微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化

微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日自然界中物質(zhì)的降解有三種方式：光降解、化學(xué)降解、生物降解。生物降解——指由生物對(duì)污染物進(jìn)行的分解或降解。降解――將復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)的過(guò)程。終極降解――微生物把有機(jī)物分解產(chǎn)生無(wú)機(jī)物CO2和H2O的過(guò)程。第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日可生物降解性——復(fù)雜有機(jī)物在微生物作用下分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)的可能性。依可生物降解性的大小可將所有的物質(zhì)范圍：可生物降解性物質(zhì)；如淀粉、蛋白質(zhì)難生物降解性物質(zhì)；如纖維素不可生物降解性物質(zhì)；尼龍、塑料第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日影響微生物降解與轉(zhuǎn)化的因素化學(xué)結(jié)構(gòu)：鏈長(zhǎng)、官能團(tuán)、取代基、異構(gòu)體。共代謝：環(huán)境理化因素：微生物的生長(zhǎng)條件（溫度、水分、光照、有害物）；污染物的溶解度。中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物：結(jié)構(gòu)變化、毒性改變。第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日微生物降解污染物的途徑

一、碳源污染物的轉(zhuǎn)化包括糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、石油和人工合成的有機(jī)化合物等。（一）糖類(lèi)污染物提問(wèn)：哪些糖類(lèi)會(huì)成為污染物？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(huì)使自?xún)魰r(shí)間大大增加，從而對(duì)環(huán)境造成污染。這類(lèi)多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日1．纖維素的轉(zhuǎn)化β葡萄糖高聚物，每個(gè)纖維素分子含1400~10000個(gè)葡萄糖基（β1-4糖苷鍵）。來(lái)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．微生物分解途徑第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日B．分解纖維素的微生物好氧細(xì)菌——粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌厭氧細(xì)菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無(wú)芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線(xiàn)菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。需要時(shí)可以向有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)或自行篩選。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2．半纖維素的轉(zhuǎn)化存在于植物細(xì)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(guò)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(xì)菌及放線(xiàn)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(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日Lignin木質(zhì)素木質(zhì)素空腔纖維素3．木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類(lèi)外所有植物的細(xì)胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。香豆醇松柏醇芥子醇聚合交聯(lián)木質(zhì)素模式圖第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日自然界中哪些微生物能夠進(jìn)行木質(zhì)素的降解呢？確證的只有真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的只有軟腐菌。黃孢原平毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)是白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。白腐—樹(shù)皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出白色的纖維素部分。

第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日（二）油脂的轉(zhuǎn)化水中來(lái)源：毛紡、毛條廠(chǎng)廢水、油脂廠(chǎng)廢水、肉聯(lián)廠(chǎng)廢水、制革廠(chǎng)廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細(xì)菌

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熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌絲狀菌

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放線(xiàn)菌、分支桿菌真菌

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青霉、乳霉、曲霉途徑：水解+β氧化第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日（三）石油的轉(zhuǎn)化提問(wèn)：什么是石油？石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場(chǎng)以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。1．石油成分的生物降解性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日A．鏈長(zhǎng)度

鏈中等長(zhǎng)度（C10~C24）＞鏈很長(zhǎng)的（C24以上）＞短鏈

（*？）B．鏈結(jié)構(gòu)直鏈?支鏈

不飽和?飽和烷烴?芳烴

鏈末端有季碳原子（四周都與C相連）的烴以及多環(huán)芳烴極難降解

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第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報(bào)道有200多種細(xì)菌

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假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線(xiàn)菌

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諾卡氏菌酵母菌

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假絲酵母霉菌

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青霉屬、曲霉屬藻類(lèi)

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藍(lán)藻和綠藻第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日3．石油的降解機(jī)理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOH第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日B．無(wú)支鏈環(huán)烷烴的降解

以環(huán)己烷為例通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開(kāi)鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類(lèi)以上微生物的協(xié)同作用下將污染物徹底降解——共代謝。第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，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(xì)菌類(lèi)別第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，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

苯的代謝第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日萘的代謝第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日菲的代謝第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日蒽的代謝第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日酚也是先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類(lèi)芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日提問(wèn)：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（四）人工合成的難降解有機(jī)化合

物的生物降解難———對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如果一種化合物滯留可達(dá)幾個(gè)月或幾年之久,或在人工生物處理系統(tǒng),幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除種類(lèi)：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲(chóng)劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日1.氯苯類(lèi)用途：穩(wěn)定劑（潤(rùn)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(dòng)桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體通過(guò)共代謝完成氯苯的完全降解。第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2．洗滌劑可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類(lèi)。我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于陰離子型烷基苯磺酸鈉。較早開(kāi)發(fā)的是非線(xiàn)性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：ABS甲基分支干擾生物降解，鏈末端與4個(gè)碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日危害：ABS可以在天然水體中存留800h以上，使這得接納他的水體長(zhǎng)時(shí)間保持，產(chǎn)生大量泡沫，引起水體缺氧。為使洗滌劑易于生物降解，人們將ABS的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€(xiàn)性的直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）：由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。ABS第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日A．降解洗滌劑的微生物細(xì)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(xiàn)菌——諾卡氏菌由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒(méi)有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。因而洗滌劑一般不會(huì)引起環(huán)境的有機(jī)污染。洗滌劑目前存在的問(wèn)題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日B．洗滌劑的降解機(jī)理第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)微生物無(wú)影響（1）.土地板結(jié)（2）.被海鳥(niǎo)及海洋哺乳動(dòng)物誤食，致使這些動(dòng)物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡。具報(bào)道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥(niǎo)和海洋哺乳動(dòng)物，數(shù)目之多令人觸目驚心。（3）.影響景觀(guān)目前發(fā)現(xiàn)能降解塑料的微生物，種類(lèi)很少，而且降解速度緩慢。他們主要是細(xì)菌、放線(xiàn)菌、曲霉中的某些成員。3.塑料塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？危害：白色污染第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日提問(wèn)：如何解決塑料的難降解問(wèn)題？（1）限制使用不可降解塑料（2）開(kāi)發(fā)可降解塑料

光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改性塑料、化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植物直接生產(chǎn)可生物降解的塑料；*如何制造完全生物可降解塑料有哪些種類(lèi)？發(fā)展前景如何？第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日4.農(nóng)藥如殺蟲(chóng)劑、除草劑等化學(xué)成分：有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的簡(jiǎn)單烴骨架（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯等）。相比較其它取代基團(tuán)而言，微生物對(duì)鹵素取代基往往不適應(yīng)，因而隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。水中來(lái)源：農(nóng)田土壤的灌溉水或雨水第三十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸變）最典型的一個(gè)例子就是殺蟲(chóng)劑DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長(zhǎng)達(dá)半年以上，由于DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動(dòng)物脂肪組織中堆積，并沿著食物鏈在逐級(jí)向上不斷積累，引起生物各種急慢性中毒。降解農(nóng)藥的微生物：

細(xì)菌——

假單胞菌、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌

放線(xiàn)菌——

諾卡氏菌

真菌——

曲霉這些微生物往往需共代謝將農(nóng)藥逐級(jí)降解。第三十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日二、氮源有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)、氨