微生物对环境污染物的降解与转化
微生物对环境污染物降解的机理及其应用
微生物对环境污染物降解的机理及其应用微生物对环境污染物的降解一直是环境科学领域中的热门研究话题之一。
随着现代化进程的不断推进，环境污染问题越来越突出。
利用微生物降解污染物已成为一种环保技术。
本文将介绍微生物降解污染物的机理以及其在实践中的应用。
一、微生物降解污染物的机理微生物可分为原核生物和真核生物两类。
微生物分解污染物的机制主要包括生物转化、吸附/解吸、酶催化和草酸循环等几个方面。
1. 生物转化微生物在对污染物分解的过程中会不断地利用代谢途径，对有机化合物进行氧化还原反应。
其间会产生大量的酶，使污染物原本难以降解的化合物经过一系列的反应被降解为容易分解的物质。
2. 吸附/解吸微生物的细胞表面负电荷是吸附/解吸过程的主要机理。
该机理基于微生物细胞表面的特性，与物质之间的性质吸附，其中需要一定的接触时间来实现吸附和脱附过程。
3. 酶催化微生物通过分泌酶来将有机分子降解为无机物和二氧化碳等气体，进一步降解有机酸或氨基酸类化合物为CO2和H2O 。
其中酶是速度最快的降解工具，其降解效果由酶具体的物理和化学性质所决定。
4. 草酸循环草酸循环是微生物对环境污染物进行降解的一种重要方式。
该过程是由一些细菌和念珠菌所进行的无氧的代谢反应，一旦环境条件适合，这些微生物就能分解许多有机化合物。
二、微生物降解污染物的应用微生物的降解污染物能力已被广泛应用于环保工程、农业、食品和制药等领域。
下面将分别从这几个方面进行具体阐述。
1. 环保工程在环保工程中，采用微生物降解污染物的方法有着广泛的应用前景。
例如，使用微生物降解油类污染物、氨基酸、废水等。
研究表明，采用微生物治理技术降解生活污水和工业污水可以使废水达到二级排放标准以上。
此外，在城市垃圾填埋场中进行善后处理采用微生物降解废弃物可以减少堆填区的占用面积。
2. 农业在农业中，微生物降解污染物还可以应用于农业废弃物的移动和更新。
研究表明，例如使用微生物降解农作物残渣、肥料等，不仅可以减少生物质积累，还可以促进植物的生长和发育。
微生物对环境污染物的降解
微生物对环境污染物的降解一、引言环境污染是当前全球面临的一大挑战，许多污染物对生态系统和人类健康产生了极大的威胁。
然而，幸运的是，自然界中存在着许多微生物，它们具备特殊的降解能力，可以有效地分解和降解环境中的污染物，为环境的修复和恢复提供了有力支持。
二、微生物对有机污染物的降解1. 微生物的分类和功能微生物包括细菌、真菌、古菌和病毒等，它们对不同类型的有机污染物具备不同的降解能力。
其中，细菌是目前最为常见的污染物降解微生物，具有分解有机化合物的能力；真菌则擅长降解木质素和多环芳烃等有机物；而古菌则对极端环境下的有机废物降解具备独特的适应能力。
2. 微生物降解机制微生物在降解有机污染物时，主要通过产生特定的酶来分解化合物的化学键，将其转化为无毒或较低毒的物质。
这些酶可以在特定环境条件下诱导合成，因此可针对具体的污染物进行调控。
此外，微生物还能通过多种途径将有害物质转化为有益物质，如转化为能量、气体或更稳定的形式。
三、微生物对重金属污染的降解1. 微生物的选择途径重金属是一类有害而难以处理的污染物，但微生物却能通过吸附、还原、沉淀和转化等方式对其进行有效降解。
此外，通过改变土壤或水体的酸碱度、氧化还原条件等环境因素，也可以促进微生物的降解作用。
2. 微生物的降解机制微生物对重金属的降解主要通过酶的催化作用实现，它们可以使重金属形成难溶性或稳定的沉淀物，从而减少其对环境的毒性。
例如，某些细菌可以产生硫酸盐还原酶，将含有重金属的化合物还原成相对稳定的硫化物，从而将有毒的重金属转化为较为安全的形式。
四、微生物对农药污染的降解1. 微生物的降解机制农药是农作物生产中广泛使用的化学物质，但其残留会对土壤和水体产生严重的污染。
微生物通过产生特定的酶类分解农药分子的连接键，降低其残留浓度。
此外，微生物的活性代谢产物也能进一步分解和转化农药残留物，从而减少环境中的农药污染。
2. 微生物的应用前景利用微生物进行农药污染治理是一种环保、经济、高效的方法。
微生物对污染物的降解与转化
在自然界，完全的生物降解可能是由于混合种群的 作用而非单一菌种的活性。必须注意，在实验室条 件下可降解的化合物，在自然环境中未必能降解， 反之亦然。
生物降解过程可能产生顽固的中间体，在环境中长 期滞留，有的可能有致癌、致畸、致突变作用，威 胁人体健康，尽管这种情况是例外而不是规律。
Bacteria have evolved over millions of years to be able to get energy and nutrients from chemicals, in a process called biodegradation.
Bacteria grow by breaking down chemicals into smaller compounds, nutrients and water.
卤代作用能抗生物降解，卤素取代基愈多，抗性 愈强。
官能团的位置也影响化合物的降解性，如两个取 代基的苯化物，间位异构体往住最能抵抗微生物 的攻击，降解最慢。
（三）、温度
温度支配着酶反应动力学、微生物生长速度以及化 合物的溶解度等，因而对控制污染物的降解转化起 着关键作用。
在自然环境中地理和季节的变化能对微生物降解转 化污染物的速度和程度起支配作用。
It is nature's way of getting rid of wastes by breaking down organic matter into nutrients that can be used by other organisms.
As a result, the ability of a chemical to biodegrade is an indispensable element in the understanding of any risk posed by that chemical on the environment.
第二章 微生物对污染物质的降解1
速度 =
kc − dc = 1 dt k2 + c
第二节 微生物降解动力学
二、双曲线速度模型
速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 双曲线速度模型适用于通过表面吸附或表面与催化分子复 合而进行的催化反应。 合而进行的催化反应。
第二节 微生物降解动力学
第三节 石油的微生物降解
一、降解机理 （一）烷烃 （二）烯烃 （三）脂环烃类 （四）芳香烃 （五）多环芳烃 二、影响石油降解的因素
第三节 石油的微生物降解 降解机理
（一）烷烃 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 醛和酸，而后经β 氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO 醛和酸，而后经β-氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO2 最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化； 和H2O。最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化；此外还有两 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。
第一节 微生物降解转化物质的巨大潜力
四、微生物繁殖快，易变异，适应性强 微生物繁殖快，易变异， 繁殖快 由于微生物繁殖快，数量多， 由于微生物繁殖快，数量多，可在短时间内产生大量 变异的后代，对进入环境的“陌生”污染物， 变异的后代，对进入环境的“陌生”污染物，微生物可通 过突变，改变原来的代谢类型而适应、降解之。最为人所 过突变，改变原来的代谢类型而适应、降解之。 熟知的例子，是微生物产与赖药性的变异，当微 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后， 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后，先是经 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性， 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性，进而 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 却变为该菌所不可缺少的营养物质， 却变为该菌所不可缺少的营养物质，例如野生型的大肠埃 希氏菌变为链霉素依赖突变型
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的落解和转化•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第一节有机污染物的生物净化机理•净化实质——微生物转化有机物为无机物•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•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→PO3-4•水体自净的天然过程中厌氧分解〔开始〕→好氧分解〔后续〕第二节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。
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、人造纤维废水及都市垃圾等，其中均含有大量纤维素。
A．微生物分解途径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、曲曲折折曲曲折折折折霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
•需要时能够向有菌种库的研究机构购置或自行筛选。
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•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、曲曲折折曲曲折折折折霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的落解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。
黄孢原平毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。
微生物对环境中有物质的降解与去除
微生物对环境中有物质的降解与去除微生物在自然界中起着至关重要的作用。
它们是地球生态系统不可或缺的一部分，可以对环境中的有害物质进行降解与去除。
在这篇文章中，我们将探讨微生物在环境中降解与去除有害物质的机制以及其应用。
一、微生物降解有害物质的机制1.1 水解作用微生物通过分泌水解酶来降解有机物。
这些酶可以将复杂的有机物分解为简单的可供微生物吸收和利用的物质。
例如，细菌可以分解油污，将其分解为较小的碳链和水。
对于水中的有机废弃物，微生物也可以通过水解作用将其降解为无害的成分。
1.2 氧化还原作用微生物可以通过氧化还原作用将有害物质转化为无害物质。
在这个过程中，微生物利用有机物或无机物作为电子受体来氧化有害物质，从而使其降解。
例如，硝化细菌可以将氨氮转化为硝酸盐，从而降低水体中的氨氮浓度。
还有一些微生物可以利用氯离子还原有机氯化合物，从而将其降解为无害的物质。
1.3 吸附作用微生物表面的菌体或细胞外多糖可以吸附有害物质，将其从环境中去除。
这种吸附作用可以提高微生物对有机物和重金属离子的去除能力。
一些微生物具有高度选择性的吸附能力，可以将重金属离子从废水中吸附并固定下来，起到净化水体的作用。
二、微生物降解与去除有害物质的应用2.1 废水处理微生物在废水处理中具有广泛的应用。
在生活污水处理中，微生物可以通过降解有机物、吸附重金属离子和氮磷去除等方式来净化废水。
此外，微生物在工业废水处理中也发挥着重要作用，可以降解有机废弃物、去除重金属和毒性物质，保护水环境的安全。
2.2 土壤修复土壤中的有机和无机污染物对环境和人类健康造成了潜在的威胁。
微生物通过降解有机物和稳定无机物的方式，可以修复受到污染的土壤。
微生物源于土壤是土壤中重要的有机物降解者和污染物转化者，通过活化土壤中生物、化学和物理过程来修复污染土壤。
2.3 油污处理微生物可以降解和去除油污，对防止油污滋生和保护海洋生态环境具有重要意义。
微生物能够分解石油中的碳链，并将其转化为无害的物质。
微生物对污染物的降解与转化
微生物对污染物的降解与转化微生物的一大特点，是代谢类型的多样性，自然界存在的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。
就是随着工业发展，排入环境引起环境污染的许多人工合成物，由于微生物繁殖迅速，个体微小，比表面大等特点，它们较其他生物更易适应环境，已有不少证据表明，微生物“正学着”对付众多的“陌生的”人造化合物。
可见微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜力。
（1）微生物对无毒有机物的降解无毒有机物主要是生活废弃物。
很多微生物都有能力降解这为在污染物。
微生物通过好氧分解或厌氧分解来分解有机物。
（2）微生物对有毒有机物的降解有毒有机物一般属于难生物降解性物质和不可生物降解性物质。
研究这些有机物的可溶解性，从环境保护角度来看，具有重要的实践意义。
①农药农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药剂的总称。
由于农药对粮食生产的重要，目前全世界农药的总产量已达200多万吨，品种约有500余种，常用的也有100种。
而当前使用的农药多是有机氯制剂、有机磷制剂和有机汞制剂。
这些有毒化合物在环境中的存留时间一般较长。
因此，大量农药累积于自然环境中，对人和动物具有严重的危害。
微生物与农药之间的关系可概括成两个方面。
一方面农药抑制土著种群的数量和作用可用于杀害和抑制某些有害种类；另一方面，几乎全部现代农药都是有机的，因而可以想象微生物可以代谢这些药物，改变和破坏它们的毒性。
现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物的降解作用。
并已从土壤、水体、污泥、污水中分离到能降解农药的细菌、放线菌、真菌等微生物。
由此，可利用微生物降解有机污染物。
微生物以两种方式降解农药，一种方式是以农药作为生长的唯一碳源和能源，有时还作为唯一的氮源，而使农药降解，具有这种能力的微生物很多，其中假单胞菌属、诺卡氏菌属及曲霉属中的一些种类最为突出；另一种方式是通过共代谢作用，即微生物从其它化合物获得碳源和能源后，才能使农药转化甚至完全降解。
微生物对污染物的降解和转化
•3、氧化反应
• 有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧 (1O2)，烷基过氧自由基(RO2·)，烷氧自由基(RO·)或羟 自由基(OH·)。这些自由基虽然是光化学的产物，但它 们是与基态的有机物起作用的，所以把它们放在光化学 反应以外，单独作为氧化反应这一类。
二、微生物的生物化学转化作用
（1）酶浓度对酶促反应速度的影响
在酶促反应中，如果底物浓度足够 大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓 度成正比。
底物分子浓度足够时，酶分子越多 ，底物转化的速度越快。
•（2）底物浓度对酶促反应速度的影响
当底物浓度很低时 ，有多余的酶没与底物 结合，随着底物浓度的 增加，中间络合物的浓 度不断增高。反应速度 也迅速增加。
•生物降解（biodegradation）•主要是 微生物降 •微生解物的代谢活动主要体现在以下几个方面：
1.氧化作用 （失电子，自身被氧化，化合价升高）
•Fe2+
Fe3+
•氧化亚铁硫杆菌
S
SO42-
•氧化硫硫杆菌
•NH3
NO2-
NO3•-亚硝化单胞菌属
•硝化杆菌属
•醇（糖类 C-OH） ）
醛（-CHO）
•二、微生物的生物化学转化作用
8. 缩合反应 两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合 成一个大分子，同时失化反应
•
-C=O
-CH-NH2 （酮基发生氨化）
• 丙酮酸转化为丙氨酸：
•
CH3COCOOH－CH3CHNH2COOH
•二、微生物的生物化学转化作用
•1、直接光解
•光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳 发射光谱在水环境中可利用的部分相适应。