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(duì)污染物微生物對(duì)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(lèi)的生物降解多糖類(lèi)的生物降解n纖維素的降解纖維素的降解n 纖維素纖維素植物結(jié)構(gòu)多糖植物結(jié)構(gòu)多糖n 生物降解必須在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用生物降解必須在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用下分解成單糖。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

2、物分解纖維素的生化機(jī)制 纖維素纖維素 單糖單糖纖維素復(fù)合酶的類(lèi)型按作用場(chǎng)所分）：纖維素復(fù)合酶的類(lèi)型按作用場(chǎng)所分）：表面酶：分布于細(xì)胞表面表面酶：分布于細(xì)胞表面, ,不能在其細(xì)胞培養(yǎng)液中起作用的不能在其細(xì)胞培養(yǎng)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

3、朽： 棕色腐朽褐腐）：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(xiàn)菌放線(xiàn)菌 (2)(2)無(wú)氧中溫條件無(wú)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(xiàn)菌：放線(xiàn)菌：(3)(3)高溫條件：在高溫條件：在60706070條件下生長(zhǎng)，并分解纖維素條件下生長(zhǎng)，并分解纖維素 細(xì)細(xì) 菌：熱纖維菌菌：熱纖維菌 放線(xiàn)菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬放線(xiàn)菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬n1.多糖類(lèi)的生物降解多糖類(lèi)的生物降解一、生物組分的大分子

4、有機(jī)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解n 淀粉淀粉植物的貯存多糖植物的貯存多糖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(lèi)的生物降解多糖類(lèi)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

5、菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等放線(xiàn)菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線(xiàn)菌等放線(xiàn)菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動(dòng)放線(xiàn)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(lèi)物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生水浸法：把麻類(lèi)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(lèi)物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，露浸法：把麻類(lèi)物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，利用好氧微生物分解果膠。利用好氧微生物分解果膠。果膠分解的應(yīng)用果膠分解的應(yīng)用-麻類(lèi)脫膠麻類(lèi)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

6、：真菌雙孢蘑菇）真菌雙孢蘑菇）放線(xiàn)菌青銅色小單孢菌）放線(xiàn)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(lèi)類(lèi)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(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)物降解一、生物組分的大分子有機(jī)物降解n3.3.脂類(lèi)生物降解脂類(lèi)生物降解n脂質(zhì)或

7、稱(chēng)脂類(lèi)脂質(zhì)或稱(chēng)脂類(lèi)lipidslipids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(lèi)的主縮合生成的酯及其衍生物，根據(jù)脂類(lèi)的主要成分分類(lèi)，可將脂類(lèi)分為單脂和復(fù)脂。要成分分類(lèi)，可將脂類(lèi)分為單脂和復(fù)脂。n單脂是由各種高級(jí)脂肪酸和醇構(gòu)成的酯，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(chēng)為成分的酯，如結(jié)合磷酸的稱(chēng)為“磷脂磷脂phopholipidsphopholipids等。等。n顯著特點(diǎn)是一般不溶于水，而溶于乙醚、顯著特點(diǎn)是一

8、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(chēng)為而不溶于水的特性稱(chēng)為“脂溶性脂溶性”。 n酯類(lèi)物質(zhì)一般先通過(guò)脂肪酶降解成甘油和酯類(lèi)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。甘油能被大多數(shù)微生物所利用；脂肪酸通過(guò)脂肪酸通過(guò)氧化，分解成多個(gè)乙酸。氧化，分解成多個(gè)乙酸。二、烴類(lèi)化合物的微生物降解二、烴類(lèi)化合物的微生物降解1.烷烴類(lèi)的微生物降解烷烴類(lèi)的微生物降解（1甲烷的氧化甲烷的氧化nCH4CH3OHHCHOHCOOHCO2（2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

9、成相應(yīng)的酮，進(jìn)一步被微生物降解；（3高級(jí)烷烴類(lèi)的氧化高級(jí)烷烴類(lèi)的氧化n 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(lèi)的微生物降解烯烴類(lèi)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有三種可能）二、烴類(lèi)化合物的微生物降解二、烴類(lèi)化合物的微生物降解3.芳烴類(lèi)的微生物降解芳烴類(lèi)的微生物降解n如有側(cè)鏈，一般先從側(cè)鏈開(kāi)始分解；各種芳烴類(lèi)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(lèi)化合物。4.脂環(huán)烴類(lèi)的微生物降解脂環(huán)烴類(lèi)的微生物降解n烴類(lèi)中，此類(lèi)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

10、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?xún)艋?。?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(lèi)化合物的微生物降解二、烴類(lèi)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(lèi)；其中有機(jī)氯類(lèi)最具危險(xiǎn)性。 有機(jī)氯類(lèi)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)化微生物對(duì)農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化n 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。n 2,4-D2,4-二氯

11、苯氧乙酸）、草芽蘋(píng)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）（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(píng)和草芽蘋(píng)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廣泛應(yīng)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

12、生物降解性能3.聚乙二醇聚乙二醇Polyethylenglycol，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(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)汞還原為無(wú)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

13、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（二硝化作用銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過(guò)程銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過(guò)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(guò)程、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程N(yùn)H4+ NO2- NO3-NH4+ NO2- NO3-硝

14、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)境因素、影響硝化作用的環(huán)境因素 (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(guò)量影響通氣，不足引起細(xì)胞缺水。濕度：過(guò)量影響通氣，不足引起細(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還原硝酸為亞硝酸、氨和微生物還原硝酸為亞硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸還原作用合成性硝酸還原作用硝酸鹽的異化還原作用硝酸鹽的異化還原作用（脫氮）（脫氮）1、反硝化作用的過(guò)程、反硝化作用的過(guò)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