成信工環(huán)境工程微生物學教案第10章 微生物對污染物的降解與其在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

第10章微生物對污染物的降解與其在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用一、基本要求⑴理解微生物對纖維素、半纖維素、淀粉、脂肪、木質(zhì)素、烴類的降解與轉(zhuǎn)化（碳循環(huán)）；⑵理解微生物對蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化、尿素的氨化、硝化作用、反硝化作用、固氮作用（碳循環(huán)）等（磷循環(huán)、硫循環(huán)）內(nèi)容；⑶掌握影響微生物對環(huán)境污染物降解能力的因素。二、教學重點與難點重點：影響微生物對環(huán)境污染物降解能力的因素三、教學內(nèi)容（一）微生物對環(huán)境污染物的降解能力及影響因素1、微生物對物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點（1）微生物個體微小，比表面積大，代謝速率大；（2）種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；（3）微生物具有多種降解酶；（4）微生物繁殖快，易變異，適應性強；（5）微生物具有巨大的降解能力；質(zhì)粒（Plasmid）：染色體外遺傳物質(zhì)，是在原核微生物中除染色體外，還存在的一種較小的攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒可用來培育優(yōu)良菌種，或用作基因工程中基因轉(zhuǎn)移的載體。例如：多功能超級細菌的構(gòu)建誘導酶突變體2、微生物對污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑（1）自然界中化學物質(zhì)的降解的3種方式：這三種方式往往綜合交叉進行。光降解化學降解生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子轉(zhuǎn)會為小分子，實現(xiàn)污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也稱為微生物降解。（2）微生物代謝活動中的化學作用（實質(zhì)是酶反應）氧化作用還原作用脫羧作用水解作用脫氨基作用等3、影響微生物對物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素（1）影響微生物對物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素之一①微生物的代謝活性不同種類微生物對同一底物的反應不同；微生物在不同的生長時期的活性是不相同的，在對數(shù)期代謝最旺盛，活性最強。微生物的種類組成決定化合物降解的方向和速度，同時微生物的種類組成又與環(huán)境中的化學物質(zhì)有關(guān)。②微生物的適應性馴化（Domestication）：是一種定向選育微生物的方法與過程，通過人工措施使微生物逐步適應某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。（2）影響微生物對物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素之二①化合物的結(jié)構(gòu)烴類：鏈烴的易降解性大于環(huán)烴，直鏈烴大于支鏈烴，不飽和烴大于飽和烴，支鏈烷基越多，越不易被降解當主鏈上的C被S、N、O取代時，對生物氧化的阻抗上升當C原子上的H被烷基或芳基取代時，會生成生物氧化的阻抗物。官能團的性質(zhì)和數(shù)量分子量大小②環(huán)境因素溫度、酸堿度、營養(yǎng)、氧、底物濃度（3）影響微生物對物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素之三共代謝（Co－Metabolism）：微生物在利用生長基質(zhì)A時（從中獲得能量、碳源或其他任何營養(yǎng)），同時非生長基質(zhì)B（不能從中獲得能量或營養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應。在純培養(yǎng)下，共代謝只是一種截止式轉(zhuǎn)化，但在混合培養(yǎng)和自然環(huán)境條件下，轉(zhuǎn)化可為其它微生物進行的共代謝或其他生物對某種物質(zhì)的降解鋪平道路，使其代謝產(chǎn)物可繼續(xù)降解，故污染物在有合適的底物和環(huán)境條件下可通過共代謝作用而降解。微生物對污染物的降解1、無毒污染物的降解（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。①微生物分解途徑②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。半纖維素的轉(zhuǎn)化油脂的轉(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氧化毒污染物的降解（二）微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用1、碳素生物循環(huán)（1）碳素循環(huán)途徑（2）淀粉的分解(直鏈)淀粉的分解(直鏈)淀粉的分解(支鏈)（3）纖維素的分解（4）木質(zhì)素的分解（5）脂肪的分解（6）復雜含碳化合物的分解（7）甲烷的形成及其機制2、氮素生物循環(huán)（1）氮素循環(huán)途徑（2）微生物的作用①生物固氮②氨化作用③硝化作用④硝酸鹽還