產(chǎn)生硫酸產(chǎn)生硫酸,同化二氧化碳合成有機(jī)物同化二氧化碳合成有機(jī)物; 多半在細(xì)胞外積累硫多半在細(xì)胞外積累硫,有些菌株也在細(xì)胞有些菌株也在細(xì)胞內(nèi)積累硫。內(nèi)積累硫。2021/3/2743（1）氧化硫硫桿菌）氧化硫硫桿菌 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 +能量能量 Na2S2O3 + 2O2 + H2O Na2SO4 +H2SO4 +能量能量 2H2S + O2 2H2O + 2S +能量能量2021/3/2744（2）氧化亞鐵硫桿菌）氧化亞鐵硫桿菌 4FeSO4 +