环境工程微生物学农药及其它危险性

1、第第12章章 农药及其它危险性农药及其它危险性 化合物的微生物降解化合物的微生物降解 环境工程微生物学农药及其它危险性 第一节第一节 微生物降解理论基础微生物降解理论基础 一、概述一、概述 l人工合成化学物质越来越多人工合成化学物质越来越多 1990年，年， “CAB”登记的化学物质已经达到登记的化学物质已经达到 600多万种多万种 每周以每周以6000种的速度增加；种的速度增加； 多数对生物具有毒害作用。多数对生物具有毒害作用。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l由于这些化学物质对人有致畸、致突变由于这些化学物质对人有致畸、致突变 和致癌作用，故称为危险性化合物和致癌作用，故称为危险性化合

2、物 （hazardous chemicals）。）。 l理论上，微生物具有降解自然界产生的理论上，微生物具有降解自然界产生的 有机化合物的代谢机制，但是由于：有机化合物的代谢机制，但是由于： u新合成的化合物结构新颖；新合成的化合物结构新颖； u微生物对这些化合物无降解机制微生物对这些化合物无降解机制 因此，新的化合物往往对微生物的降解因此，新的化合物往往对微生物的降解 表现出抗逆性。表现出抗逆性。 环境工程微生物学农药及其它危险性 从特定环境中分离纯化得到某些具有特定从特定环境中分离纯化得到某些具有特定 降解能力的微生物纯培养；降解能力的微生物纯培养； 驯化出降解某些污染物的微生物菌株，使驯

3、化出降解某些污染物的微生物菌株，使 其降解能力更强大；其降解能力更强大； 通过基因工程手段来改造微生物以使其具通过基因工程手段来改造微生物以使其具 有特定的降解能力。有特定的降解能力。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l提供特殊营养物质提供特殊营养物质 主要是生长因子类主要是生长因子类 物质：物质： Stirling等人（等人（1976）从环己烷上）从环己烷上 富集分离得到的微生物群落：富集分离得到的微生物群落： 假单孢菌属(Pseudomonas) 诺卡氏菌属(Nocadia sp.) 产生出生长素 Nocadia sp.才具备降解环己烷的能力 环境工程微生物学农药及其它危险性 用甲烷生产

4、单细胞蛋白 CH3CH2OH 去除生长抑制物质 抑制 CH4 SCP 假单孢菌 生丝微菌CH3CH2OH 该群落中的其他菌为：黄杆菌、不动小杆菌 环境工程微生物学农药及其它危险性 改善单个微生物的基本生长参数改善单个微生物的基本生长参数 l微生物之间构成了类似食物链的关系微生物之间构成了类似食物链的关系 如降解黑苔酚的如降解黑苔酚的3种细菌之间的情况种细菌之间的情况 黑苔酚 假单孢菌 中间代谢产物 扩展短杆菌、短小杆菌 其他代谢物其他代谢物 环境工程微生物学农药及其它危险性 4.对底物的协调利用 l单个微生物对某种物质无降解能力，但混单个微生物对某种物质无降解能力，但混 合后则能够降解该物质。

5、合后则能够降解该物质。 u除草剂茅草枯的降解除草剂茅草枯的降解 混合菌株的降解率比单个菌株混合菌株的降解率比单个菌株 的降解率高的降解率高20%。 环境工程微生物学农药及其它危险性 Arthrobacter sp. u杀虫剂二嗪哝的降解 二嗪哝 Streptomyces sp. Arthrobacter sp. Streptomyces sp. 被降解 环境工程微生物学农药及其它危险性 5. 共代谢（co-metabolism) l共代谢是指生长底物和非生长底物共酶的 现象。生长底物是能被微生物用作为唯一 碳源的物质。 l共酶现象是指一些污染物（非生长底物）不 能作为微生物生长的唯一碳源，而只

6、能在生 长底物被利用时，通过微生物产生的酶，将 该污染物转化为不完全的氧化物。 环境工程微生物学农药及其它危险性 6.电子转移 l两种紧密结合的产甲烷菌群落 （methanobacillus omelianski）： CH3CH2OHCH3COOH + H2 CO2+ H2CH4 环境工程微生物学农药及其它危险性 7. 提供一种以上初级底物利用者 l有一种以上初始利用者存在，每个初始利有一种以上初始利用者存在，每个初始利 用者都能完全代谢底物。用者都能完全代谢底物。 l降解除草剂降解除草剂Fermon(N,N-二甲基二甲基-N-苯基脲苯基脲) 的微生物群落，包括的微生物群落，包括3种种Cory

7、nforms菌、菌、1种种 假单孢菌和一种产碱菌假单孢菌和一种产碱菌(Alicaligenes sp.)，它，它 们均能够单独降解们均能够单独降解Fermon。混合培养菌株的。混合培养菌株的 降解能力大大高于单个菌株的纯培养。降解能力大大高于单个菌株的纯培养。 环境工程微生物学农药及其它危险性 第二节第二节 农药污染与微生物的作用农药污染与微生物的作用 l第二次世界大战后，化学农药得到迅速发第二次世界大战后，化学农药得到迅速发 展，至展，至1981年，全世界的农药制剂已达年，全世界的农药制剂已达 10000种以上，归属于种以上，归属于600多种化合物。多种化合物。 l我国农药的使用量已达我国农

8、药的使用量已达5060万万t/a。 l作用巨大，风险犹存。作用巨大，风险犹存。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l持留时间长，控制病虫害和杂草的效果则持留时间长，控制病虫害和杂草的效果则 愈好；但对土壤和环境的污染也越严重。愈好；但对土壤和环境的污染也越严重。 l选择防治效果佳、持留时间短的农药，既选择防治效果佳、持留时间短的农药，既 可以有效防治病虫害，又不致污染环境。可以有效防治病虫害，又不致污染环境。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l取决于农药的化学特性：容易分解的农药，取决于农药的化学特性：容易分解的农药， 在土壤中的持留时间短；性质稳定的则持在土壤中的持留时间短；性质稳定的则持

9、 留时间长。留时间长。 l农药持留性通常用农药的半衰期表示，也农药持留性通常用农药的半衰期表示，也 可以用消失可以用消失75%100%的时间表示。的时间表示。 环境工程微生物学农药及其它危险性 表表3-11部分部分 l有机氯杀虫剂持留时间长，有机磷杀虫剂有机氯杀虫剂持留时间长，有机磷杀虫剂 持留时间短。持留时间短。 l氯代烃类杀虫剂多稳定地长期残留于土壤氯代烃类杀虫剂多稳定地长期残留于土壤 中，如中，如DDT，六六六、七氯、毒杀芬等和，六六六、七氯、毒杀芬等和 某些除草剂，如西玛津。某些除草剂，如西玛津。 l氯代烃类农药半衰期氯代烃类农药半衰期25年，是危害环境的年，是危害环境的 主要类型之一

10、，我国已经停止生产，但危主要类型之一，我国已经停止生产，但危 害仍在。害仍在。 l有机磷杀虫剂虽有剧毒却很易降解，不会有机磷杀虫剂虽有剧毒却很易降解，不会 造成残毒的危害。造成残毒的危害。 环境工程微生物学农药及其它危险性 环境工程微生物学农药及其它危险性 l芳香族化合物中，具易失去电子的取代基芳香族化合物中，具易失去电子的取代基 (如如-OH、 -NH2 、 -COOH)的比具有易获的比具有易获 得电子的取代基得电子的取代基(如如-NO2、-SO3H、卤代基、卤代基) 的易于被氧化代谢。的易于被氧化代谢。 l根据物质结构，各种有机化合物降解顺序：根据物质结构，各种有机化合物降解顺序： 脂肪酸

11、脂肪酸有机磷酸盐有机磷酸盐长链苯氧基脂肪酸长链苯氧基脂肪酸短短 链苯氧基脂肪酸链苯氧基脂肪酸单基取代苯氧基脂肪酸单基取代苯氧基脂肪酸三三 基取代苯氧基脂肪酸基取代苯氧基脂肪酸硝基苯硝基苯氯代烃类。氯代烃类。 环境工程微生物学农药及其它危险性 三、农药对土壤微生物的影响三、农药对土壤微生物的影响 l与农药本身的特性有关；与农药本身的特性有关； l受土壤受土壤气候条件，农作物种类，土壤耕气候条件，农作物种类，土壤耕 作，施肥技术等因子的影响作，施肥技术等因子的影响 。 环境工程微生物学农药及其它危险性 环境工程微生物学农药及其它危险性 l除草剂：除草剂： 苯氧羧酸类苯氧羧酸类(2,4-D， 2甲甲

12、4氯氯)， 氯代醋酸衍生物氯代醋酸衍生物(三氯醋酸钠三氯醋酸钠)， 取代脲类取代脲类(敌草隆，灭草隆、利谷隆、草不隆、莠谷敌草隆，灭草隆、利谷隆、草不隆、莠谷 隆隆)， 三莠氯苯类三莠氯苯类(西玛津，阿特拉津、扑灭净、扑草净西玛津，阿特拉津、扑灭净、扑草净) l常规用量对腐生真菌、细菌和放线菌的数量常规用量对腐生真菌、细菌和放线菌的数量 和种类组成无明显影响，但取代脲类和三氮和种类组成无明显影响，但取代脲类和三氮 苯类能抑制藻类的发育。苯类能抑制藻类的发育。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l酚类除草剂酚类除草剂(五氯酚钠、二硝基磷甲酚五氯酚钠、二硝基磷甲酚)对对 土壤真菌、硝化细菌和好氧纤

13、维分解菌土壤真菌、硝化细菌和好氧纤维分解菌 有抑制作用，对其它腐生细菌没有明显有抑制作用，对其它腐生细菌没有明显 影响。影响。 l稻田施用五氯酚钠后，常刺激作物产量稻田施用五氯酚钠后，常刺激作物产量 的增加的增加与硝化作用受抑制有关。与硝化作用受抑制有关。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l安全系数安全系数(SC)：使某类微生物数量下降：使某类微生物数量下降50% 的化学农药的浓度的化学农药的浓度(LC50)和实际使用浓度和实际使用浓度 （ mg/kg土）之比。土）之比。 l系数愈大愈安全，系数愈小愈易造成药害。系数愈大愈安全，系数愈小愈易造成药害。 系数小于系数小于1时，对土壤微生物抑制作

14、用强。时，对土壤微生物抑制作用强。 n农药安全系数农药安全系数(SC) 环境工程微生物学农药及其它危险性 生物学过程生物学过程 或微生物或微生物 草甘膦草甘膦 乐果乐果地亚农地亚农莠去津莠去津灭草隆灭草隆福美双福美双威百亩威百亩 土壤呼吸土壤呼吸 硝化作用硝化作用 氨化作用氨化作用 纤维素分解纤维素分解 腐生细菌腐生细菌 腐生真菌腐生真菌 腐生放线菌腐生放线菌 微小藻类微小藻类 根瘤菌根瘤菌 100 100 100 100 100 100 100 100 - 100 100 100 100 100 - 100 100 100 100 22 3 15 100 - 100 100 100 100

15、100 100 100 100 100 12 100 100 100 100 100 0.3 3.0 100 100 30 19 10 3 4 - 1 1 0.0l - 0.1 0.2 0.01 0.1 0.1 0.01 表表3-13 3-13 通过土壤微生物估计化学农药毒性的安全系数通过土壤微生物估计化学农药毒性的安全系数(SC) (SC) 环境工程微生物学农药及其它危险性 四、微生物转化农药的生化反应四、微生物转化农药的生化反应 1、脱卤作用、脱卤作用 某些脂肪酸生物降解的起始反应，氯代烃某些脂肪酸生物降解的起始反应，氯代烃 类杀虫剂降解途径。类杀虫剂降解途径。 2、脱烃作用、脱烃作用 发

16、生在某些有烃基连接在氮、氧或硫原子发生在某些有烃基连接在氮、氧或硫原子 上的农药上的农药(如三氯苯类和甲胺类如三氯苯类和甲胺类)。烃基连接。烃基连接 在碳原子上的农药则不易被微生物转化。在碳原子上的农药则不易被微生物转化。 环境工程微生物学农药及其它危险性 3、酰胺及酯的水解、酰胺及酯的水解 许多农药是无机酸类的脂，如磷酸酯类杀许多农药是无机酸类的脂，如磷酸酯类杀 虫剂虫剂(对硫磷，马拉硫磷对硫磷，马拉硫磷)，或是酰胺类，如，或是酰胺类，如 苯胺类除草剂；其中的酰胺和酯键可被某些苯胺类除草剂；其中的酰胺和酯键可被某些 微生物水解。微生物水解。 4、氧化作用、氧化作用 微生物通过氧化酶的作用，使

17、分子氧进入微生物通过氧化酶的作用，使分子氧进入 有机分子或进入带有芳香环的有机分子。这有机分子或进入带有芳香环的有机分子。这 样可以插入一个羟基形成一种环氧化物。样可以插入一个羟基形成一种环氧化物。 环境工程微生物学农药及其它危险性 5、还原作用、还原作用 -NO2-NH2 对硫磷对硫磷氨基对硫磷氨基对硫磷 M还原还原 醌类醌类 酚类酚类 M还原还原 M还原生成还原生成硫醇硫醇 环境工程微生物学农药及其它危险性 6、环裂解、环裂解 芳香环在芳香环在 微生物产生微生物产生 的双加氧酶的双加氧酶 的作用下，的作用下， 使环裂开。使环裂开。 微生物作用微生物作用 使苯环裂解使苯环裂解 邻苯二酚 粘康

18、酸 酮己二酸 琥珀酸、乙酸 CO2、H2O 环境工程微生物学农药及其它危险性 7、缩合或共轭形成、缩合或共轭形成 包括将有毒分子或其一部分与另一包括将有毒分子或其一部分与另一 有机化合物相结合，从而使农药或其有机化合物相结合，从而使农药或其 衍生物失去活性。衍生物失去活性。 环境工程微生物学农药及其它危险性 1、去毒作用、去毒作用 经微生物作用后变有毒为无毒。通常与经微生物作用后变有毒为无毒。通常与 矿化作用联系，但有的化合物即使没有矿矿化作用联系，但有的化合物即使没有矿 化，只是部分降解，甚至仅经共代谢作用化，只是部分降解，甚至仅经共代谢作用 除去个别基团，也可变有毒为无毒。除去个别基团，也

19、可变有毒为无毒。 环境工程微生物学农药及其它危险性 2活化作用活化作用 经微生物作用后变无毒为有毒或使有毒物经微生物作用后变无毒为有毒或使有毒物 质毒性加剧。有些化合物无毒，但在降解过程质毒性加剧。有些化合物无毒，但在降解过程 中形成的中间产物有毒，而且有的中间产物能中形成的中间产物有毒，而且有的中间产物能 持续一定时间，从而对生态环境带来影响。持续一定时间，从而对生态环境带来影响。 2,4-DB(2,4-二氯苯氧丁酸二氯苯氧丁酸) (无毒无毒) 2,4 - D（一种除草剂）（一种除草剂） 微生物微生物 环境工程微生物学农药及其它危险性 3、结合、结合 通过复合或加成作用，微生物代谢产物与通过

20、复合或加成作用，微生物代谢产物与 农药结合，形成更复杂的物质，如氨基酸、农药结合，形成更复杂的物质，如氨基酸、 有机酸、甲基或其它基团加在作用底物上。有机酸、甲基或其它基团加在作用底物上。 通常是去毒作用，但有例外。通常是去毒作用，但有例外。 环境工程微生物学农药及其它危险性 4、改变毒性谱、改变毒性谱 一类具有生态意义的转化作用，它能将一类具有生态意义的转化作用，它能将 对某一类生物有毒的物质转化成影响另一对某一类生物有毒的物质转化成影响另一 类生物的产物。类生物的产物。 五氯苯醇五氯苯醇 真菌病害真菌病害 水稻水稻 无害，被吸附无害，被吸附 防治防治 水稻残茬水稻残茬 共代谢作用共代谢作用

21、 五氯苯醇被转化为五氯苯醇被转化为 三氯或四氯化苯酸三氯或四氯化苯酸 抑制抑制 水稻后作植物水稻后作植物 翻耕翻耕 无防治作用无防治作用 环境工程微生物学农药及其它危险性 5、消效作用、消效作用 2,4一二氯苯氧乙酸一二氯苯氧乙酸 2,4-二氯苯酚二氯苯酚 2,4-二氯苯氧丁酸二氯苯氧丁酸 (植物毒素植物毒素) (对植物无毒对植物无毒) 酶促去毒作用酶促去毒作用 环境工程微生物学农药及其它危险性 六、几种农药的微生物转化六、几种农药的微生物转化 1、DDT 2,2-双双(对氯苯基对氯苯基) -1,1,1-三氯乙烷三氯乙烷 l在土壤中，导致农药降解的主导因子是在土壤中，导致农药降解的主导因子是

22、细菌、真菌和放线菌的代谢作用细菌、真菌和放线菌的代谢作用 ClCHCl Cl3C CCl3 CH R2 CCl3CHR2CCl3CHR2CNCHR2 CCl2CHR2CCl3CR2 Dicofol DDN CHCl2CR2 CH2ClCHR2 CH3CR2 CH3CHR2 CH2OHCHR2 COOHCHR2 CH2R2CHOHR2 CH2RCOOH CRORCOOH ClCHC OH O ClC OH O ClCHCl Cl3C 环境工程微生物学农药及其它危险性 降解降解DDTDDT的微生物类群的微生物类群 l据据Brown的资料，厌氧条件下，有的资料，厌氧条件下，有10属属23种种 细菌能

23、对细菌能对DDT发生不同程度的脱氯作用。发生不同程度的脱氯作用。 u14个脱氯作用最活跃的细菌：假单孢菌个脱氯作用最活跃的细菌：假单孢菌6个个 种，黄单孢菌、欧文氏菌各种，黄单孢菌、欧文氏菌各4个种；个种； u其它细菌：芽孢杆菌其它细菌：芽孢杆菌3个种，无色杆菌、产个种，无色杆菌、产 气气杆菌气气杆菌(Aerobacteraerogenes)、根癌土壤杆菌、根癌土壤杆菌 (Agrobacterinm tumefaciens)、巴斯德梭菌、巴斯德梭菌(Clostridium pasterianum)和密西根棒杆菌和密西根棒杆菌(Corynebacterium michiganense) 各各1个

24、种。个种。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l放线菌放线菌 厌氧条件下，链霉菌厌氧条件下，链霉菌(Streptomyces)和诺卡氏菌和诺卡氏菌 (Norcardia)两个属中都有能降解两个属中都有能降解DDT为为DDD的的 种存在。种存在。 l真菌真菌 绿色木霉绿色木霉 DDTDDD + ( DDE) 尖孢镰刀菌尖孢镰刀菌 DDTDDD或或 DDE 环境工程微生物学农药及其它危险性 2、林丹、林丹(Lindane) (高丙体六六六高丙体六六六) Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl B. cereus E. coli Clo. sporogenes + u

25、具有降解能力微生物：具有降解能力微生物： 蜡样芽孢杆菌、生孢梭菌蜡样芽孢杆菌、生孢梭菌(Clostridium sporogenes)和和 大肠杆菌大肠杆菌(E. coli)、恶臭假单孢、恶臭假单孢(P. putida)菌的分解活菌的分解活 性最强。性最强。 3、对硫磷对硫磷(Parathion) l0,0-二乙基二乙基-0-(对硝基苯对硝基苯)硫代磷酸酯硫代磷酸酯 NO2O P S C2H5O C2H5O NH2O P S C2H5O C2H5O OH P S C2H5O C2H5O NH2HO NO2HO 对硫磷对硫磷 氨基对硫磷氨基对硫磷 o,o-o,o-二乙基硫代磷酸二乙基硫代磷酸 P

26、-硝基苯硝基苯P-硝基酚硝基酚 环境工程微生物学农药及其它危险性 l易分解，持留期短，土壤半衰期数日。易分解，持留期短，土壤半衰期数日。 l起作用的微生物：起作用的微生物： 黄杆菌黄杆菌(Flavobacterium sp. ) 球拟酵母球拟酵母(Torulopsis sp. ) 硫杆菌硫杆菌(Thiobacillus sp. ) 木霉木霉(Trichloderma sp. ) 环境工程微生物学农药及其它危险性 4、 2,4-D (2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸) 环境工程微生物学农药及其它危险性 l参与降解苯氧乙酸类除草剂的已知微生物参与降解苯氧乙酸类除草剂的已知微生物 节杆菌属节杆菌属(

27、Arthrobacter) 生孢食纤维菌属生孢食纤维菌属 (Spotooytophaga) 诺卡菌属诺卡菌属(Norcardia) 链霉菌属链霉菌属(Streptomyces) 曲霉菌属曲霉菌属(Aspergillus) 假单孢菌属假单孢菌属(Pseudomomas) 枝动菌属枝动菌属 (Mycoplana) 无色杆菌属无色杆菌属(Achromobacter) 黄杆菌属黄杆菌属(Flavobacterium) 棒杆菌属棒杆菌属(Corynebaeterium) 环境工程微生物学农药及其它危险性 l微生物对苯氧乙酸的代谢速率和程度不相同微生物对苯氧乙酸的代谢速率和程度不相同 l黑曲霉黑曲霉(As

28、pergillus niger) 把羟基引入芳香环外，把羟基引入芳香环外， l其余菌株完全地或近乎完全地降解苯乙酸，其余菌株完全地或近乎完全地降解苯乙酸， 使其失去芳香环的结构，并使分子上的氯释使其失去芳香环的结构，并使分子上的氯释 放出来。放出来。 环境工程微生物学农药及其它危险性 5、五氯苯酚（、五氯苯酚（PCP） l防腐剂、除草剂、杀虫剂和杀菌消毒剂防腐剂、除草剂、杀虫剂和杀菌消毒剂 l性质稳定，有剧毒性质稳定，有剧毒 l优先控制污染物优先控制污染物 环境工程微生物学农药及其它危险性 五氯苯酚（五氯苯酚（PCP）的微生物降解）的微生物降解 环境工程微生物学农药及其它危险性 第三节第三节

29、有毒元素的污染与微生物作用有毒元素的污染与微生物作用 l被污染的土壤和水体的有毒元素主要来自被污染的土壤和水体的有毒元素主要来自 工业废水，废渣和垃圾。冶炼和采矿工业工业废水，废渣和垃圾。冶炼和采矿工业 是向环境中释放有毒元素的主要污染源。是向环境中释放有毒元素的主要污染源。 l对人、畜毒害最大的污染元素有汞，镉，对人、畜毒害最大的污染元素有汞，镉， 铅三种金属和砷，硒两种非金属，具中等铅三种金属和砷，硒两种非金属，具中等 毒性的有铬，镍，钼、锌等金属元素。毒性的有铬，镍，钼、锌等金属元素。 l污染的重要特征是能转化成各种不同形态，污染的重要特征是能转化成各种不同形态， 并通过分散和富集作用而

30、迁移。并通过分散和富集作用而迁移。 环境工程微生物学农药及其它危险性 一、有毒元素对生物致毒作用的特点：一、有毒元素对生物致毒作用的特点： 1很低浓度即产生毒性效用很低浓度即产生毒性效用 l 一般有毒元素，毒性浓度一般有毒元素，毒性浓度1l0 mg/ml， l 汞、镉等强毒元素，毒性浓度汞、镉等强毒元素，毒性浓度0.010.001mg/ml。 2食物链生物放大作用食物链生物放大作用 l 有毒元素可在较高级营养水平生物体内成千上万有毒元素可在较高级营养水平生物体内成千上万 倍富集，然后通过食物进入人体，在人体某些器官倍富集，然后通过食物进入人体，在人体某些器官 中积累，造成慢性中毒。中积累，造成

31、慢性中毒。 3某些有毒元素通过微生物转化转化为毒性某些有毒元素通过微生物转化转化为毒性 更强化合物。更强化合物。 环境工程微生物学农药及其它危险性 二、汞的污染和微生物转化二、汞的污染和微生物转化 l在土壤和水体等自然环境中，汞的浓度很低，在土壤和水体等自然环境中，汞的浓度很低， 一般不超过一般不超过1ppm，但由于它在工业中被广，但由于它在工业中被广 泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量 的汞，同时，它也是某些农药的成份。随着的汞，同时，它也是某些农药的成份。随着 工业废水的排放，农药的应用和煤炭，石油工业废水的排放，农药的应用和煤炭，石油 的燃烧，汞

32、被不断地引入自然环境。通过生的燃烧，汞被不断地引入自然环境。通过生 物对它的富集作用和它的高毒性可以造成严物对它的富集作用和它的高毒性可以造成严 重的危害。重的危害。 l在自然界，汞以三种状态存在：在自然界，汞以三种状态存在： Hg0、Hg+、 Hg2+。 Hg+常成二聚体：常成二聚体：Hg+-Hg+，但其可，但其可 进行如下的化学歧化作用：进行如下的化学歧化作用： Hg+-Hg+Hg2+ + Hg0 u主要的汞矿是硫化物，主要的汞矿是硫化物，HgS俗称朱砂；俗称朱砂； u溶解性极低，在厌氧环境中一般无变化，溶解性极低，在厌氧环境中一般无变化， 通气条件下通气条件下HgS发生氧化作用，这可能是

33、发生氧化作用，这可能是 由于硫杆菌属的细菌作用，形成了由于硫杆菌属的细菌作用，形成了Hg2+。 u可溶性可溶性Hg2+是很毒的，但很多细菌能行解是很毒的，但很多细菌能行解 毒作用，使其转化成元素汞：毒作用，使其转化成元素汞：Hg0。 Hg2+ + NADPH + H+Hg0 + 2H+ + NADP+ 环境工程微生物学农药及其它危险性 l有些细菌能将有些细菌能将Hg2+转化成甲基汞和二甲基转化成甲基汞和二甲基 汞，实验室内，芽孢杆菌属，梭菌属，分汞，实验室内，芽孢杆菌属，梭菌属，分 枝杆菌属和假单孢杆菌属的细菌，以及曲枝杆菌属和假单孢杆菌属的细菌，以及曲 霉属、脉孢霉属霉属、脉孢霉属(Neur

34、ospora)的真菌和酵母的真菌和酵母 菌都能引起甲基化作用。菌都能引起甲基化作用。 l甲基化与辅酶甲基化与辅酶维生素维生素B12的作用分不开，的作用分不开， 其转化过程如下：其转化过程如下： Hg0+CH3-B12CH3-Hg+ CH3-Hg+ + CH3-BrCH3-Hg-CH3 (二甲基汞二甲基汞) (甲基汞甲基汞) 环境工程微生物学农药及其它危险性 l甲基汞和二甲基汞都是亲脂性的，生物甲基汞和二甲基汞都是亲脂性的，生物 摄取后，多富集于细胞的脂类物质中。摄取后，多富集于细胞的脂类物质中。 l甲基汞的毒性比汞甲基汞的毒性比汞Hg+或或Hg2+大大100倍，倍， 神经毒素，在水体中较多地富

35、集于鱼类和神经毒素，在水体中较多地富集于鱼类和 贝类中，人食用了含汞的鱼、贝以后，可贝类中，人食用了含汞的鱼、贝以后，可 引起脑细胞的破坏而死亡。引起脑细胞的破坏而死亡。 环境工程微生物学农药及其它危险性 l这两种类型的甲基汞是否稳定决定于它这两种类型的甲基汞是否稳定决定于它 们的形成速率和排除速率，因为，有些微们的形成速率和排除速率，因为，有些微 生物能还原甲基汞成生物能还原甲基汞成Hg0和甲烷。和甲烷。 l二甲基汞可挥发逸入大气，形成速率低二甲基汞可挥发逸入大气，形成速率低 于甲基汞。于甲基汞。 CH3-Hg-CH3 Hg0 CH3-Hg-CH3 CH3-Hg+ Hg0 + CH4CH3- Hg+ Hg2+ + Hg0Hg+ + Hg+ HgS 化学反应化学反应 细菌细菌细菌细菌 细菌细菌 CH4 鱼鱼 细菌细菌细菌细菌 沉积物沉积物 水水 大气大气 汞循环的可能途径汞循环的可能途径 利用细菌消除汞污染利用细菌消除汞污染 u从从G+和和G-细菌中分离出的许多质粒上都细菌中分离出的许多质粒上都 发现有抗重金属的基因。某些抗药性质粒发现有抗重金属的基因。某些抗药