第十章-微生物對(duì)環(huán)境污染物的降解和轉(zhuǎn)化

第十章-微生物對(duì)環(huán)境污染物的降解和轉(zhuǎn)化第一頁(yè)，共33頁(yè)。有機(jī)污染物生物凈化天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)無(wú)機(jī)污染物生物凈化第二頁(yè)，共33頁(yè)。第一節(jié)降解能力與影響因素“絕對(duì)可靠性原理”微生物對(duì)環(huán)境有巨大的適應(yīng)能力:(1)可降解人工合成物質(zhì)(2)微生物體內(nèi)富積會(huì)沿食物鏈傳遞第三頁(yè)，共33頁(yè)。無(wú)毒無(wú)臭！→礦化鹽降解潛力主要體現(xiàn)在以下幾方面:(1)誘導(dǎo)酶的產(chǎn)生(2)具有降解質(zhì)粒(3)形成突變體第四頁(yè)，共33頁(yè)。微生物降解污染物的影響因素(1)污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)(2)環(huán)境條件(3)共代謝(微生物依賴(lài)可利用碳源和能源在正常生長(zhǎng)過(guò)程中氧化非生長(zhǎng)基質(zhì)的過(guò)程,P180)第五頁(yè)，共33頁(yè)。第二節(jié)各類(lèi)有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化(一)無(wú)毒污染物的轉(zhuǎn)化包括糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等有機(jī)化合物等。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。第六頁(yè)，共33頁(yè)。（二）石油的降解提問(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)第七頁(yè)，共33頁(yè)。A．鏈長(zhǎng)度

B．鏈結(jié)構(gòu)(p182)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)芳烴極難降解第八頁(yè)，共33頁(yè)。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——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線(xiàn)菌——諾卡氏菌酵母菌——假絲酵母霉菌——青霉屬、曲霉屬藻類(lèi)——藍(lán)藻和綠藻第九頁(yè)，共33頁(yè)。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第十頁(yè)，共33頁(yè)。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。第十一頁(yè)，共33頁(yè)。３影響石油降解的因素(p182)石油烴的種類(lèi)和組成環(huán)境因素（溶解度、物理狀態(tài)（油水界面）、溫度、氧氣、養(yǎng)料）第十二頁(yè)，共33頁(yè)。（三）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十三頁(yè)，共33頁(yè)。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。第十四頁(yè)，共33頁(yè)。（四）．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)碳原子相連的抗攻擊的能力更強(qiáng)。第十五頁(yè)，共33頁(yè)。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第十六頁(yè)，共33頁(yè)。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。第十七頁(yè)，共33頁(yè)。B．洗滌劑的降解機(jī)理（p185)第十八頁(yè)，共33頁(yè)。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。（五）.塑料塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？危害：白色污染第十九頁(yè)，共33頁(yè)。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？第二十頁(yè)，共33頁(yè)。第二十一頁(yè)，共33頁(yè)。（六）.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。*共代謝研究進(jìn)展及其成果對(duì)環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)狀？第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。（七）、氮源有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化偶氮化合物、氰、腈化物、硝基化合物等。氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類(lèi)化合物及硝基化合物

水中來(lái)源：化工腈綸廢水、國(guó)防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。危害：生物毒害、環(huán)境積累A．降解這些物質(zhì)的微生物細(xì)菌——紫色桿菌、假單胞菌放線(xiàn)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)子菌等第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。降解機(jī)理a.氰化物525CO2+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—氨基乙腈丙氨酸第二十四頁(yè)，共33頁(yè)。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)的水解酶小結(jié)人工合成的難降解有機(jī)化合

物難———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33頁(yè)。三、金屬離子（一）金屬離子的毒性提問(wèn)：影響金屬離子毒性的因素有哪些？種類(lèi)、濃度、存在狀態(tài)（包括價(jià)態(tài)、絡(luò)合態(tài)、共存離子性質(zhì)）例如，六價(jià)鉻比三價(jià)鉻毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有機(jī)錫比無(wú)機(jī)錫毒，有機(jī)錫中的烷基錫比芳香基錫毒，烷基錫中三烷基又比其他烷基錫毒。（二）微生物轉(zhuǎn)化主要是氧化還原和甲基化作用。第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。無(wú)機(jī)汞（多難溶）：

Hg2+2→

Hg0+Hg2+注：Hg2+2

=

Hg+

—Hg+零價(jià)的金屬汞與一價(jià)汞鹽幾乎不溶二價(jià)汞鹽除了硫化汞、碘化汞外幾乎均可溶解有機(jī)汞（易溶）：通式——RHgX和R2Hg其中R為有機(jī)原子基團(tuán)，X為無(wú)機(jī)離子如鹵素原子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羥基等。第二十七頁(yè)，共33頁(yè)。2．汞化合物的毒性難溶的汞——生物吸收困難，毒性很小易溶的汞——容易吸收，毒性很強(qiáng)（其中甲基汞的毒性最強(qiáng)）毒性體現(xiàn)：神經(jīng)麻痹以致引起死亡。日本的水俁灣甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。這類(lèi)汞中毒一般都不是通過(guò)直接飲用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物鏈積累并由水中的魚(yú)類(lèi)向上傳遞給人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么來(lái)的？第二十八頁(yè)，共33頁(yè)。汞的甲基化是由微生物依靠甲基化輔酶形成的。汞甲基化微生物：細(xì)菌——甲烷菌、匙形梭菌、熒光假單胞菌、大腸埃希氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、巨大芽孢桿菌真菌——粗糙鏈孢霉、黑曲霉、釀酒酵母等。過(guò)程如下：

甲基化輔酶甲基化輔酶

Hg2+Hg+-CH3Hg(CH3)2-CH3-CH3魚(yú)類(lèi)體表粘液中有許多含有甲基化輔酶的微生物，他們將無(wú)機(jī)汞轉(zhuǎn)化為甲基汞，動(dòng)物和人體腸道中的細(xì)菌大部分也具有這種功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。第二十九頁(yè)，共33頁(yè)。提問(wèn)：為什么微生物進(jìn)行汞的甲基化？V1、V2為進(jìn)出速度第三十頁(yè)，共33頁(yè)。甲基汞降解微生物：檸檬酸桿菌、假單胞菌、節(jié)桿菌、隱球菌提問(wèn)：為什么微生物進(jìn)行甲基汞的降解？甲基能源

汞的甲基化與脫甲基化通常保持著一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，從而使環(huán)境中的甲基汞濃度維持在低水平。事實(shí)上通常情況甲基汞在天然水體中的濃度十分低