环境微生物学第九章-2-to xuesheng

NaSO3 NaSO3
ABS • 由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。
CH3 CH3 CH3 | | | （CH C CH C CH2 CH CHCH2 2）9 CH3 3 | | | CH 3 CH3 CH3 3
A．降解洗涤剂的微生物
• 细 菌——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞 菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 • 放线菌——诺卡氏菌
硝化作用 硫磺细菌 硫化细菌 H2 S S + O2 + O2
H2SO4
硫酸盐
3.典型含氮有机物的转化
• 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及 硝基化合物
• 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。 • 危 害：生物毒害 、环境积累
A．降解这些物质的微生物
• 细
菌——紫色杆菌、假单胞菌
无毒无臭！
• 二、厌氧分解
• 厌氧细菌 • 原理：发酵、厌氧无机盐呼吸
• C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
2．降解机理
（好氧菌） O2 氧化脱氨 蛋白质 胨 肽 进入细胞 H 2 还原脱氨 （厌氧菌） 氨化作用 羧酸+NH3+H2S
| β 氧化 羧酸 NH3
细胞外水解 CO2 + H2O 作为氮源参与同化代谢 亚硝化细菌 硝化细菌 HNO2 + O2 + O2
|
|
NH3 |
HNO3
硝酸盐 |
N2↑
反硝化
用下将污染物 彻底降解——共代谢。
C．芳香烃
• 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。
已知降解不同芳香烃的细菌类别
苯类 酚类 荧光假单胞 菌、铜绿色 微生物 假 单 胞 菌 及 名 称 苯杆菌 萘 铜绿色假单胞 菌 、 溶 条 假单 胞 菌 、 诺 卡 氏菌 、 球 形 小 球 菌、 无 色 杆 菌 及 分枝 杆 菌 菲 菲 杆 菌、菲 芽孢杆 菌 蒽 荧光假单胞 菌和铜绿色 假单胞菌、 小球菌及大 肠埃希氏菌
• 降解农药的微生物： • 细 菌 —— 假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌 • 放线菌 —— 诺卡氏菌 • 真 菌 —— 曲霉 • 这些微生物往往需共代谢将农药逐级降解。
二、氮源有机污染物的转化
• 蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。
• （一）蛋白质的转化
• 水中来源： 生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、 制革废水等
苯和酚的代谢
• 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
• 酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解
的后半段是相同的，可表示如下
苯 酚 萘 菲 蒽 氧化酶 邻苯二酚 + O2 + O2 酶 酮基己二酸 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
三羧酸循环 CO2 + H2O
1. 氯苯类
• 用 • 危 途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热 害：急性中毒，是一种致癌因子（米糠油事件）
• 氨氮硝酸盐——工业废水和使用硝酸盐化肥的农田冲蚀水
• 金属离子 ——采矿、冶金、化工等行业的废水
一、磷酸盐的转化
• 洗涤剂中的磷酸盐为可溶性的磷酸钠 • 土壤中的磷酸盐则主要是难溶的磷酸钙 • 微生物产酸 可溶性磷酸盐
卵磷脂、核酸、ATP
• 土壤中的难溶磷酸盐
•
洗涤剂中的可溶性磷酸盐 原为PH3。（自燃—鬼火）
担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下 缩合成为α—氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 甲醛 α—氨基乙腈 丙氨酸
C 无机污染物的转化
• 主要的无机污染物有 • 磷酸盐、氨氮及硝酸盐、金属离子等 • 水中来源及危害： • 磷酸盐——洗涤剂中作为软水剂使用的磷酸盐、土壤 • • • 富营养化 富营养化 生物中毒
1.汞的形式
• 无机汞（多难溶）： • Hg2+2 → Hg0 + Hg2+
• 注：Hg2+2 =
Hg+ —Hg+
• 零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶 • 二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解 • 有机汞（易溶） ： • 通式——RHgX和R2Hg
• 其中R为有机原子基团，X为无机离子如卤素原子、硫酸 根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等。
（二）油脂的转化
• 水中来源：毛纺、毛条厂废水、
油脂厂废水、肉联厂废水、制革 厂废水含有大量油脂 • 降解油脂较快的微生物： • 细 灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌
菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、
• 真
菌 —— 青霉、乳霉、曲霉
• 途径：水解+β氧化
A．链长度 链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链 （*？） B．链结构 • 直链 ? 支链 • 不饱和 ? 饱和 • 烷烃 ? 芳烃 • 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环 芳烃极难降解
2．汞化合物的毒性
• 难溶的汞——生物吸收困难，毒性很小 • 易溶的汞——容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒
性最强）
• 毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。
• 日本的水俣湾甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。这类汞中毒一般 都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物链积累并 由水中的鱼类向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？
载体、油墨等都含有）
• 降 解 菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以 及沙雷氏菌的突变体 • 通过共代谢完成氯苯的完全降解。
• *共代谢研究进展及其成果对环保的应用现 状？
2．洗涤剂
• 可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。 • 我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。较早 开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：
• 有机污染物生物净化
• 天然物质、人工合成物质
• 无机污染物生物净化
A 有机污染物的生物净化机理
• 净化本质——微生物转化为无机物 • 依靠——好氧分解与厌氧分解
一、好氧分解
• 细菌是其中的主力军
• 原理：好氧有机物呼吸
• • • • •
C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐 H → H2O N → NH3 → HNO2 → HNO3 S → H2SO4 P → H3PO4 → 矿化盐
• 放线菌——诺卡氏菌 • 真 菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀 霉)、木霉及担子菌等
B．降解机理
a.氰化物 • 5HCN + 5.5O2 b.有机腈
RCH2CN H2O
5CO2 + H2O + 5NH3
O H2O RCH2COOH + NH3 CO2 + H2O
（RCH2C-NH2）
B．无支链环烷烃的降解
• 以环己烷为例
OH +O2 +2H －H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH ω 氧化 CO2 + H2O HOOC-（CH2）4-CH2OH －2H O +O2 +2H －H2O + H2 O O
OH
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将
环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作
开环分解
CO2 + H2积累有哪些危害？ • 危害：白色污染
• 对微生物无影响 • （1）.土地板结 • （2）. 被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞， 引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动 物，数目之多令人触目惊心。 • （3）.影响景观
2．半纤维素的转化
• 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水 中含半纤维素。
• 分解过程
TCA循环
聚糖酶 半纤维素 单糖 + 糖醛酸 H 2O
CO2 + H2O
各种发酵产物 厌氧分解
• 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
• 许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌 有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
ATP H2O CO2
好氧分解
厌氧发酵
B．分解纤维素的微生物
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌
• 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌 及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放 线 菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 • 需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。
B 各类有机污染物的转化
一、碳源污染物的转化
• 包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化 合物等。
（一）糖类污染物
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会 使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多
糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。
• 提问：影响金属离子毒性的因素有哪些？ • 种类、浓度、存在状态（包括价态、络合态、共存离子性质）
• 例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物 毒性大得多；有机锡比无机锡毒，有机锡中的烷基锡比芳香基锡 毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。
• （二）微生物转化
• 主要是氧化还原和甲基化作用。
1．纤维素的转化
• β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含 1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。 • 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废 水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。