微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

8微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用現(xiàn)在是1頁\一共有54頁\編輯于星期三有機(jī)污染物生物凈化天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)無機(jī)污染物生物凈化有機(jī)污染物的生物凈化機(jī)理

凈化本質(zhì)——微生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物

依靠——好氧分解與厭氧分解

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

原理：好氧有機(jī)物呼吸

現(xiàn)在是2頁\一共有54頁\編輯于星期三8.1碳循環(huán)含碳物質(zhì)包括：二氧化碳、碳水化合物（糖、淀粉、纖維素等）、脂肪、蛋白質(zhì)等碳源污染物包括:

糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機(jī)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(dāng)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(zhì)、木質(zhì)素、淀粉?，F(xiàn)在是3頁\一共有54頁\編輯于星期三1.纖維素的轉(zhuǎn)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．微生物分解途徑現(xiàn)在是4頁\一共有54頁\編輯于星期三現(xiàn)在是5頁\一共有54頁\編輯于星期三現(xiàn)在是6頁\一共有54頁\編輯于星期三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(jī)構(gòu)購買或自行篩選?，F(xiàn)在是7頁\一共有54頁\編輯于星期三2．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)物厭氧分解現(xiàn)在是8頁\一共有54頁\編輯于星期三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?，F(xiàn)在是9頁\一共有54頁\編輯于星期三3.微生物對果膠(pectin)類物質(zhì)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)物現(xiàn)在是10頁\一共有54頁\編輯于星期三降解果膠類物質(zhì)的微生物：好氧細(xì)菌：芽孢桿菌、軟腐歐氏菌等，厭氧細(xì)菌：費氏浸麻菌等真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉等放線菌現(xiàn)在是11頁\一共有54頁\編輯于星期三4.微生物對淀粉(starch)的分解現(xiàn)在是12頁\一共有54頁\編輯于星期三淀粉分解菌：分解淀粉的微生物有細(xì)菌、放線菌、真菌。其中以細(xì)菌和真菌的分解能力較強(qiáng)。現(xiàn)在是13頁\一共有54頁\編輯于星期三8.1.2油脂的轉(zhuǎn)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(xì)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氧化現(xiàn)在是14頁\一共有54頁\編輯于星期三脂肪的分解代謝脂肪脂酶水解甘油脂肪酸現(xiàn)在是15頁\一共有54頁\編輯于星期三脂肪酸活化

——脂酰CoA現(xiàn)在是16頁\一共有54頁\編輯于星期三氧化的生化歷程

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現(xiàn)在是17頁\一共有54頁\編輯于星期三1．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(xì)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(lán)藻和綠藻8.1.3石油的轉(zhuǎn)化現(xiàn)在是18頁\一共有54頁\編輯于星期三2．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+H2OCH3-COOH+R-COOH現(xiàn)在是19頁\一共有54頁\編輯于星期三B．無支鏈環(huán)烷烴的降解：以環(huán)己烷為例現(xiàn)在是20頁\一共有54頁\編輯于星期三O2快速雙向β氧化ω-碳原子發(fā)生氧化作用現(xiàn)在是21頁\一共有54頁\編輯于星期三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)菌類別現(xiàn)在是22頁\一共有54頁\編輯于星期三

苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝現(xiàn)在是23頁\一共有54頁\編輯于星期三萘的代謝現(xiàn)在是24頁\一共有54頁\編輯于星期三菲的代謝現(xiàn)在是25頁\一共有54頁\編輯于星期三蒽的代謝現(xiàn)在是26頁\一共有54頁\編輯于星期三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，可表示如下現(xiàn)在是27頁\一共有54頁\編輯于星期三提問：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8.1.4人工合成的難降解碳源污染物的轉(zhuǎn)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。現(xiàn)在是28頁\一共有54頁\編輯于星期三1.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?，F(xiàn)在是29頁\一共有54頁\編輯于星期三2．洗滌劑可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)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現(xiàn)在是30頁\一共有54頁\編輯于星期三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。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?，F(xiàn)在是31頁\一共有54頁\編輯于星期三B．洗滌劑的降解機(jī)理現(xiàn)在是32頁\一共有54頁\編輯于星期三植物蛋白動物蛋白蛋白質(zhì)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)現(xiàn)在是33頁\一共有54頁\編輯于星期三1）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)菌無氧呼吸現(xiàn)在是34頁\一共有54頁\編輯于星期三蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。8.2.1蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)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(zhì)的微生物好氧細(xì)菌——鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細(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)?，F(xiàn)在是35頁\一共有54頁\編輯于星期三2．降解機(jī)理反硝化N2↑現(xiàn)在是36頁\一共有54頁\編輯于星期三3.典型含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)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(xì)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(dān)子菌等A．降解這些物質(zhì)的微生物現(xiàn)在是37頁\一共有54頁\編輯于星期三B．降解機(jī)理a.氰化物5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3b.有機(jī)腈擔(dān)子菌還能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成為α—氨基乙腈，進(jìn)而合成為丙氨酸。

HCNCH3COHCH3CHNH2CNCH3CHNH2COOH

甲醛α—氨基乙腈丙氨酸現(xiàn)在是38頁\一共有54頁\編輯于星期三8.3硫循環(huán)硫的三種狀態(tài)：元素硫、無機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物現(xiàn)在是39頁\一共有54頁\編輯于星期三有機(jī)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現(xiàn)在是40頁\一共有54頁\編輯于星期三現(xiàn)在是41頁\一共有54頁\編輯于星期三8.3.1含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化COOH+2H2OCH3COOH+HCOOH+NH3+H2SCHNH2CH2SH變形桿菌半胱氨酸現(xiàn)在是42頁\一共有54頁\編輯于星期三8.3.2無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化1.硫化作用：在有氧條件下，通過硫細(xì)菌的作用將硫化氫氧化為元素硫，再進(jìn)而氧化為硫酸的過程。參與微生物：硫化細(xì)菌硫磺細(xì)菌現(xiàn)在是43頁\一共有54頁\編輯于星期三硫化細(xì)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(jī)物；多半在細(xì)胞外積累硫，有些菌株也在細(xì)胞內(nèi)積累硫?，F(xiàn)在是44頁\一共有54頁\編輯于星期三（1）氧化硫硫桿菌2S+3O2+2H2O2H2SO4+能量Na2S2O3+

2O2+H2ONa2SO4+H2SO4+能量2H2S+O22H2O+2S+能量現(xiàn)在是45頁\一共有54頁\編輯于星期三（2）氧化亞鐵硫桿菌4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(

SO4

)

3+2H2O現(xiàn)在是46頁\一共有54頁\編輯于星期三硫磺細(xì)菌氧化硫化氫為元素硫，貯積在細(xì)菌體內(nèi)，當(dāng)環(huán)境中缺少H2S，細(xì)胞內(nèi)貯積的硫磺顆粒能繼續(xù)氧化成SO42-（1）絲狀硫磺細(xì)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(xì)菌2H2S+O22H2O+2S