环境微生物学教学课件 151对污染物的降解转化

1、 净化本质净化本质微生物微生物转化有机物为无机物转化有机物为无机物 依靠依靠好氧分解与厌氧分解好氧分解与厌氧分解 细菌细菌是其中的主力军是其中的主力军：好氧有机物呼吸好氧有机物呼吸 c co2 + 碳酸盐和重碳酸盐碳酸盐和重碳酸盐 h h2o n nh3 hno2 hno3 s h2so4 p h3po4 厌氧细菌厌氧细菌发酵、厌氧无机盐呼吸发酵、厌氧无机盐呼吸 矿化盐矿化盐 c rcooh（有机酸）（有机酸）ch4 + co2 n rchnh2cooh nh3（） + 有机酸（有机酸（） s h2s（） p po43-厌氧分解（开始厌氧分解（开始） 好氧分解（后续）好氧分解（后续） 包括包括

2、糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等合物等。 提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？ 难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会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。使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多这类多糖主要是糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。 葡 萄 糖 高 聚 物 ， 每 个 纤 维 素 分 子 含葡 萄 糖 高 聚 物 ， 每 个 纤 维 素 分 子 含140010000个葡萄糖基（个葡萄糖基（1-4

3、糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。，其中均含有大量纤维素。微生物微生物 纤纤维维素素酶酶 纤纤维维二二糖糖酶酶 纤纤维维素素 纤纤维维二二糖糖 葡葡萄萄糖糖 糖糖酵酵解解 atp 好好氧氧分分解解 h2o co2 葡葡萄萄糖糖 丙丙酮酮丁丁醇醇发发酵酵 丙丙酮酮 + 丁丁醇醇 + co2 + h2 厌厌氧氧发发酵酵 丁丁酸酸发发酵酵 丁丁酸酸 + 乙乙酸酸 + co2 + h2 三三羧羧酸酸 循循 环环 厌厌氧氧发发酵酵 好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维

4、弧菌 厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖产纤维二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。及嗜热纤维芽孢梭菌。 放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。 真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 需要时可以向需要时可以向有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买或或自行筛选自行筛选 存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤维废水。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。中含半纤维素。 tca循环循环 聚糖酶聚糖酶 co2 + h2o 半纤维素半纤维素 单糖单糖 + 糖醛酸糖醛酸 h2o 各种发酵产物各种发酵产物

5、厌氧分解厌氧分解 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素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。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？ 确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的，疑似的有有软腐菌。软腐菌。(phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、的一种，隶属于担子菌纲

6、、同担子菌亚纲、非褶菌目、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分树皮上木质素被该菌分解后漏出解后漏出白色白色的纤维素部分。的纤维素部分。 * *木质素降解的意义何在呢？木质素降解的意义何在呢？ 水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂厂废水含有大量油脂 降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物： 细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌灵杆菌 丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌 真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉 途径：途径：水解

7、水解+氧化氧化 提问：提问：什么是石油？什么是石油？ 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。复杂混合物。石油污染主要出现在石油污染主要出现在采油区采油区和和石油运输事石油运输事故现场故现场以及以及石化行业的工业废水石化行业的工业废水中。中。 与分子结构有关与分子结构有关 链中等长度（链中等长度（c10c24）链很长的（）链很长的（c24以上）以上）短链短链 （*？）？） 直链直链 ? 支链支链 不饱和不饱和 ? 饱和饱和 烷烃烷烃 ? 芳烃芳烃 链末端有季碳原子链末端有季碳原子（四周都与（四周都与c相连）相连）的烃以及的烃以

8、及多环多环芳烃极难降解芳烃极难降解 降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，据报道有据报道有200多种多种 细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌 酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母 霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属 藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻 + o2r-ch2- ch2-ch3 r- ch2-ch2-cooh -氧化氧化 co2 + h2o ch2-cooh + r-cooh 以环己烷为例以环己烷为例 oh o o +o2 +2h 2h +o2 +2h h2o h2o + h2o -2h ho

9、oc-（ch2）4-cooh hooc-（ch2）4-ch2oh 氧氧化化 co2 + h2o oh通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的两类以上微生物的下将污染物下将污染物 彻底降解彻底降解共代谢共代谢。 芳香烃普遍具有生物毒性芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微

10、生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下的后半段是相同的，可表示如下

11、苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 邻邻苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 + o2 + o2 +2h 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循环环 co2 + h2o 乙乙酰酰辅辅酶酶a 提问：提问：为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？ 微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶 难难对于自然生态环境自然生态环境系统,如果一种化合物滞留可达几个月或几年可达几个月或几年之久,或在人工生物处理人工生物处理系统系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除几小时或几天之内还未能被分解或消除 种类：种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚

12、合物、杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。 用用 途途：稳定剂稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）漆、热载体、油墨等都含有） 危危 害：害：急性中毒，是急性中毒，是一种致癌因子一种致癌因子（米糠油（米糠油事件）事件） 降降 解解 菌：菌：产碱杆菌、不动杆菌、产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌假单胞菌、芽、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体可分为可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。四类。我国目前生产的洗涤剂属于我国目前生产的洗涤剂

13、属于。较早。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（abs）：）： ch3 ch3 ch3 | | | naso3 c ch2 chch2 c ch3 | | ch3 ch3 3甲基分支干扰生物降解甲基分支干扰生物降解，链末端与，链末端与4个碳原子相连的季碳个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强原子抗攻击的能力更强。 危害：危害：abs可以在天然水体中可以在天然水体中存留存留800h以上以上，使这得接，使这得接纳他的水体长时间保持，纳他的水体长时间保持，产生大量泡沫产生大量泡沫，引起水体缺氧。，引起水体缺氧。 为使洗涤剂易于生物降解，人们将为使洗

14、涤剂易于生物降解，人们将abs的结构改变为线的结构改变为线性的直链性的直链 由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。 naso3 ch （ch2）9 ch3 | ch3 ch3 ch3 ch3 | | | naso3 c ch2 chch2 c ch3 | | ch3 ch3 3 细细 菌菌假单胞菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐由于这些微生物的作用，虽然每年排放

15、入环境中的洗涤剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。因而洗涤因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染剂一般不会引起环境的有机污染。洗涤剂目前存在。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化富营养化问问题题 。 cooh c-c-c-c-c-c-c-c-c-c-c 末末端端氧氧化化 -氧氧化化、脱脱磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 ch2cooh 开开环环分分解解 so3- 苯苯乙乙酸酸co2 + h2o对微生物无影响对微生物无影响（1）.土地板结土地板结（2）. 被海鸟及海洋哺乳

16、动物误食，被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，致使这些动物消化系统停滞，引起死亡引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动物，数目之多令人触目惊心。物，数目之多令人触目惊心。 （3）.影响景观影响景观 目前发现目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解速度缓慢速度缓慢。他们主要是他们主要是、。 塑料在环境中积累有哪些危害？塑料在环境中积累有哪些危害？ 危害：危害：白色污染白色污染 提问：提问：如何解决塑料的难降解问题？如何解决塑料的难降解问题？ （1）限制使用不可降解塑料）限

17、制使用不可降解塑料 （2） 光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑料、料、 化学合成或用微生物、转基因植物直接生产化学合成或用微生物、转基因植物直接生产可生物降解的塑料；可生物降解的塑料；* 如何制造完全生物可降解塑料？有哪些种类？发展前景如何？ 如如杀虫剂、除草剂等杀虫剂、除草剂等 化学成分：化学成分：有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的简单烃骨架它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯（有机磷、有机锡、有机氯等）。等）。相比较其它取代基团而言，微生物对卤素取代基往往不适应，因相比较其它取代基团而

18、言，微生物对卤素取代基往往不适应，因而随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。而随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。水中来源：水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水农田土壤的灌溉水或雨水 危害：危害：生物毒性生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）（急性、慢性、致癌、致畸变）最典型的一个例子就是杀虫剂最典型的一个例子就是杀虫剂ddt（二氯二苯三氯乙烷），（二氯二苯三氯乙烷），由于氯由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于ddt不溶于水不溶于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐而易溶于脂肪

19、，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。 降解农药的微生物：降解农药的微生物： 这些微生物这些微生物往往往往将农药逐级降解将农药逐级降解。 蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。 水中来源：水中来源： 生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等制革废水等 种类很多种类很多好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌芽孢杆菌 兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌)。 （好好氧氧菌菌） o2氧氧化化脱脱氨氨蛋蛋白白质质 胨胨 肽肽 进进入入细细胞胞 羧羧酸