环境微生物》第八章微生物对化学物质的降解与转化
微生物对污染物的降解与转化
（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。
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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）。
微生物对污染物的降 解与转化
20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。
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第一节 有机污染物的生物降解
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
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一、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
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
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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
• 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的 只有软腐菌。
黄孢原平毛革菌 (Phanerochaete chrysosprium)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
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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。
微生物第八章微生物在环境物质循环中的作用
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RCOSC OA FAD
第二次 β氧化 FADH
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O-SCOA 酶A 2015-1-11
环境微生物基础教学课件
天津工业大学
脂肪酸通常通过β－氧化过程氧化。以硬脂酸 为例，1mol硬脂酸含有18mol个碳原子，需要经 过8次β－氧化全部降解为9 mol乙酰辅酶A，总 反应式：
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环境微生物基础教学课件
天津工业大学
几种含碳化合物的转化
1.纤维素的转化
HOH C HOH C 22 O O O O HO HO OH OH HOH C HOH C 2 2 O O HO HO O O OH OH O O HO HO
HOH HOH 2 2
HOH2C O
O
纤维二糖 葡萄糖 纤维二糖 葡萄糖 纤维素 纤维素 细 细 HO OH厌 厌 氧 氧 氧化酶，脱氢酶，脱羧酶 AT P 发 萄糖 TCA 发 细胞色素，细胞色素氧化酶 酵 酵 循环 H2O 葡萄糖 葡萄糖 2015-1-11 7 丙酮丁醇发酵 丙酮丁醇发酵 CO2 +CO + + 丙酮+ 丁醇+ 乙酸 +CO
藻类 光合 作用 CH4 产甲烷菌 光合细菌 (CH2O)n
藻类 光合 作用 CH4 产甲烷菌 光合细菌
(CH2O)n 有机化合物 CO2
残体 厌氧 分解 有机酸，糖，维 生素，氨基酸 好氧 分解
(CH2O)n
(CH2O)n 有机化合物 CO2 呼吸: 动物 植物 微生物 发酵 厌氧微生物
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残体 厌氧 分解 呼 有机酸，糖，维生素， 氨基酸 吸 好氧 分解 2015-1-11 CO2
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由于微生物代谢类型多样，所以自然界所有的有机物几乎都能被微生物降解与转化。
随着工发展，许多人工合成的新的化合物，掺入到自然环境中，引起环境污染。
微生物以其个体小、繁侠、适应性强、易变异等特点，可随环境变化，产生新的自发突变株，也可能通过形成诱导酶、生新的酶系，具备新的代谢功能以适应新的环境，从而降解和转化那些“陌生”的化合物。
大事实证明微生物有着降解、转化物质的巨大潜力。
(一)环境中的主要污染物所谓污染物，是指人类在生产生活中，排人大气、水体或土壤内的能引起环境污染，并对人环境有不利影响的物质的总称。
这些物质主要有农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属、放射性核素等。
总体可归为无毒和有毒污染物2大类，前者如纤维素、淀粉等有机物和酸、碱等无机物，后者如苯酚、多氯联苯等有机毒物和氰化物、各种重金属等无机毒物。
污染物对人类的危害是极其复杂的，有些污染物在短期内通过空气、水、食物链等多种媒介侵入人体，造成急性危。
也有些污染物通过小剂量持续不断地侵人人体，经过相当长时间，才显露出对人体的慢性危害或远期危害，甚至影响到子孙后代的健康。
(二)微生物对农药等有毒污染物的降解农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学制剂的总称。
我国每年使用50多万吨农药，利用率只“10％。
绝大部分残留在土壤中，有的被土壤吸附，有的经空气、江河传播扩散，引起大范围污染。
目前的农药多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药，其中有机氯农药危害性最大。
这些有毒化合物在自然界存留时间长、对人畜危害严重。
实验证明，环境中农药的清除主要靠细菌、放线菌、真菌等微生物的作用，微生物降解农药的方式有2种，一种是以农药作为唯一碳源和能源，或作为唯一的氮源物质，此类农药能很快被微生物降解，如氟乐灵，这是一种新型除草剂，它可作为曲霉属的唯一碳源，所以很易被分解；另一种是通过共代谢作用，共代谢是指一些很难降解的有机物，虽不能作为微生物唯一碳源或能源被降解，但可通过微生物利用其他有机物作为碳源或能源的同时被降解的现象，如直肠梭菌降解666时需要有蛋白胨之类物质提供能量才能降解。
微生物对环境污染物降解和转化的研究进展
微生物对环境污染物降解和转化的研究进展人类的工业活动、农业生产和生活污水排放等都会导致环境污染，这些污染物会对环境、生态系统和人类健康造成不可逆的影响。
然而，微生物作为一种天然的生物降解剂，有着广泛的降解和转化污染物的能力。
在生物科学领域中，越来越多的研究者开始借助微生物来探究环境污染问题，为环境污染治理提供新的思路和方法。
本文将对微生物对环境污染物降解和转化的研究进展进行探讨。
一、微生物对常见环境污染物的降解微生物在自然界中广泛存在，包括细菌、真菌、放线菌、藻类等。
这些微生物可以利用环境中的污染物作为能量来源并将其转化成无害物质，从而减缓或消除环境污染。
下面我们将重点讨论微生物对常见环境污染物的降解。
1. 石油类化合物的降解由于石油的开采、运输、储存和使用等过程中往往伴随着泄露和溢漏事件，石油类化合物就成为一类常见的环境污染物。
研究表明，细菌能够利用石油类化合物作为碳源、能源和维生素，将其转化成二氧化碳和水等无害物质。
例如，石油脱氮菌、石油脱硫菌和石油酸性物质降解细菌等都能够有效地降解石油类化合物。
此外，真菌也被发现具有降解石油类化合物的能力，特别是白腐真菌和土壤放线菌等。
2. 氯化有机物的降解氯化有机物是一类广泛应用的化学物质，例如农药、染料、溶剂等。
然而，氯化有机物具有较强的毒性和耐久性，对环境和人类健康造成潜在的风险。
不过，许多微生物促进了氯化有机物的降解。
许多细菌和真菌都能降解氯代烷烃、氯化芳香烃和氯代丙烯酸酯等。
其中，脱氯菌是一类具有特殊能力的细菌，能够催化氯代烷烃的脱氯反应。
3. 难降解有机物的降解环境中还存在许多难降解的有机物，如多环芳香烃、半挥发性有机物和化学需氧量高等。
这些有机物可导致污染土壤、空气和水体，对生态系统和人健康造成重大危害。
幸运的是，细菌和真菌具有对这些难降解有机物进行降解的能力。
许多研究者利用这些微生物开发了一系列生物技术来降解这些有机物，例如生物滴滤池、生物氧化沟以及土壤生物修复等。
环境生物化学第八章
制浆中段废水
钞纸废水
环境生物化学
8.1 造纸废水微生物治理中的 生物化学
造纸废水微生物处理中的生物化学法原理 (1)厌氧微生物处理中的生物化学法原理
利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物 大部分能量以 的处理技术。
厌氧处理 甲烷形式出现
复杂有机物
简单、稳定的化合物 + 能量
石灰草浆蒸煮废液、石灰法稻草浆浓废液、碱法制浆废水等 都具有pH高、COD、色度高而BOD5/CODCr较低等特点，所以直 接好氧生化困难很多，厌氧法则较有前途。目前一大批高效的厌 氧生物处理工艺和设备相继出现，包括有厌氧生物滤池、上流式 厌氧滤池、升流式厌氧污泥床 (UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧 附着膜膨胀床(AAFEB)以及厌氧浮动生物膜反应器(AFBBR)和厌 氧折流板反应器(ABR)等。 环境生物化学
特点： 一是
COD 高,而BOD/ COD 值较小, 可 生化性差；二是 色度高, 组分复杂 。COD 的去除与 脱色相关, 但脱色 问题困难更大。
环境生物化学
8.2 染料废水微生物治理中的 生物化学
染料废水微生物处理中的生物化学原理 (1)好氧生物处理原理
好氧生物处理对BOD去除效果明显，一般可达80%左右，但色度 和COD去除率不高，尤其如PVA等化学浆料、表面活性剂、溶剂及匹 布碱减量技术的广泛应用，不但使印染废水的CODcr，达到2000～ 300Omg/L，而且BOD5/CODcr也由原来的0.4～0.5下降到0.2以下，单 纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以达标；此外，好氧法的高 运行费用及剩余污泥处理或处置问题历来是废水处理领域没有解决好 的一个难题。
环境生物化学
Байду номын сангаас
微生物对环境污染物的降解与转化PPT文档37页
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
微生物对环境污染物的降解 与转化
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的降解和转化•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•净化本质——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、人造纤维废水及城市垃圾等，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。
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降解呢？•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(Phanerochaete chrysosprium)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。
微生物对环境污染物降解与转化机制研究
微生物对环境污染物降解与转化机制研究微生物在环境污染物降解与转化方面发挥着重要的作用。
它们通过各种机制来降解和转化污染物，从而净化环境，保护生态系统的健康。
本文将重点讨论微生物在环境污染物降解与转化中的研究进展及其机制。
一、微生物降解机制1. 酶的作用微生物通过分泌酶来降解环境污染物。
不同种类的环境污染物需要不同种类的酶来加速降解过程。
例如，苯酚降解需要苯酚脱氢酶、苯酚羟化酶等酶的参与。
这些酶能够催化特定的化学反应，将环境污染物分解成较简单的物质，进一步完成降解过程。
2. 微生物代谢途径微生物通过不同的代谢途径来降解环境污染物。
例如，部分微生物可以利用苯酚作为唯一碳源，并通过酚羟化途径将苯酚降解为可利用的物质。
这种代谢能力使得微生物能够在有限的营养条件下存活并降解环境中的污染物。
3. 共代谢作用共代谢是微生物降解环境污染物的一种重要机制。
有些微生物在无法将环境污染物作为碳源进行代谢时，仍然能通过与其他微生物的共代谢作用来降解污染物。
共代谢能使微生物降解更多类型的环境污染物，从而扩大降解范围。
二、微生物转化机制1. 生物转化微生物可以将某些环境污染物转化为无害或较安全的物质。
例如，硝化细菌可以将氨氮转化为硝态氮，从而减少水体中的氮污染。
微生物的生物转化作用可以改变污染物的性质，减少对环境的危害。
2. 吸附微生物通过吸附作用将环境污染物吸附在其表面，形成固定态，从而减少其在环境中的浓度。
微生物的吸附作用对于重金属等难降解的污染物尤为重要，能够有效地降低其环境影响。
3. 合成化合物微生物可以利用环境污染物合成特定的化合物，从而将其转化为可利用的资源。
例如，某些微生物可以通过利用废旧塑料合成生物塑料，实现塑料废弃物的再利用。
三、前沿研究领域1. 基因工程技术在环境污染物降解中的应用随着基因工程技术的发展，科研人员可以通过改变微生物的基因组来提高其降解能力。
通过引入新的降解酶基因或增强原有降解酶的表达，可以使微生物对特定环境污染物的降解效率得到提高。