微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用

微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日8微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日有機污染物生物凈化天然物質、人工合成物質無機污染物生物凈化有機污染物的生物凈化機理

凈化本質——微生物轉化為無機物

依靠——好氧分解與厭氧分解

厭氧分解厭氧細菌原理：發(fā)酵、厭氧無機鹽呼吸好氧分解細菌是其中的主力軍

原理：好氧有機物呼吸

第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日8.1碳循環(huán)含碳物質包括：二氧化碳、碳水化合物（糖、淀粉、纖維素等）、脂肪、蛋白質等碳源污染物包括:

糖類、蛋白質、脂類、石油和人工合成的有機化合物等。8.1.1糖類污染物提問：哪些糖類會成為污染物？難溶的多糖，且當一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質、木質素、淀粉。第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.纖維素的轉化β葡萄糖高聚物，每個纖維素分子含1400~10000個葡萄糖基（β1-4糖苷鍵）。來源：棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。A．微生物分解途徑第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日B．分解纖維素的微生物好氧細菌——粘細菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌厭氧細菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。需要時可以向有菌種庫的研究機構購買或自行篩選。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2．半纖維素的轉化存在于植物細胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。分解過程

TCA循環(huán)聚糖酶CO2+H2O半纖維素單糖+糖醛酸

H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日3.微生物對果膠(pectin)類物質的分解果膠酸聚戊糖半乳糖醛酸甲醇好氧條件厭氧條件CO2+H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日降解果膠類物質的微生物：好氧細菌：芽孢桿菌、軟腐歐氏菌等，厭氧細菌：費氏浸麻菌等真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉等放線菌第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.微生物對淀粉(starch)的分解第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日淀粉分解菌：分解淀粉的微生物有細菌、放線菌、真菌。其中以細菌和真菌的分解能力較強。第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日8.1.2油脂的轉化水中來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細菌——熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌絲狀菌——放線菌、分支桿菌真菌——青霉、乳霉、曲霉途徑：水解+β氧化第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日脂肪的分解代謝脂肪脂酶水解甘油脂肪酸第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日脂肪酸活化

——脂酰CoA第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日氧化的生化歷程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脫氫酶脂酰CoA

β-烯脂酰CoA水化酶

β-羥脂酰CoA脫氫酶

β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA

+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2O

CoASHTCA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoAATPH20呼吸鏈H20呼吸鏈

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日1．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報道有200多種細菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌——諾卡氏菌酵母菌——假絲酵母霉菌——青霉屬、曲霉屬藻類——藍藻和綠藻8.1.3石油的轉化第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2．石油的降解機理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH3-COOH+R-COOH第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日B．無支鏈環(huán)烷烴的降解：以環(huán)己烷為例第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日O2快速雙向β氧化ω-碳原子發(fā)生氧化作用第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日C．芳香烴芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細菌類別第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日

苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日萘的代謝第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日菲的代謝第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日蒽的代謝第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日酚也是先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日提問：為什么這些有機物難于生物降解？微生物缺乏相應的水解酶8.1.4人工合成的難降解碳源污染物的轉化種類：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。第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.氯苯類用途：穩(wěn)定劑（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）危害：急性中毒，是一種致癌因子（米糠油事件）降解菌：產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體通過共代謝完成氯苯的完全降解。第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2．洗滌劑可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質四類。我國目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于陰離子型烷基苯磺酸鈉。較早開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：ABS第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日A．降解洗滌劑的微生物細菌——假單胞菌、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)固氮菌放線菌——諾卡氏菌因而洗滌劑一般不會引起環(huán)境的有機污染。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富營養(yǎng)化問題。第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日B．洗滌劑的降解機理第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日植物蛋白動物蛋白蛋白質氨基酸尿素NH3NO2-NO3-N2固氮死亡排泄硝化硝化反硝化反硝化吸收氨化反硝化8.2氮循環(huán)第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日1）固氮作用：固氮微生物2）氨化作用：異養(yǎng)菌分解作用3）硝化作用：化能自養(yǎng)菌4）同化作用：異養(yǎng)菌吸收5）反硝化作用：化能異養(yǎng)菌無氧呼吸第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日蛋白質、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。8.2.1蛋白質的轉化水中來源：

生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等1．降解蛋白質的微生物好氧細菌——鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細菌——枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2．降解機理反硝化N2↑第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日3.典型含氮有機物的轉化氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物及硝基化合物

水中來源：化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。危害：生物毒害、環(huán)境積累細菌——紫色桿菌、假單胞菌放線菌——諾卡氏菌真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病鐮刀霉)、木霉及擔子菌等A．降解這些物質的微生物第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日B．降解機理a.氰化物5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3b.有機腈擔子菌還能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成為α—氨基乙腈，進而合成為丙氨酸。

HCNCH3COHCH3CHNH2CNCH3CHNH2COOH

甲醛α—氨基乙腈丙氨酸第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日8.3硫循環(huán)硫的三種狀態(tài)：元素硫、無機硫化物和有機硫化物第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日有機硫化物SO42-H2SS同化作用還原作用氧化作用氧化作用礦化作用腐敗作用第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日8.3.1含硫有機物的轉化COOH+2H2OCH3COOH+HCOOH+NH3+H2SCHNH2CH2SH變形桿菌半胱氨酸第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日8.3.2無機硫的轉化1.硫化作用：在有氧條件下，通過硫細菌的作用將硫化氫氧化為元素硫，再進而氧化為硫酸的過程。參與微生物：硫化細菌硫磺細菌第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日硫化細菌屬于硫桿菌屬，G—；硫化氫、元素硫、硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽及多硫磺酸鹽；產(chǎn)生硫酸，同化二氧化碳合成有機物；多半在細胞外積累硫，有些菌株也在細胞內(nèi)積累硫。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日（1）氧化硫硫桿菌2S+3O2+2H2O2H2SO4+能量Na2S2O3+

2O2+H2ONa2SO4+H2SO4+能量2H2S+O22H2O+2S+能量第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日（2）氧化亞鐵硫桿菌4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(

SO4

)

3+2H2O第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日硫磺細菌氧化硫化氫為元素硫，貯積在細菌體內(nèi)，當環(huán)境中缺少H2S，細胞內(nèi)貯積的硫磺顆粒能繼續(xù)氧化成SO42-（1）絲狀硫磺細菌包括貝日阿托氏菌屬、發(fā)硫菌屬、辮硫菌屬、亮發(fā)菌屬和透明顫菌屬；（2）光能自養(yǎng)硫細菌2H2S+O22H2O+2S+能量