低温环境中的微生物讲解
微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物
污染物的生物降解
其原因在于：①在微生物混合群落中污染物的加入实际上是在定向地选择那些能够吸收和降 解污染物基质的微生物种属；这时滞后期是由于特定降解微生物的指数生长特性；同时，微 生物对污染物也有一个选择过程，所谓巴斯德效应。②微生物对污染物的适应要通过诱导酶 的合成，而且需要合成必需的辅酶或中间代谢产物。
（1）β-1,4葡聚糖酶又叫Cx酶，它不能水解天然纤维素，只能切割部分降解的多糖。它广泛分布在 细菌、放线菌和真菌中，可作用于包括很多葡萄糖单位的多糖分子，也可作用于寡糖分子，如纤维四糖 、纤维三糖。但它对寡糖比对多聚糖的水解作用 ①内切β-1，4葡聚糖酶，能随机切断β-1，4苷键，提供许多可供反应的末端，②外切β-1，4葡聚糖 酶，该酶又可分为从非还原性末端开始切下一个β-葡萄糖和切下一个β-葡聚二糖(纤维二糖)的两种
2020/11/26
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微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物
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有机污染物的生物降解性
生物降解度 根据污染物生物降解进行的程度，可将其分为三种（或3个阶段）。
1）初级生物降解是指有机污染物在微生物的作用下，母体化合物的化学结构发生变化 ，并改变了原污染物分子的完整性，即有机污染物本来的结构发生部分变化。
污染物的生物降解
前3种有机污污染物的生物降解 过程如图
污染物的生物降解
1）可以立即被微生物利用作为营养和能量来源的，包括糖、Pr(AA)、脂肪酸和一些涉及典型代 谢途径的污染物。
2)能够逐步被微生物分解利用的，此类污染物的生物降解需要一个驯化期，在些期间有机污染物 很少或根本不发生生物降解，故随时间的变化曲线中明显地有一个滞后期，它表示微生物对有机污染 物的适应过程所需要的时间。一般将微生物从开始接触有机化合物到有机化合物被明显分解的这段时 间称为化合物生物降解的驯化期。
微生物生物降解技术
微生物生物降解技术微生物生物降解技术是一种利用微生物代谢和降解有机物的能力来处理废水、废气和固体废弃物的环境保护技术。
它通过微生物的作用，将有机物降解为无害的物质，从而减少或消除对环境的污染。
本文将从微生物生物降解技术的原理、应用领域以及现在面临的挑战等方面进行论述。
一、微生物生物降解技术的原理微生物生物降解技术的原理是基于微生物对有机物的降解能力。
微生物是一类微小而且简单的生物，它们具有代谢功能，并且能够分解多种有机物。
在适宜的环境条件下，微生物能够利用有机物作为碳源和能源，通过代谢将有机物降解为无害的物质，如二氧化碳和水。
微生物生物降解技术利用了微生物在降解有机物过程中的这种特性，通过引入适宜的微生物群体，促进有机物的降解并最终实现环境的净化。
二、微生物生物降解技术的应用领域1. 废水处理：微生物生物降解技术在废水处理领域有着广泛的应用。
它可以用于处理各种类型的废水，包括工业废水和生活污水。
微生物降解技术可以将废水中的有机物降解为无害的物质，并且可以一定程度上减少废水的污染物含量，从而达到净化废水的目的。
2. 废气处理：微生物生物降解技术还可以用于处理废气。
废气中可能存在多种有机物和有害气体，通过利用微生物降解技术，可以将这些有机物和有害气体转化为无害的物质或者降低其浓度，从而减少对大气环境的污染。
3. 固体废弃物处理：微生物生物降解技术可以应用于固体废弃物的处理，如垃圾堆中的有机物降解等。
微生物可以分解有机物，从而减少固体废弃物的体积，还可以将有机物降解为稳定的物质，减少其对环境的影响。
三、微生物生物降解技术面临的挑战尽管微生物生物降解技术在环境保护中有着重要的作用，但它也面临一些挑战。
1. 微生物适应性：不同的有机物对不同的微生物具有不同的降解效果，而且微生物的适应性也会受到环境因素的影响。
因此，在实际应用中，选择适宜的微生物群体以及提供适宜的环境条件是非常重要的。
2. 技术成本：微生物生物降解技术需要进行微生物培养和管理，同时还需要设备和工程的支持。
农药的微生物降解综述
农药的微生物降解综述一、本文概述农药在农业生产中扮演着重要的角色，对于防治病虫害、提高农作物产量和质量具有不可替代的作用。
然而，农药的广泛使用也带来了严重的环境污染问题。
农药在环境中的残留不仅影响土壤和水质，还会对生态系统和人类健康造成潜在威胁。
因此，研究和开发有效的农药降解技术成为了环境科学领域的重要课题。
本文旨在对农药的微生物降解技术进行综述，探讨其原理、影响因素、研究现状和发展趋势，以期为农药残留治理和环境保护提供理论支持和实践指导。
本文将介绍农药微生物降解的基本原理，包括微生物降解的类型、降解过程中的关键酶和降解途径等。
分析影响农药微生物降解的主要因素，如微生物种类、环境因素和农药性质等。
接着，综述国内外在农药微生物降解领域的研究现状，包括降解效果、降解机制和实际应用等方面的成果。
展望农药微生物降解技术的发展趋势，探讨未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的农药微生物降解技术概览，为农药残留治理和环境保护提供有益参考。
也期望能够激发更多学者和研究人员关注农药微生物降解领域，共同推动该技术的创新和发展。
二、农药微生物降解的基本原理农药微生物降解的基本原理主要涉及生物催化过程，这一过程由特定的微生物群体通过酶的作用，将农药分子分解为较小、无害或低毒的化合物。
这一生物过程包括酶与农药分子的相互作用，导致农药分子结构的改变，最终转化为二氧化碳、水和其他简单的无机物。
在农药微生物降解过程中，关键的步骤是农药分子与微生物酶之间的识别与结合。
微生物通过分泌特定的酶，如水解酶、氧化还原酶和裂解酶等，这些酶能够攻击农药分子的特定化学键，导致其结构破坏。
例如，某些水解酶能够水解农药中的酯键或酰胺键，而氧化还原酶则能够氧化或还原农药分子中的特定官能团。
微生物降解农药的能力与其遗传特性密切相关。
微生物通过基因编码产生特定的降解酶，这些酶对农药分子具有高度的特异性和催化活性。
随着环境适应性的演化，一些微生物能够产生多种降解酶，以适应不同种类农药的降解需求。
对甲基苯酚酸性
对甲基苯酚酸性
甲基苯酚是一种酸性有机化合物，由苯酚、甲醛、甲酸等组成。
它能够在低温环境中被微生物降解，但也具有一定的危害性。
甲基苯酚酸性非常强，它的酸度比平衡盐酸强多倍。
它具有极强的氧化性能，有可能在体内引发过敏反应，将蛋白酶活性干扰并降低其生物学功能，危害肝脏及神经系统正常功能。
甲基苯酚还可能和几种重金属络合产生复合物，污染大气、土壤和支流水体，对生态环境造成潜在威胁。
在化学实验室，甲基苯酚可以用作溶剂，也可以在有机合成中作为重要的中间体。
在日常使用的清洁剂中，它也被广泛用于去污、清洗、除臭等功能。
它可以有效抑制细菌的生长，可作为有效的防腐剂。
甲基苯酚是极具活性的化学物质，在医药、石化等行业有广泛应用。
甲基苯酚具有极强的抗菌抗真菌能力，可以有效抑制病菌，可以作为有效的抗菌剂、驱虫剂和杀虫剂。
总之，甲基苯酚可以用于各种行业，当过量使用时会引发危害，应该在应用前进行严格的检测和管理，以确保安全的使用。
低温下固定化微生物降解水体中阿特拉津的效果
选及降解特性方面。然而，悬浮态微生物用于阿特 水，快速混合，使菌种成混悬体，立即使用。，
拉津对地表水、地下水的生物修复尚存一定缺陷， ２
如：单位体积内优势菌浓度低、启动慢、菌体易流失、
实验方法
抗毒性侵害能力差、对激烈的水力条件变化敏感 ２．１ 高效降解阿特拉津菌株的筛选
等∞＿］。因而，对于阿特拉津浓度较低、水力条件变 化不显著的（缓流或静止）受污染地表水、地下水，微 生物固定化修复技术具有特殊的技术优势和应用前 景。
第３８卷 第６期 ２００８年１ １月
吉林大学学报（地球科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊ ｉｔｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．２００８
低温下固定化微生物降解水体中阿特拉津的效果
刘 虹１’２，张兰英１，刘 娜１，刘 鹏
１．吉林大学环境与资源学院，长春１３００２６ ２．吉林化工学院环境与生物工程学院·吉林省吉林市１３２０２２
将粒径分别为０．１＂－－０．５ ｍｍ、０．５～１ ｍｍ和１ ～２ ｍｍ的活性炭５ ｇ加入到１００ ｍＬ菌量为２．０６ ×１０９个／Ｌ（４种菌Ｗ２、Ｌ１、Ｌ２、Ｎ８按１；１：１：１ 混合）的液体培养基。于１０℃、１１０ ｒ／ｍｉｎ振荡培养， 每隔１ ｄ察荫数。对比固定化效果。 ２．４ 最佳固定化ｐＨ值的确定
试剂 阿特拉津（吉林市农药厂，纯度＞９２％）， 乙腈（色谱纯），甲醇（分析纯），蔗糖（分析纯），牛肉 膏（分析纯），蛋白胨（分析纯），琼脂（分析纯），浓硫 酸（分析纯），葡萄糖（分析纯）。
材料活性炭、炉渣、沸石。 活性炭预处理 实验固定化所用活性炭为粒 状，活性炭用蒸馏水冲洗４ ｈ以防止碳黑及其他杂 质的干扰．烘干、密封。 １．３ 阿特拉津溶液的制备 （１）阿特拉津模拟溶液：１００ ｍＬ地下水，阿特拉 津根据实验设计添加０．５ ｍＬ。 （２）阿特拉津固体培养基及微最元素制备见参 考文献［５。８］。 （３）菌体悬浊液的制备。
环境因素对微生物的影响
环境因素对微生物的影响微生物在自然界中具有非常重要的生态角色，它们分布在各个环境中，包括土壤、水体、空气、植物表面及动物体内等。
环境是微生物的生长和繁殖的关键因素之一，不同的环境会对微生物的生长和代谢产生不同的影响。
因此，本文将从温度、湿度、光照、气体、营养物质和污染物等方面探讨环境因素对微生物的影响。
一、温度对微生物的影响微生物的生长和代谢都需要适宜的温度条件。
一般来说，微生物可以分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类。
低温微生物能在0-20℃的环境中生长和繁殖，如一些海洋浮游微生物、钓鱼岛蓝藻等。
中温微生物能在20-45℃的环境中生长和繁殖，如大肠杆菌等常见菌种。
高温微生物则能在45-100℃以上的环境中生长和繁殖，如古菌、双歧菌等。
温度对微生物的影响主要表现在以下几个方面：1.生长速度：不同温度下，同一种微生物的生长速度存在差异。
低温下微生物生长速度较慢，高温下生长速度较快。
2.营养代谢：高低温度均会影响微生物的代谢方式，影响其对营养物质的需求和利用率。
3.结构和形态：微生物在不同的温度下，可能会产生不同的膜结构和形态，如高温下的双歧菌可能形成纤维状的生长方式。
4.生长期：不同种类的微生物其生长期在不同的温度下会有所不同，例如一些海洋浮游微生物在低温环境下其生长速度会快速下降且寿命会缩短。
二、湿度对微生物的影响湿度是指空气中水分含量的大小，对微生物生长和繁殖具有一定的影响。
通常来说，微生物对湿度变化的适应能力较强，其生存的温度、营养和其他环境因素也会影响其在湿度条件下的表现。
湿度对微生物的影响主要表现在以下几个方面：1.水分含量与生长速度：微生物生长和繁殖的速度取决于其环境中的水分含量，长期处于干旱状态下的微生物容易死亡或处于休眠状态。
2.抗逆能力：适宜的湿度环境可以提高微生物的抗逆能力，使其更加耐受低温、干旱等环境压力。
3.水分含量与营养物质利用率：水分含量较高的环境中，微生物对营养物质的利用率较高，可以更快速地进行代谢和生长。
生物对环境中有害物质的降解
生物对环境中有害物质的降解环境中的有害物质对人类和生物多样性造成了严重威胁，因此，寻找和发展有效的降解方法至关重要。
生物的降解能力得到了广泛关注，因为生物能够通过各种机制将有害物质转化为无害物质。
下面将介绍一些生物对环境中有害物质进行降解的方式。
一、微生物降解微生物是自然界中最常见的降解有害物质的生物。
它们通过代谢和分解有害物质来将其转化为无害物质。
微生物群落中的多样性可以提供不同种类的降解微生物，从而拓宽了降解的物质范围。
例如，细菌、真菌和酵母菌等微生物可以降解有机废弃物、油类、农药以及污水中的有害物质等。
二、植物吸收和分解植物通过吸收和分解环境中的有害物质来清洁土壤和水体。
植物的根系可以吸收土壤中的有害金属离子，并将其转化为无害或难溶的形式。
此外，一些植物还能分解有机污染物，将其降解为无害化合物。
植物吸收和分解有害物质的能力被广泛应用于植物修复和自然保护领域。
三、动物的生物降解能力除了微生物和植物，一些动物也具有生物降解能力。
例如，蚯蚓是土壤中重要的降解生物，它们通过消化和分解有机物来改善土壤品质。
昆虫也被广泛研究，因为它们可以降解木材、粪便和其他有机废物。
此外，一些海洋动物如贝类和海绵也能够通过过滤和分解来降解有害物质。
四、生物技术的应用生物技术是利用生物体的降解能力来处理有害物质的高效手段。
通过基因工程，科学家可以改造微生物和植物的基因，使其具有更强的降解能力。
这种方法被广泛用于处理有机废弃物、有机溶剂和重金属等污染物。
此外，生物技术还可以通过生物吸附等方法将有害物质从水中去除。
五、生物对环境中有害物质降解的影响生物对环境中有害物质的降解具有重要意义。
首先，生物降解可以有效清理土壤、水体和空气中的污染物，保护生态系统的完整性和健康。
其次，生物降解可以降低环境中有害物质的浓度，减少对人类和其他生物的危害。
此外，生物降解也能够转化有害物质为对生物有益的物质，为生态系统提供养分。
总结：生物对环境中有害物质的降解具有重要的意义，它可以通过多种方式将有害物质转化为无害物质，保护生态环境的平衡。
生物降解 原材料
生物降解原材料
生物降解原材料是指在自然环境中可以被微生物分解为无害物质
的材料。
这些原材料通常来自于可再生资源，如植物、动物或微生物，而且在使用过程中不会对环境造成污染。
常见的生物降解原材料包括：
1. 聚乳酸（PLA）：聚乳酸是一种由玉米淀粉或其他植物淀粉制成的生物塑料，可在自然环境中被微生物分解为二氧化碳和水。
2. 聚羟基丁酸酯（PHB）：聚羟基丁酸酯是一种由细菌发酵产生
的生物塑料，可在自然环境中被微生物分解为二氧化碳和水。
3. 纤维素：纤维素是一种由植物细胞壁制成的天然材料，可在自
然环境中被微生物分解为二氧化碳和水。
4. 淀粉：淀粉是一种由植物制成的天然材料，可在自然环境中被
微生物分解为二氧化碳和水。
5. 生物聚酯：生物聚酯是一种由可再生资源制成的生物塑料，可
在自然环境中被微生物分解为二氧化碳和水。
这些生物降解原材料通常用于生产一次性餐具、包装材料、垃圾袋等产品，以减少对环境的污染。
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三、微生物适应低温的分子机理
1.通过信号传导使低温微生物适应低温环境
低温微生物可以通过信号传导来感受环境条件 的变化。 例如：耐冷菌丁香假单胞菌脂多糖和膜蛋白的磷 酸化和去磷酸化反应和温度变化有关。
2.通过调整细胞膜脂类的组成来适应低温环境
a.环境温度降低时，微生物细胞膜的不饱和脂肪酸含量会增 加，以维持细胞膜磷脂的半流动状态，使细胞膜在低温条芽胞杆菌，微球菌Fra bibliotek-7 ℃
二、高温对嗜冷菌的影响
1.对物质运输的影响
在低温条件下低温微生物吸收和氧化外源葡萄 糖 的能力最强，温度升高，能力下降 在低温条件下，嗜冷微生物的细胞膜蛋白和细 胞膜具有功能，而在高温条件下，便失去功能。
2.对代谢速率和呼吸酶的影响 与嗜中温菌相比，嗜冷菌的代谢速率相对比较
3.低温微生物的蛋白质和蛋白质合成 a.嗜冷菌合成大量的低温酶类，弥补因低温导致的反应速率下
降的问题。 b.嗜冷菌合成产生不同类型的低温酶类，在一定范围的不同温
度下保持结构完整和催化功能，维持生命现象。
c.低温酶在低温下具有高催化率和高柔顺分子构象。 d.低温酶不仅具有高比活力，而且具有高稳定性。 e.嗜冷菌中蛋白质以单体和多聚体的形式存在（如嗜冷弧菌中 异柠檬酸脱氢酶的单体比二聚体对热敏感）。
0℃酶活较高， 食品储藏、抗 35℃失活 菌剂
25-35℃ 食品、去污、 化妆品、医药
b.破坏核糖体的结构和功能
一般情况下，温度升高会影响嗜冷菌核糖体RNA和蛋白 质之间的正常结合，同时核糖体的天然结构发生改变。 对嗜冷菌来说，过高的温度还会影响其他可溶性亚细胞 成分的功能。
4.对细胞结构的影响 a.破坏细胞壁
例如：用37℃处理嗜冷红弧菌2h，细胞壁成分分解。
b.破坏正常的细胞形状
第一节
低温环境中的微生物
一、低温环境中的微生物
1.低温环境 长期低温：深海 地球两极的土壤 冰川和高空 短期低温：大多数地区的冬季期间
2.微生物种类
嗜冷微生物（psychrophiles） 最适生长温度为15℃或更低， 最高生长温度为20℃， 最低生长温度为0℃或更低。 如：噬纤维菌，短杆菌， 弧菌等。 耐冷菌（psychrotrophs） 0～5℃可生长繁殖， 最适生长温度可达20℃以上的微生物。 如：芽胞杆菌，节杆菌，假单胞菌等。
30℃处理异常芽孢杆菌时，细胞分裂干扰受变成丝状。
c.影响正常细胞表面的电荷
用大于21℃温度处理专性嗜冷红弧菌，细胞膜的磷脂被释放 到环境中，增加电泳过程中泳动速度。
d.影响细胞的通透性
热处理嗜冷微生物细胞时，会引起细胞的通透性发生变化或 引起细胞裂解。
5.对细胞分裂、基因调控和RNA合成的影响 a.温度升高，会影响低温微生物的细胞分裂。 b.温度升高，低温微生物细胞中的阻遏蛋白能更 紧密地与DNA结合，阻碍酶的形成。 c.嗜冷菌和耐冷菌在环境温度超过他们最适温度 时RNA合成停止。
低，并且随着温度的降低，嗜冷菌的生长速率降
低较快。 嗜冷菌的呼吸酶对温度敏感，在20℃下便失活， 这是为什么嗜冷菌必须在低温下生长的原因之一。
3.对蛋白质合成的影响 a.抑制蛋白质的合成
对嗜冷菌来说，当环境温度超过最高生长温度时，会 直接抑制细胞中蛋白质的合成。 而且，嗜冷菌中的各种诱导酶、发光酶和蛋白酶对温 度相当敏感。
嗜冷微生物主要为革兰氏阴性细 菌，而革兰氏阳性菌相对较少。 能在低温环境下生长的微生物不 仅局限在原核微生物，也存在嗜冷 酵母菌、真菌和藻类。
某些低温环境中的微生物
低温环境 高空 微生物 芽胞杆菌 丁香假单胞菌 南极上空 冰川，山洞 低温湖泊 长期冻结的湖泊 地球两极的土壤 节杆菌，短杆菌 节杆菌，假单胞菌，黄杆菌 假单胞菌，弧菌，黄杆菌，不动杆菌和 各种粘细菌 噬纤维菌 固氮菌 在1℃下固氮 -5 ℃～18 ℃ 生长或生存温度 0℃ -2 ℃
4.低温微生物通过产生冷激蛋白适应低温环境
当生长温度从21℃降到5℃时，嗜冷酵母能在 12 h内合成26种冷激蛋白（cold shock protein）， 以适应这种低温环境。
四、嗜冷菌的应用
由于低温酶具有催化能力多样、低温下比活力高、特异性 高以及酶分子的柔性和弹性大等特点，在工业上有非常广泛的 用途。 低温酶主要有以下几个方面的用途： （1）洗涤剂的添加剂 （2）纺织工业用酶 （3）食品工业 （4）生物修复 （5）在低水活度条件下的生物催化作用 （6）在其他方面的用途
已被研究的微生物低温酶类 酶种类 蛋白酶 胰蛋白酶 -半乳糖苷酶 柠檬酸合成酶 丙氨酸消旋酶 脂酶 来源菌株 假单胞菌 Colwellia-like strain Colwellia-like strain 南极细菌 DS2-3R Bacillus sp. Pseudomonas sp. 酶的最适反应 温度 20℃ 12℃ 15℃ 31℃ 主要应用范围 去污、食品、 皮革、纺织、 分子生物学 医药、去污、 食品 乳品工业 生物转化
件下仍能保持运输物质的能力和保持细胞膜上的酶发挥功
能。 b.增加不饱和脂肪酸的比例，增加不饱和脂肪酸的合成。 c.缩短酰基链的长度，增加脂肪酸支链的比例，减少环状脂 肪酸的比例等,对维持膜的流动性具有重要意义。
生长在5℃的南极好氧菌， 细胞脂质总脂肪酸中棕榈 油酸、油酸等不饱和脂肪 酸的含量超过90％。