微生物對難降解物質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化污染控制微生物

1、關(guān)于微生物對難降解物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化污染控制微生物第一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 研究有機(jī)污染物的生物降解性，有助于深入認(rèn)識污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和了解這些污染物對自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化循環(huán)的影響程度，從而為控制污染，保護(hù)環(huán)境提供理論上的依據(jù)。此外，這項研究與保護(hù)人類健康和自然界生態(tài)平衡有密切關(guān)系 污染物的生物降解 第二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月生物降解度 根據(jù)污染物生物降解進(jìn)行的程度，可將其分為三種（或3個階段）。 1）初級生物降解是指有機(jī)污染物在微生物的作用下，母體化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并改變了原污染物分子的完整性，即有機(jī)污染物本來的結(jié)構(gòu)發(fā)生部分變化。 有機(jī)

2、污染物的生物降解性 第三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2)環(huán)境容許的生物降解是指可去除有機(jī)污染物的毒性或人們所不希望的特性，如表面活性劑的降解過程中那種使其失去起泡作用的降解。 3) 最終生物降解是指有機(jī)污染物向無機(jī)物轉(zhuǎn)化，完全被降解成CO2、H2O和其他無機(jī)物，并被同化為微生物的一部分。污染物的生物降解 第四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)有機(jī)污染物與微生物的相互關(guān)系可以將有機(jī)污染物分為4類。可以立即被微生物利用作為營養(yǎng)和能量來源的能夠逐步被微生物分解利用的生物降解十分緩慢或者根本就不能降解的可以通過共代謝作用分解的污染物的生物降解 第五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)

3、作于2022年6月前3種有機(jī)污污染物的生物降解過程如圖 第六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 1）可以立即被微生物利用作為營養(yǎng)和能量來源的，包括糖、Pr(AA)、脂肪酸和一些涉及典型代謝途徑的污染物。 2)能夠逐步被微生物分解利用的，此類污染物的生物降解需要一個馴化期，在些期間有機(jī)污染物很少或根本不發(fā)生生物降解，故隨時間的變化曲線中明顯地有一個滯后期，它表示微生物對有機(jī)污染物的適應(yīng)過程所需要的時間。一般將微生物從開始接觸有機(jī)化合物到有機(jī)化合物被明顯分解的這段時間稱為化合物生物降解的馴化期。污染物的生物降解 第七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于

4、2022年6月其原因在于：在微生物混合群落中污染物的加入實際上是在定向地選擇那些能夠吸收和降解污染物基質(zhì)的微生物種屬；這時滯后期是由于特定降解微生物的指數(shù)生長特性；同時，微生物對污染物也有一個選擇過程，所謂巴斯德效應(yīng)。微生物對污染物的適應(yīng)要通過誘導(dǎo)酶的合成，而且需要合成必需的輔酶或中間代謝產(chǎn)物。污染物的生物降解 第九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月污染物的生物降解 第十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3) 生物降解十分緩慢或者根本就不能降解的， 它包括一些天然高分子物質(zhì)以及許多人類起源的有機(jī)化合物，如有機(jī)氯化化物。對這類物質(zhì)可以通過其他方式使其轉(zhuǎn)化為可生物降解的物質(zhì)，如O3

5、氧化，給水處理中的O3-GAC或O3-BAC法即依據(jù)此原理。污染物的生物降解 第十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4)可以通過共代謝作用分解的，共代謝，又稱共氧化、聯(lián)合氧化，有的稱為輔助代謝，是指微生物在它有可利用的唯一碳源存在時，對原來不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。是由美國德克薩大學(xué)的二位學(xué)者發(fā)現(xiàn)，如甲烷假單胞菌唯一能利用的碳源是CH4，但如果有CH4存在時加入C3H8、C4H10時，則該菌也能將這些烴類部分氧化為乙酸，丙酸和丁酸。污染物的生物降解 第十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在自然界中有巨大數(shù)量的微生物種群，這些微生物種群對有機(jī)物的降解能力也存在著極大差

6、別。微生物降解有機(jī)物質(zhì)能力的多樣性，給利用微生物處理不同的工業(yè)廢水提供了可能性。微生物分解有機(jī)污染物的能力很強(qiáng)，如果能把這種潛力發(fā)掘出來，對環(huán)境保護(hù)工作有巨大貢獻(xiàn)。微生物降解有機(jī)污染物的潛能 第十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 自然界中的纖維素主要來源于稻草，樹木、蔗渣、蘆葦、野生植物等。我國僅非木材纖維年產(chǎn)量就超過11012kg。這些非木材纖維以及大量的木材加工剩余物，都是取之不盡的天然高分子原料和能源。由于纖維素具有水不溶性的高結(jié)晶構(gòu)造,其外圍又被木質(zhì)素層包圍著,要把它水解成可利用的葡萄糖相當(dāng)困難,所以到目前為止仍沒有得到很好地利用.第二節(jié) 微生物對自然界中難降解物質(zhì)的分解與

7、轉(zhuǎn)化 第十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月纖維素的結(jié)構(gòu) 纖維素是一種復(fù)雜的多糖，由1.4葡萄糖苷鍵形成的長鏈，每個纖維素分子大約有800010000個葡萄糖殘基組成。鏈與鏈之間以氫鍵連接起來。植物纖維素外圍還包裹著其他高分子物質(zhì)。第十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月植物纖維素的結(jié)構(gòu)圖第十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （1）-1,4葡聚糖酶又叫Cx酶，它不能水解天然纖維素，只能切割部分降解的多糖。它廣泛分布在細(xì)菌、放線菌和真菌中，可作用于包括很多葡萄糖單位的多糖分子，也可作用于寡糖分子，如纖維四糖、纖維三糖。但它對寡糖比對多聚糖的水解作用內(nèi)切-1，4葡聚糖

8、酶，能隨機(jī)切斷-1，4苷鍵，提供許多可供反應(yīng)的末端，外切-1，4葡聚糖酶，該酶又可分為從非還原性末端開始切下一個-葡萄糖和切下一個-葡聚二糖(纖維二糖)的兩種 微生物對自然界中難降解物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化 第十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）-葡萄糖苷酶可水解纖維二糖、纖維三糖及低分子量的寡糖成葡萄糖。這種酶過去被稱為纖維二糖酶，這顯然不合適，因為它的作用底物不只是纖維二糖。第十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月微生物對自然界中難降解物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化 纖維素分解過程第十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月烴類化合物的分解第三節(jié) 微生物對石油化工廢水中烴類化合物的

9、分解與轉(zhuǎn)化 第二十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 芳香族化合物的分解 在芳香族與雜環(huán)化合物分解過程中起重要作用的微生物有假單胞菌、無色桿菌、節(jié)桿菌、棒桿菌、諾卡氏菌、分枝桿菌、曲霉、青霉等，這些微生物都能不同程度地使芳香族與雜環(huán)化合物分解。第二十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月微生物分解芳香族化合物的方式有兩種：在酶的作用下直接將分子中的環(huán)狀結(jié)構(gòu)打開 芳香族化合物中大部分被微生物作用去掉環(huán)上的側(cè)鏈基團(tuán)，使之轉(zhuǎn)變成兒茶酚或原兒茶酸， 微生物對烴類化合物的分解與轉(zhuǎn)化 第二十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四

10、張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月合成洗滌劑的降解洗滌劑是人工合成的高分子聚合物。合成洗滌劑的主要成分是表面活性劑。化學(xué)農(nóng)藥的降解 過去使用農(nóng)藥在提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、保護(hù)秧苗、保護(hù)森林資源、農(nóng)產(chǎn)品貯存等方面也起過積極作用。但是就在農(nóng)藥為人類造福的同時，也污染了人類生存的環(huán)境，又給人類帶來嚴(yán)重的危害。因為農(nóng)藥的毒性很強(qiáng)，又很穩(wěn)定，很難被微生物降解。年復(fù)一年，大量的農(nóng)藥傾入環(huán)境，所以在環(huán)境中有大量的農(nóng)藥積累。 農(nóng)藥還可以從土壤中進(jìn)入大氣和水體，通過食物鏈進(jìn)入人體。尤其是那些化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境中不易分解的有機(jī)氯農(nóng)藥。 微生物對合成有機(jī)物的分解與轉(zhuǎn)化 第二十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022

11、年6月微生物對農(nóng)藥的作用方式是多種多樣，可以歸納為六種作用類型：去毒作用 農(nóng)藥分子被微生物作用后變有毒為無毒。降解作用 將復(fù)雜的農(nóng)藥化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵位衔?，或者徹底分解為CO2和H2O及NH3、Cl-。如果完全被分解成無機(jī)化合物，即稱為農(nóng)藥的礦化。微生物對合成有機(jī)物的分解與轉(zhuǎn)化 第二十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月活化作用 將無毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有毒的農(nóng)藥。如除草劑2，4-D丁酸 、殺蟲劑甲拌磷，是經(jīng)土壤中微生物作用后的代謝產(chǎn)物，對雜草及昆蟲有毒害作用。失去活性 本來是一個無毒的有機(jī)分子，在微生物作用下可以成為農(nóng)藥，但有的微生物能將這樣的分子轉(zhuǎn)化為另一無毒分子，使其再不能被活化成為農(nóng)

12、藥。微生物對合成有機(jī)物的分解與轉(zhuǎn)化 第二十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)合、復(fù)合或加成作用 微生物的細(xì)胞代謝產(chǎn)物與農(nóng)藥結(jié)合，形成更為復(fù)雜的物質(zhì)。如將氨基酸、有機(jī)酸、甲基或者其它基團(tuán)加在作用的底物上。這些作用過程也常常是解毒作用。改變毒性譜 某些農(nóng)藥對一類有機(jī)體有毒，但是它們被微生物代謝后，得到的產(chǎn)物能抑制完全不同的另一類有機(jī)體，毒性譜發(fā)生了改變。如5-氯苯甲醇轉(zhuǎn)化為4-氯苯甲酸。微生物對合成有機(jī)物的分解與轉(zhuǎn)化 第二十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月重金屬-汞污染與轉(zhuǎn)化 由于汞在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，自然界汞的開采量逐年增多。如生產(chǎn)電池、路燈、繼電器等工業(yè)都需要汞；生產(chǎn)氯

13、乙烯塑料和乙醛也都要用氯化汞作催化劑；很多化學(xué)農(nóng)藥中亦含有無機(jī)汞或有機(jī)汞。因此，含汞污染物質(zhì)不斷地排入環(huán)境，從而造成了汞的污染。 第五節(jié) 微生物對無機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化 第二十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月汞的化學(xué)轉(zhuǎn)化 汞能在中性水溶液內(nèi)，用甲基鈷氨素作為甲基供體，完全以非生物反應(yīng)進(jìn)行甲基化。這一反應(yīng)可快速且定量進(jìn)行，而且在好氧和厭氧條件下都能進(jìn)行。有人曾用一種產(chǎn)甲烷細(xì)菌的無細(xì)胞抽提液進(jìn)行試驗，由于有這類菌合成的甲基鈷氨素作為甲基供體，并在ATP和一種酶還原劑存在的條件下，甲基鈷氨素中的甲基向二價汞轉(zhuǎn)移，形成甲基汞和二甲基汞，同時甲基鈷氨素轉(zhuǎn)化成羥基鈷氨素。以后又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在無還原劑和細(xì)胞抽提液的情況下，只要給以甲基供體甲基鈷氨素，也能發(fā)生完全是非生物學(xué)汞的甲基化過程。此外，在有氯化汞和乙酸存在時，在甲基錫化合物作用下，也能發(fā)生汞的非酶甲基化作用。微生物對無機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化 第三十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月汞的生物學(xué)轉(zhuǎn)化 在自然界中，有些微生物可轉(zhuǎn)化汞，可把元素汞和離子汞轉(zhuǎn)化為甲基汞和二甲基汞。Hg0Hg2CH3Hg或HgHg2CH3HgCH3 二甲基汞在酸性條件下能轉(zhuǎn)化為甲基汞。汞的轉(zhuǎn)化一般是通過