第7章 微生物对污染物的降解与转化
微生物对大气中有机污染物的降解与去除

微生物对大气中有机污染物的降解与去除随着人口的增长和工业化的加速,大气中有机污染物的浓度不断升高,严重威胁到人类的健康和环境的可持续性。
因此,研究大气污染物的去除和降解机理一直是环境领域的热门研究方向之一。
而微生物作为一种重要的生物降解体系,一直被广泛应用于有机污染物的降解和去除。
本文将从以下几个方面来介绍微生物对大气中有机污染物的降解和去除。
一、微生物在大气中的应用现状大气中的微生物是一种特殊的微生物群落,包括细菌、真菌、病毒等多个种类。
这些微生物对于大气的生物降解和生态平衡具有重要作用。
目前,研究人员已经通过多种手段获得了大气中微生物的分布、组成以及其对大气有机污染物的吸附降解等方面的结论。
其中,微生物生物降解是一种重要的技术,能够有效地去除大气有机污染物,同时具备准确性、经济效益高、环保、节能等众多优点。
二、微生物对大气中有机污染物的降解大气中有机污染物的降解主要分为生物降解、化学降解和物理降解三种。
而其中,生物降解常常被认为是最为有效和环保的方法之一。
微生物能够对大气中的挥发性有机化合物(VOCs)和气溶胶中的有机物进行降解,是一种非常重要的降解形式。
研究表明,微生物的降解机理包括吸附、生物膜、酶解等多种形式,不同细菌和真菌对具体污染物的降解能力不同。
比如,细菌可以通过C1代谢途径降解甲醇、甲烷等VOCs,而真菌则主要降解芳香族化合物。
三、微生物的应用前景及挑战虽然微生物降解技术有着广阔的应用前景,但是,其应用还面临着一系列的挑战。
首先,大气中的有机污染物种类繁多,不同的微生物菌群对于不同的污染物的降解效率不同,难以实现对针对性强的大气污染物的有效降解。
其次,大气环境条件变化频繁,微生物菌群生长与代谢需要对大气环境变化的适应能力,在不同的大气环境下生物降解效率会有所不同。
此外,还需要对微生物选择、生物体系构建以及微生物的运输和释放等方面展开深入的研究。
总之,微生物对大气污染物的降解和去除是一种值得关注的方法,虽然仍面临着挑战,但其应用前景广阔,我们有理由相信,在科研人员的不断努力下,微生物降解技术一定会在大气污染物的清理和环境治理中发挥更为重要的作用。
微生物对环境中有机污染物的降解机制

微生物对环境中有机污染物的降解机制有机污染物是指由碳和氢等元素组成的化合物,常见的有机污染物包括石油类、农药、工业废水等。
这些有机污染物对人类和生态系统的健康产生严重威胁,因此寻找有效的降解方法成为了迫切的需求。
在此背景下,微生物降解成为了一种受到广泛研究的方法,微生物通过各种机制参与有机污染物的降解过程。
微生物降解有机污染物的机制主要分为生物吸附、生物转化和代谢三个方面。
首先,微生物可以通过生物吸附作用降解有机污染物。
微生物表面具有许多吸附结构,如细菌细胞壁上的膜蛋白、菌丝的纤毛等。
这些结构可以吸附并固定有机污染物,阻止其进一步扩散。
同时,微生物还可以通过表面吸附结构上的酶活性,进一步促进有机污染物的分解。
其次,微生物通过生物转化作用将有机污染物转化为较简单的化合物。
微生物体内的代谢酶可以催化有机污染物的化学反应,使其分解为更小的分子。
例如,石油类污染物中的芳香烃可以被微生物转化为酚、醛等低毒性物质。
这种生物转化作用具有高效、选择性强的特点。
最后,微生物通过代谢作用将有机污染物降解为无害的物质。
微生物能够利用有机污染物作为能量源进行代谢反应,将其转化为水、二氧化碳等无害物质。
这种代谢作用在自然界中广泛存在,为环境中有机污染物的彻底降解提供了有效途径。
微生物对环境中有机污染物的降解机制受到多种因素的影响,包括环境条件、微生物种类和污染物特性等。
首先,环境条件的酸碱度、温度、氧气浓度等因素会影响微生物的生长和代谢活性,进而影响微生物对有机污染物的降解效率。
其次,不同种类的微生物对不同类型的有机污染物具有不同的降解能力,这取决于微生物体内的代谢途径和代谢酶的种类。
此外,有机污染物的化学结构和性质也会影响微生物对其的降解速率和效果。
总的来说,微生物对环境中有机污染物的降解机制是多样而复杂的。
微生物通过吸附、转化和代谢等过程参与有机污染物的降解,有效净化环境。
然而,为了提高微生物降解的效率和速度,还需要深入研究微生物的特性和环境因素对其的影响,以及开发相应的技术手段来促进微生物降解的应用。
污染物的迁移和转化

都可以作为配位
体与金属离子络 合
2.2.2.5吸附作用
吸附是发生在固体 或液体表面对其它 物质的一种吸着现 象。污染物在土壤 中的吸附常常受到 土壤中有机质含量, 土壤颗粒大小,粘 土矿物成分,pH, 阳离子交换能等土 壤理化性质的影响。
=SurfOH指铁,铝和锰氧化物表面
2.2.2.6 氧化还原作用
Zn2+ + NH3
ZnNH32+
Hg2+ + 2OH Hg(OH)2 +Cl Hg2+ + ClHg2+ + 2ClHg2+ + 3ClHg2+ + 4Cl-
Hg(OH)2 Hg(OH)Cl HgCl+ HgCl2 HgCl3HgCl42-
吸附力强 吸附力弱
环境中的 OH-, Cl-,HCO3-, CO32-及含NH2,-OH,COOH,-SH等
生物累积的程度可用生物累积系数 bioaccumulation factor, BAF 表示。
BAF=某一生物个体生长发育较后阶段体内蓄积污染物的 浓度/同一生物生长发育较前阶段体内蓄积该污染物的浓 度
生物累积某种污染物的浓度水平取决于该生物摄取和消 除该污染物的速率之比,如果摄入量大于消除量,就会 发生生物积累。
地下水污染或是 造成癌症村现象 的首因
2.2.1.3 重力的机械迁移作用
指污染物及其搬运在体在重力作用下的迁移运动。
➢吸附了污染物的气溶胶,颗粒物,悬浮物等主要以 重力沉降的方式在环境中的迁移。
➢污水设施中污染物逐渐沉积在污泥中,随污泥的处 理而迁移。
➢机械搬运污染物的行为是污染物迁移的重要方式。 如污染物以原材料,成品或包装材料的形式被远距 离运输。
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。
微生物对含氮硫磷污染物的降解转化
北京科技大学环境工程微生物学林海教授微生物对含氮/硫/磷污染物的降解转化含氮化合物的降解转化氮素在自然界的循环(红箭头表示微生物与植物的共同作用;黄箭头表示生物固氮循环中的重要环节)大气N 2生物体有机氮NH 4+NO 3-NO 2-NO N 2O NH 2OH NH 4+②硝化作用③硝酸盐同化作用⑤铵盐同化作用①生物固氮⑥异化性硝酸盐还原作用⑦反硝化作用⑧亚硝酸氨化作用②硝化作用④氨化作用分子态氮被还原成氨和其他氮化物的过程固氮作用微生物的固氮作用分为自生固氮、共生固氮、联合固氮作用三大类自生固氮生物是指能独立进行固氮作用的一类微生物。
螺菌属、固氮菌科、肠杆菌属共生固氮微生物只有在与其他生物生活在一起的情况下,才能固氮或有效固氮。
根瘤菌、蓝细菌、弗兰克菌联合固氮作用是固氮微生物与植物之间存在的一种简单共生现象。
固氮微生物仅存在于相应植物的根际,并不侵入根毛形成根瘤,但有较强的专一性,固氮效很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物,其中分解能力强并释放出NH3的微生物称为氨化微生物。
有机氮化物在微生物作用下分解产生氨的过程氨化作用氨化微生物◆蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)◆巨大芽孢杆菌(B.megaterium)◆枯草芽孢杆菌◆神灵色杆菌(Chromobacterium prodigiosum)◆腐败梭菌(Clostridium putrificum)◆普通变形菌(Proteus vulgaris)◆荧光假单胞菌等细菌◆曲霉属◆毛霉属◆青霉属◆根霉属等真菌和嗜热放线菌等。
氨氧化细菌:热点硝化作用氨在微生物作用下氧化成硝酸盐的过程硝化作用由两类细菌分两个阶段完成。
第一阶段是氨被氧化为亚硝酸盐,靠亚硝化细菌完成;第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐,靠硝化细菌完成。
氨在微生物作用下氧化成硝酸盐的过程硝化作用亚硝酸细菌主要分类◆亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)◆亚化叶菌属(Nitrosolobus)◆亚硝化球菌属(Nitrosococcus)◆亚硝化螺菌属(Ni trosospira)硝酸盐细菌主要分类◆硝化杆菌属(Nitrobacter)◆硝化螺菌属(Nitrospina)◆硝化球菌属(Nitrococcus)反硝化作用硝酸盐在微生物作用下还原,释放出分子态氮和一氧化二氮的过程称为反硝化作用,或称为脱氮作用。
《环境生物学》 第七章
结论: (1)生化呼吸线位于内源呼吸线之上,表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大,有机物或废水的生物降解性越好; 反之亦然(图7-1A)。 (2)生化呼吸线与内源呼吸线基本重合,表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解,但对微生物的生命活动无抑制作用(图7-1B)。 (3)生化呼吸线位于内源呼吸线之下,说明该有机物不能被微生物分解, 且对微生物生长产生了有害抑制作用,生化呼吸线越接近横坐标,抑制作 用越大(图7-1C)。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用,阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术(environmental biotechnology)诞生的背景:
由于人们的生产,生活活动对环境造成了各种各样的污染,人类 的生存和发展面临着严峻的挑战,迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身,环境生物技术因此而诞生并日益受到重视,人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向:
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中,如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术,利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源,例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量,生物量可用活性污
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。
微生物对污染物质的降解
微生物降解污染物质是自然界中有机物分解的主要过程,对于维持生态平 衡和环境健康具有重要意义。
微生物降解污染物质的过程
在细胞内,微生物通过酶的作用将有机物分解 为小分子。
微生物降解污染物质的过程可以分为好氧降解和厌氧 降解两种方式,根据污染物的性质和环境条件选择合
为人类生产和生活提供资 源
有些微生物能够降解有机物并产生有用的资 源,如生物燃料和生物材料,为人类生产和 生活提供新的资源。
02
微生物降解污染物质的种类
有机污染物质的降解
石油烃类
微生物通过降解石油烃类物质, 将大分子有机物转化为小分子有 机物,如脂肪酸和醇类。
农药残留
微生物能够降解农药残留,将其 分解为无毒或低毒性的物质,从 而降低对环境和人体的危害。
有机氯化合物
一些微生物能够降解有机氯化合 物,如二噁英和多氯联苯等,将 其转化为无害或低毒性的物质。
无机污染物质的降解
01
硫化物
微生物能够将硫化物转化为单质 硫、硫酸盐等,从而降低水体中 硫化物的含量。
02
03
氮氧化物
磷化物
微生物能够将氮氧化物转化为氮 气和水,从而降低大气中氮氧化 物的含量。
微生物能够将磷化物转化为磷酸 盐,从而降低水体中磷化物的含 量。
土壤修复
1 2 3
有机物污染
微生物通过分解有机物,将土壤中的有机污染物 转化为二氧化碳、水等无害物质,降低土壤中有 毒物质的含量。
重金属污染
微生物可以吸附、转化重金属离子,将其转化为 低毒或无毒的物质,降低重金属对土壤和植物的 影响。
农药污染
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第一节 概述
一、生物降解与生物转化的概念
自然界中物质的降解有三种方式:光降解、 化学降解、生物降解。
• 生物降解——指由生物对污染物进行的分解或降 解。 • 降解――将复杂有机物分解为简单物质的过程。 • 终极降解――微生物把有机物分解产生无机物 CO2和H2O的过程。
四、微生物降解污染物的一般途径
(一)矿化作用
有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻 底分解为CO2和H2O和简单无机化合物的过程。 矿化作用是彻底的生物降解,即终极降解, 可以从根本上清楚有毒物质的环境污染。
(二)共代谢作用
• 一些难降解的有机化合物不能直接作为碳源或能
源物质被微生物利用,当环境中存在其他可利用 的碳源或能源时,难降解有机化合物才能被利用,
生化呼吸线位于内源呼吸线之下,说明该有机物对 微生物产生了明显的抑制作用。 生化呼吸线越接近横坐标,表明毒害越大,此时细 菌已几乎停止呼吸,濒于死亡
3.微生物降解试验
• ⑴土壤消毒试验 • ⑵培养液中降解试验 接种微生物后,通过一定时间的培养,培养 液中污染物含量的减少与原始浓度之比即 为降解率。
三、有机污染物的可生物降解性
(一)可生物降解性——复杂有机物在微生物 作用下分解为简单物质的可能性。 依可生物降解性的大小可将所有的物质范围: • 可生物降解性物质;如淀粉、蛋白质 • 难生物降解性物质;如纤维素 • 不可生物降解性物质;尼龙、塑料
(二)可生物降解性的测定
1.基质的可生物氧化率
氧化率 =
微生物作用下的(实际)耗氧量 ×100﹪ 基质完全氧化所应耗的(理论)氧量
2.基质的生化呼吸曲线-----内源呼吸曲线与外源呼吸 曲线的相对位置。
生化呼吸线位于内源呼吸线之上,说明 该有机物可能被微生物氧化分解。
两条呼吸线之间的距离越大,说明该有机 物的生物降解性越好
两条线基本重合,说明该有机物不能被 微生物氧化分解,但对微生物的生命活动 无抑制作用
生物转化
通过微生物代谢导致有机或无机化合物的
分子结构发生某种改变、生成新化合物的过 程。 例如:氨在亚硝化细菌作用下氧化为亚硝 酸,硝基苯被微生物还原为苯胺的过程等。
二、微生物降解与转化污染物的巨大潜力 1. 产生诱导酶具新的代谢功能; 2. 形成新的突变种(自发诱变、诱变突变、 工程菌的组建); 3. 降解性质粒利用 4. 组建超级菌
这样的代谢过程称为共代谢。
• 共代谢的方式:经相似物诱导产
生诱导酶,使污染物得以降解。
五、影响微生物降解转化的因素
化学结构:链长、官能团、取代基、异构 体; 共代谢; 环境理化因素:微生物的生长条件(温度、 水分、光照、有害物);污染物的溶解度; 中间产物或终产物:结构变化、毒性改变