教學(xué)用_微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用

1、第二章第二章 微生物在環(huán)境微生物在環(huán)境 物質(zhì)循環(huán)中的作用物質(zhì)循環(huán)中的作用1、主要物質(zhì)的循環(huán)、主要物質(zhì)的循環(huán) （氧、碳、氮、硫、磷氧、碳、氮、硫、磷）2、微生物對(duì)有機(jī)物的降解過(guò)程、微生物對(duì)有機(jī)物的降解過(guò)程重 點(diǎn)：l微生物對(duì)含碳、含氮、含硫等物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化作用。難 點(diǎn)：l物質(zhì)在微生物作用下的好氧、厭氧分解與轉(zhuǎn)化作用l微生物在碳循環(huán)和氮循環(huán)中的生物作用。授課學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 天然物質(zhì)循環(huán)天然物質(zhì)循環(huán) 污染物質(zhì)循環(huán)污染物質(zhì)循環(huán) 包括各種物質(zhì)元素：包括各種物質(zhì)元素：O、C、N、P、S、Fe等等 推動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的作用：推動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的作用： 物理作用物理作用 化學(xué)作用化學(xué)作用 生物作用生物作用大氣、水體

2、中的大氣、水體中的O2呼呼吸吸作作用用CO2光光合合作作用用 O2在大氣中分布均勻，而在水體中有垂在大氣中分布均勻，而在水體中有垂直方向上的變化。直方向上的變化。 P198圖圖2.2-1夏季湖泊含氧量及水夏季湖泊含氧量及水溫的分層情況。溫的分層情況。 表層富氧表層富氧底層貧氧底層貧氧冬冬季季冬冬季季夏季夏季 含碳物質(zhì)有含碳物質(zhì)有COCO2 2、碳水化合物、脂肪、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等。蛋白質(zhì)等。 碳的循環(huán)是以碳的循環(huán)是以COCO2 2為中心的。為中心的。 微生物微生物厭氧分解厭氧分解微生物微生物好氧分解好氧分解食用食用呼呼吸吸 陸地植物植物動(dòng)物動(dòng)物殘?bào)w殘?bào)w有機(jī)酸單糖有機(jī)酸單糖維生素氨基酸維

3、生素氨基酸COCO2 2光光合合作作用用 碳循環(huán)光合作用藻光合作用藻類、綠色植類、綠色植物、藍(lán)細(xì)菌物、藍(lán)細(xì)菌（CH2O）n有機(jī)化合物有機(jī)化合物呼吸作用動(dòng)呼吸作用動(dòng)植物及微生植物及微生物物CO2厭氧呼吸、發(fā)厭氧呼吸、發(fā)酵厭氧微生物，酵厭氧微生物，包括光合細(xì)菌包括光合細(xì)菌（異養(yǎng)）（異養(yǎng)）有機(jī)化合物有機(jī)化合物（CH2O）n光合光合細(xì)菌細(xì)菌(自養(yǎng)自養(yǎng))沉積作用沉積作用產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌甲基化合物甲基化合物甲烷氧化細(xì)菌甲烷氧化細(xì)菌CH4水體需氧厭氧一、纖維素的轉(zhuǎn)化一、纖維素的轉(zhuǎn)化 纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，(C(C6 6H H1010O O5 5)n)n，n=1400

4、-10000 n=1400-10000 來(lái)源：來(lái)源：以樹木、農(nóng)作物為原料的工業(yè)生產(chǎn)，如以樹木、農(nóng)作物為原料的工業(yè)生產(chǎn)，如造紙、印染等。造紙、印染等。 作用的微生物：作用的微生物：細(xì)菌、放線菌和真菌。細(xì)菌、放線菌和真菌。 分解過(guò)程：分解過(guò)程：首先經(jīng)過(guò)微生物胞外酶（水解酶）首先經(jīng)過(guò)微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的較簡(jiǎn)單的葡萄糖的作用，使之水解成可溶性的較簡(jiǎn)單的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。后，才能被微生物吸收分解。幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化：幾種含碳化合物的轉(zhuǎn)化：細(xì)菌、放線菌和真菌纖維素的轉(zhuǎn)化：纖維素的轉(zhuǎn)化： 纖維素酶纖維素酶 纖維二糖酶纖維二糖酶 纖維素纖維素 纖維二糖纖維二糖 葡萄

5、糖葡萄糖 好氧分解好氧分解 H2O 葡萄糖葡萄糖 丙酮丁醇發(fā)酵丙酮丁醇發(fā)酵 丙酮丙酮 + 丁醇丁醇 + CO2 + H2 厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵 丁酸發(fā)酵丁酸發(fā)酵 丁酸丁酸 + 乙酸乙酸 + CO2 + H2 三羧酸三羧酸 循循 環(huán)環(huán) 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 CO2ATPl好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌l厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、無(wú)芽孢厭氧分解菌、無(wú)芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。及嗜熱纖維芽孢梭菌。l放放 線線 菌菌鏈霉菌屬。鏈霉菌屬。l真真 菌菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。l需要時(shí)可以向需要

6、時(shí)可以向有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買或或自行篩選自行篩選 細(xì)菌：結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上，是細(xì)菌：結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上，是表面酶表面酶。 真菌、放線菌：真菌、放線菌：胞外酶胞外酶存在于植物細(xì)胞壁的存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。含半纖維素。 TCA循環(huán)循環(huán) 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纖維素半纖維素 單糖單糖 + 糖醛酸糖醛酸 H2O 各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物 厭氧分解厭氧分解分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。 果膠質(zhì)存在于植物的細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)中。果膠質(zhì)存在于植物的細(xì)胞壁和細(xì)

7、胞間質(zhì)中。 造紙廢水、制麻廢水中含有果膠質(zhì)。造紙廢水、制麻廢水中含有果膠質(zhì)。1. 果膠質(zhì)水解過(guò)程果膠質(zhì)水解過(guò)程 原果膠原果膠H2O 可溶性果膠聚戊糖可溶性果膠聚戊糖可溶性果膠可溶性果膠H2O 果膠酸甲醇果膠酸甲醇 果膠酸果膠酸H2O 半乳糖醛酸半乳糖醛酸 原果膠酶果膠甲酯酶聚半乳糖酶2. 水解產(chǎn)物的分解水解產(chǎn)物的分解水解產(chǎn)物：果膠酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇水解產(chǎn)物：果膠酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、甲醇好氧條件：好氧條件：CO2和和H2O厭氧條件：丁酸、乙酸、醇類、厭氧條件：丁酸、乙酸、醇類、 CO2和和H23. 分解果膠質(zhì)的微生物分解果膠質(zhì)的微生物細(xì)菌、放線菌和真菌細(xì)菌、放線菌和真菌好氧菌：枯草

8、芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌等好氧菌：枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌等厭氧菌：蝕果膠梭菌、費(fèi)新尼亞浸麻梭菌厭氧菌：蝕果膠梭菌、費(fèi)新尼亞浸麻梭菌真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等1.淀粉的種類淀粉的種類 直鏈淀粉直鏈淀粉 支鏈淀粉支鏈淀粉 (C6H10O5)1200 淀粉主要來(lái)自植物淀粉主要來(lái)自植物 淀粉廠廢水、酒廠、印染廢水、抗生素發(fā)酵廢淀粉廠廢水、酒廠、印染廢水、抗生素發(fā)酵廢水及生活污水等含有淀粉。水及生活污水等含有淀粉。2.淀粉的降解途徑淀粉的降解途徑途徑途徑1：枯草桿菌、根霉、曲霉將淀粉分解為：枯草桿菌、根霉、曲霉將淀粉分解為COCO2 2途徑途徑2：根霉和曲霉、酵母菌先

9、將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖：根霉和曲霉、酵母菌先將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖 接著由酵母菌將葡萄糖發(fā)酵為乙醇和接著由酵母菌將葡萄糖發(fā)酵為乙醇和COCO2 2途徑途徑3：梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵：梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵途徑途徑4：丁酸梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵途徑：丁酸梭狀芽孢桿菌參與發(fā)酵途徑枯草芽孢桿菌麥芽糖丁 酸乙酸CO2H2丙 酮丁醇乙酸CO2H2厭氧發(fā)酵葡萄糖丁酸發(fā)酵丙酮丁醇發(fā)酵糊精酶淀粉根霉、曲霉糊精麥芽糖苷酶好氧分解乙 醇CO2酵母菌葡萄糖葡萄糖苷酶循環(huán)乙醇發(fā)酵CO2H2OATPl由飽和脂肪酸和甘油組成的，常溫下呈固態(tài)的稱為脂；由飽和脂肪酸和甘油組成的，常溫下呈固態(tài)的稱為脂；l由不飽和脂肪酸和甘油組成，在常溫下呈

10、液態(tài)的稱為油。由不飽和脂肪酸和甘油組成，在常溫下呈液態(tài)的稱為油。l水中來(lái)源：水中來(lái)源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂、制革廠廢水含有大量油脂l降解脂肪較快的微生物：降解脂肪較快的微生物：l細(xì)細(xì) 菌菌 熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌l絲狀菌絲狀菌 放線菌、分支桿菌放線菌、分支桿菌l真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉l途徑：途徑：水解水解+氧化氧化脂肪的水解甘油的轉(zhuǎn)化甘油的轉(zhuǎn)化脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 23H O 脂肪酶脂肪甘油高級(jí)脂肪酸 甘油激酶磷酸甘油脫氫酶甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮T CA

11、循環(huán)18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO2l1mol1mol硬脂酸含硬脂酸含1818個(gè)碳原子，需要經(jīng)過(guò)個(gè)碳原子，需要經(jīng)過(guò)8 8次次氧化氧化作用作用，全部降解為，全部降解為9mol9mol乙酰輔酶乙酰輔酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO21mol1mol乙酰輔酶乙酰輔酶A A經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生 12molATP12molATP1molFADH1molFADH2 2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生 2molATP2molATP1molNA

12、DH1molNADH2 2經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生 3molATP3molATP總共產(chǎn)生總共產(chǎn)生 17molATP17molATP開(kāi)始激活硬脂酸時(shí)消耗開(kāi)始激活硬脂酸時(shí)消耗 -1molATP-1molATP凈得凈得 16molATP 16molATP 第一步第一步P1031mol硬脂酸完全氧化，共得能量：1617712147molATP第一次第一次氧化氧化最后一次最后一次氧化氧化注：1mol葡萄糖38molATP18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA82168324129108共得共得148molATP，硬脂酸在開(kāi)始被激活時(shí)消，硬脂酸在開(kāi)始被激活時(shí)消耗耗1

13、molATP，所以凈得，所以凈得147molATP木質(zhì)素木質(zhì)素 空腔空腔 纖維素纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中， 干朽菌、多孔菌、傘菌等的一些種，厚孢毛霉和松栓干朽菌、多孔菌、傘菌等的一些種，厚孢毛霉和松栓菌菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。絲核菌科。白腐白腐樹皮上木質(zhì)素被該菌分樹皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出解后漏出白色白色的纖維素部分。的纖維素部分。 微生物：微生物：甲烷假單胞菌、

14、分枝桿菌、頭孢甲烷假單胞菌、分枝桿菌、頭孢霉、青霉。霉、青霉。422222887CHOCOH OkJ1. 烷烴的轉(zhuǎn)化烷烴的轉(zhuǎn)化 芳香烴：酚、苯、萘、菲、蒽等。芳香烴：酚、苯、萘、菲、蒽等。 煉油廠、煤氣廠、焦化廠及化肥廠的廢水中含有芳煉油廠、煤氣廠、焦化廠及化肥廠的廢水中含有芳香烴。香烴。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別 苯苯類類 酚酚類類萘萘菲菲 蒽蒽微微生生物物名名 稱稱熒熒光光假假單單胞胞菌菌、銅銅綠綠色色假假單單胞胞菌菌及及苯苯桿桿菌菌銅銅 綠綠 色色 假假 單單 胞胞菌菌、溶溶條條假假單單胞胞菌菌、諾諾卡卡氏氏菌菌、球球形形小小球球菌菌、無(wú)無(wú)色色桿桿菌菌及及分

15、分枝枝桿桿菌菌菲菲桿桿菌菌、菲菲芽芽孢孢桿桿菌菌熒熒光光假假單單胞胞菌菌和和銅銅綠綠色色假假單單胞胞菌菌、小小球球菌菌及及大大腸腸埃埃希希氏氏菌菌2. 芳香烴化合物的轉(zhuǎn)化芳香烴化合物的轉(zhuǎn)化 苯、萘、菲、蒽的代謝途徑苯、萘、菲、蒽的代謝途徑苯苯鄰苯二酚鄰苯二酚己二烯二酸己二烯二酸酮基己二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰輔酶琥珀酸乙酰輔酶ACO2H2O萘萘菲菲蒽蒽 為什么這些有機(jī)物難于生物降解？為什么這些有機(jī)物難于生物降解？ 微生物缺乏相應(yīng)的水解酶微生物缺乏相應(yīng)的水解酶l難難對(duì)于對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，如果一種化合物系統(tǒng)，如果一種化合物滯留滯留可達(dá)幾個(gè)月或幾年可達(dá)幾個(gè)月或幾年之久，或在之久，或在人

16、工生物處理人工生物處理系統(tǒng)，幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除系統(tǒng)，幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除 種類：種類：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。l用用 途途：穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑（潤(rùn)滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱（潤(rùn)滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）載體、油墨等都含有）l危危 害：害：急性中毒，是急性中毒，是一種致癌因子一種致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件）l降降 解解 菌：菌：產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、假單胞菌假單胞菌、芽孢桿菌以、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體及沙雷氏菌的突變體l* *共代謝研究進(jìn)展及其成果對(duì)環(huán)保的應(yīng)

17、用現(xiàn)共代謝研究進(jìn)展及其成果對(duì)環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)狀狀？l可分為可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類四類l我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于。較早。較早開(kāi)發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（開(kāi)發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：）： CH3 CH3 CH3 | | | NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3 | | CH3 CH3 3甲基分支干擾生物降解甲基分支干擾生物降解，鏈末端與，鏈末端與4個(gè)碳原子相連個(gè)碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。l細(xì)細(xì) 菌菌假單胞菌假單胞菌、鄰單胞菌

18、、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌l放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌l由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒(méi)有發(fā)生洗滌劑的明顯增劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒(méi)有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。加。因而洗滌劑一般不會(huì)引起環(huán)境的有機(jī)污染因而洗滌劑一般不會(huì)引起環(huán)境的有機(jī)污染。洗滌劑目前存在的問(wèn)題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸洗滌劑目前存在的問(wèn)題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體鹽造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題問(wèn)題 。共代謝（共代謝（co-met

19、abolismco-metabolism）l指微生物在有它可利用的唯一碳源存在時(shí)指微生物在有它可利用的唯一碳源存在時(shí), ,對(duì)對(duì)它原來(lái)不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。它原來(lái)不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。l例如例如: :甲烷假單胞菌，甲烷；乙烷、丙烷和丁烷甲烷假單胞菌，甲烷；乙烷、丙烷和丁烷, , 氧化為乙酸、丙酸、丁酸。氧化為乙酸、丙酸、丁酸。l共代謝作用是共代謝作用是19591959年年/ /美國(guó)德克薩斯大學(xué)美國(guó)德克薩斯大學(xué)/Leadbetter/Leadbetter和和FosterFoster發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的, , l當(dāng)培養(yǎng)基中存在一種或多種用于微生物生長(zhǎng)的烴當(dāng)培養(yǎng)基中存在一種或多種用于微

20、生物生長(zhǎng)的烴類時(shí)微生物對(duì)作為輔助物質(zhì)的、非用于生長(zhǎng)的烴類時(shí)微生物對(duì)作為輔助物質(zhì)的、非用于生長(zhǎng)的烴類的氧化作用類的氧化作用l一級(jí)基質(zhì)一級(jí)基質(zhì), , 二級(jí)基質(zhì)。二級(jí)基質(zhì)。l(1)生物在正常生長(zhǎng)代謝過(guò)程中對(duì)二級(jí)基質(zhì)的共同氧化l厭氧微生物食物鏈系統(tǒng)：葡萄糖的存在可為相關(guān)的微生物提供碳源和能源,另外,葡萄糖經(jīng)相關(guān)微生物的代謝還可為受試有機(jī)物的開(kāi)環(huán)提供必須的還原力和各種輔酶。l厭氧條件下廢水中活性染料(活性翠藍(lán))的生物降解：發(fā)現(xiàn)以活性翠藍(lán)為單一碳源時(shí),厭氧菌不能降解活性翠藍(lán),但當(dāng)進(jìn)水中補(bǔ)充葡萄糖后,厭氧菌對(duì)葡萄糖和活性翠藍(lán)產(chǎn)生了共代謝作用,活性翠藍(lán)被降解l(2)微生物間的協(xié)同作用：指有些污染物的降解并不導(dǎo)

21、致微生物的生長(zhǎng)和能量的產(chǎn)生,它們只是在微生物利用一級(jí)基質(zhì)時(shí)被微生物產(chǎn)生的酶降解或轉(zhuǎn)化為不完全氧化產(chǎn)物,這種不完全氧化產(chǎn)物進(jìn)而被另一種微生物利用并徹底降解l普通的脫硫弧菌屬、銅綠假單胞菌屬在用苯甲酸單單獨(dú)培養(yǎng)獨(dú)培養(yǎng)時(shí),均不能利用苯甲酸,l在含有苯甲酸和SO42-的基質(zhì)中共同培養(yǎng)共同培養(yǎng)時(shí)苯甲酸即可徹底被生物降解,同時(shí)SO42-被還原為H2Sl生物膜或顆粒污泥的形成能有效地發(fā)揮微生物間的協(xié)同作用,提高難降解物質(zhì)的生物降解率。 (3)一級(jí)基質(zhì)不存在時(shí)休眠細(xì)胞對(duì)二級(jí)基質(zhì)的利用l用氯苯、鄰二氯苯、間二氯苯、對(duì)二氯苯、1,2,4-三氯苯溶液馴化污泥, 內(nèi)源呼吸階段, 用這些污泥對(duì)這5種有機(jī)物進(jìn)行降解,發(fā)現(xiàn)

22、用氯苯、鄰二氯苯、間二氯苯溶液馴化的污泥,能夠有效地相互降解,誘導(dǎo)的酶系統(tǒng)具有一個(gè)共同特征,即要求被作用的二級(jí)基質(zhì)苯環(huán)上至少具有一個(gè)“連續(xù)三空結(jié)構(gòu)”;對(duì)二氯苯、1,2,4-三氯苯缺乏“連續(xù)三空結(jié)構(gòu)”,因而不能被由上述3種有機(jī)物馴化的污泥降解,l用這2種有機(jī)物馴化的污泥誘導(dǎo)的酶系統(tǒng),只要求二級(jí)基質(zhì)苯環(huán)上至少具有一個(gè)“連續(xù)二空結(jié)構(gòu)”即可,所以用這2種有機(jī)物馴化的污泥能夠降解所有受試的5種有機(jī)物。 水中來(lái)源：水中來(lái)源： 生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等工廢水、制革廢水等, 土壤中：動(dòng)植物殘?bào)w的腐敗土壤中：動(dòng)植物殘?bào)w的腐敗l好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌 鏈球菌和葡萄球

23、菌鏈球菌和葡萄球菌l好氧芽孢細(xì)菌好氧芽孢細(xì)菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌 l兼性厭氧兼性厭氧 菌菌變形桿菌、假單胞菌變形桿菌、假單胞菌 l厭氧菌厭氧菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌孢桿菌l致病菌致病菌鏈球菌、葡萄球菌鏈球菌、葡萄球菌l真菌真菌曲霉、毛霉、木霉曲霉、毛霉、木霉l放線菌放線菌鏈霉菌鏈霉菌反硝化反硝化N2( (好氧菌好氧菌) ) O2氧化脫氨氧化脫氨蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 胨胨 肽肽 進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞 羧酸羧酸 +NH3+H2S H2還原脫氨還原脫氨( (厭氧菌厭氧菌) )| 細(xì)

24、胞外水解細(xì)胞外水解 | 氨化作用氨化作用 | 氧化氧化羧酸羧酸 CO2 + H2O 作為氮源參與同化代謝作為氮源參與同化代謝NH3 亞硝化細(xì)菌亞硝化細(xì)菌 硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌NH3 HNO2 HNO3硝酸鹽硝酸鹽+ O2+ O2| 硝化作用硝化作用 | 硫磺細(xì)菌硫磺細(xì)菌 硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌H2S S H2SO4硫酸鹽硫酸鹽 + O2 + O2氨基酸氨基酸（1）脫氨作用：）脫氨作用：有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫有機(jī)氮化合物在氨化微生物的脫氨基作用下產(chǎn)生氨。氨基作用下產(chǎn)生氨。氧化脫氨：氧化脫氨：好氧微生物好氧微生物還原脫氨：專性厭氧菌和兼性厭氧菌還原脫氨：專性厭氧菌和兼性厭氧菌 TCA循環(huán)CH3COOH

25、COOHCH3CHNH2+1.5O2CONH3丙氨酸C O O HC H3C H2N H2C O O H 2 HN H3甘 氨 酸斯提克蘭反應(yīng)：斯提克蘭反應(yīng)：生芽孢桿菌對(duì)糖的代謝能力生芽孢桿菌對(duì)糖的代謝能力差，只能以一種氨基酸作為供氫體，以另一種氨差，只能以一種氨基酸作為供氫體，以另一種氨基酸作為受氫體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而得到能基酸作為受氫體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而得到能量的現(xiàn)象。量的現(xiàn)象。CH3CHNH2COOHNH3CH2COOH22H2ONH33COOHCH33CO2丙氨酸丙氨酸甘氨酸甘氨酸乙酸乙酸 水解脫氨水解脫氨 減飽和脫氨：減飽和脫氨：在在、位鍵減飽和為位鍵減飽和為不飽和酸不飽和酸

26、C H O HC H3C O O HC H3C H N H2C O O HH2ON H3C O O HC O O HC H2C O O HC H N H2C O O HC HC HN H3C H3C H2N H2C H3C H N H2C O O HC O2(2) 脫羧作用脫羧作用NH2NH2OC2H2ONH3(NH4)2CO32H2OCO2印染廢水、生活污水印染廢水、生活污水v 用酚紅可檢驗(yàn)此反應(yīng)，呈紅色說(shuō)明有氨產(chǎn)用酚紅可檢驗(yàn)此反應(yīng)，呈紅色說(shuō)明有氨產(chǎn)生。生。v 分解尿素的微生物：尿八疊球菌、尿小球分解尿素的微生物：尿八疊球菌、尿小球菌等。菌等。 尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)：尿素細(xì)菌的生理特點(diǎn)： 喜好

27、堿性條件。喜好堿性條件。 以尿素、銨鹽為以尿素、銨鹽為N N源，以有機(jī)碳為源，以有機(jī)碳為C C源、能源。源、能源。v 尿素分解時(shí)不放出能量，故不能作為能源尿素分解時(shí)不放出能量，故不能作為能源，只能作為氮源。，只能作為氮源。氨在有氧的條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝氨在有氧的條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸的過(guò)程。酸細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸的過(guò)程。1 1、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程、硝化細(xì)菌和硝化作用的過(guò)程N(yùn)HNH3 3 NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌亞硝酸細(xì)菌 微生物：亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌，微生物：亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌，G，為，為好氧菌，適宜在中性和偏

28、堿性環(huán)境中生長(zhǎng)，不好氧菌，適宜在中性和偏堿性環(huán)境中生長(zhǎng)，不需要有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（自養(yǎng)型）。需要有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（自養(yǎng)型）。2 2、硝化作用的意義、硝化作用的意義 生活污水和工業(yè)廢水如味精廢水、賴氨生活污水和工業(yè)廢水如味精廢水、賴氨酸廢水等含有相當(dāng)高濃度的氨氮。酸廢水等含有相當(dāng)高濃度的氨氮。 先將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（硝化作用），先將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（硝化作用），再通過(guò)反硝化作用將硝酸氮還原為氮?dú)庖绯鲈偻ㄟ^(guò)反硝化作用將硝酸氮還原為氮?dú)庖绯鏊妗Ｋ妗Ｏ跛岜贿€原為硝酸被還原為亞硝酸、氨和亞硝酸、氨和N2的作用的作用反硝化作用的危害反硝化作用的危害 會(huì)使土壤肥力降低；會(huì)使土壤肥力降低； 影響二沉池的出水水質(zhì)；影響二沉池

29、的出水水質(zhì)； 產(chǎn)生致癌物質(zhì)亞硝酸胺，危害人體健康。產(chǎn)生致癌物質(zhì)亞硝酸胺，危害人體健康。HNO3 N2O 或或 N2NH3兼性厭氧菌在厭氧條件下進(jìn)行兼性厭氧菌在厭氧條件下進(jìn)行1、反硝化作用的結(jié)果、反硝化作用的結(jié)果HNO2細(xì)菌、放線菌、真菌利用細(xì)菌、放線菌、真菌利用 在固氮微生物的固氮酶催化作用下，在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)而合成有機(jī)氮化把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進(jìn)而合成有機(jī)氮化合物的過(guò)程。合物的過(guò)程。固氮的基本反應(yīng)式固氮的基本反應(yīng)式 固氮微生物：根瘤菌、圓褐固氮菌、固氮微生物：根瘤菌、圓褐固氮菌、光合細(xì)菌等。光合細(xì)菌等。N26e6HnATP2NH3nADPnPi 固氮作用分類：

30、固氮作用分類：(1) 自生固氮自生固氮 自生固氮微生物：在環(huán)境中自由生活，能獨(dú)立進(jìn)行自生固氮微生物：在環(huán)境中自由生活，能獨(dú)立進(jìn)行固氮作用。在固氮酶的參與下，將分子氮固定成氨，但并固氮作用。在固氮酶的參與下，將分子氮固定成氨，但并不釋放到環(huán)境中去，而是合成氨基酸，組成自身蛋白質(zhì)。不釋放到環(huán)境中去，而是合成氨基酸，組成自身蛋白質(zhì)。只有在死亡后，機(jī)體被分解才會(huì)向環(huán)境釋放氨。如拜氏菌只有在死亡后，機(jī)體被分解才會(huì)向環(huán)境釋放氨。如拜氏菌屬、光合細(xì)菌等。屬、光合細(xì)菌等。(2) 共生固氮共生固氮 共生固氮微生物只有在與其它生物緊密生活在一起共生固氮微生物只有在與其它生物緊密生活在一起的情況下，才能固氮或才能有

31、效地固氮。固氮效率高。如的情況下，才能固氮或才能有效地固氮。固氮效率高。如根瘤菌。根瘤菌。(3) 聯(lián)合固氮聯(lián)合固氮 固氮微生物僅存在于植物的根際，并不侵入根毛生固氮微生物僅存在于植物的根際，并不侵入根毛生成根瘤，固氮效率較高。如雀稗固氮菌。成根瘤，固氮效率較高。如雀稗固氮菌。固氮條件固氮條件1.1.固氮酶固氮酶2.2.能量：平均每還原能量：平均每還原1mol1mol氮，需要氮，需要24molATP24molATP3.3.氮源：氮源：N N2 2，當(dāng)供給，當(dāng)供給NHNH3 3、尿素和硝酸鹽時(shí)固、尿素和硝酸鹽時(shí)固氮作用停止。氮作用停止。4.4.固氮微生物生長(zhǎng)環(huán)境條件：中性和偏堿性固氮微生物生長(zhǎng)環(huán)境

32、條件：中性和偏堿性5.5.氧的影響：在較低氧分壓下固氮效果好氧的影響：在較低氧分壓下固氮效果好 好氧固氮菌生長(zhǎng)需要氧，固氮卻不需要。好氧固氮菌生長(zhǎng)需要氧，固氮卻不需要。 固氮菌對(duì)固氮菌對(duì)O O2 2敏感，從好氧固氮菌菌體內(nèi)分離的固氮敏感，從好氧固氮菌菌體內(nèi)分離的固氮酶，一遇氧就發(fā)生不可逆失活。酶，一遇氧就發(fā)生不可逆失活。 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合腈類化合物物及及硝基化合物硝基化合物 l水中來(lái)源：水中來(lái)源：化工腈綸廢水、國(guó)防工業(yè)廢水、電鍍廢水化工腈綸廢水、國(guó)防工業(yè)廢水、電鍍廢水l危危 害：害：生物毒害生物毒害 、環(huán)境積累、環(huán)境積累l細(xì)菌細(xì)菌

33、紫色桿菌、假單胞菌紫色桿菌、假單胞菌l放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌l真菌真菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌、木霉及擔(dān)氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌、木霉及擔(dān)子菌等子菌等 l5HCN + 5.5O2 5CO2 + H2O + 5NH3 ORCH2CN （RCH2C-NH2） RCH2COOH + NH3 CO2 + H2OH2OH2O擔(dān)子菌還能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下?lián)泳€能利用甲醛、氨水和氫氰酸在腈合成酶的作用下縮合成為縮合成為氨基乙腈，進(jìn)而合成為丙氨酸。氨基乙腈，進(jìn)而合成為丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 自然界中的硫素循環(huán)自然界中

34、的硫素循環(huán)第四節(jié)第四節(jié) 硫循環(huán)硫循環(huán) P214有 機(jī) 硫 化 物H2SSO42S腐 敗 作 用氧 化 作 用氧 化 作 用礦 化 作 用還 原 作 用同 化 作 用同 化 作 用自然界中硫的三態(tài)：自然界中硫的三態(tài)：元素硫元素硫無(wú)機(jī)硫無(wú)機(jī)硫含硫有機(jī)物含硫有機(jī)物水生環(huán)境中的硫素循環(huán)水生環(huán)境中的硫素循環(huán)異 化 硫 酸 鹽 還 原SO4光 合 細(xì) 菌還 原同 化 硫 酸 鹽貝 日 阿 托 氏 菌 屬發(fā) 硫 菌 屬 、 硫 桿 菌 屬同 化 硫 酸 鹽2還 原H2S光 合 細(xì) 菌S蛋 白 質(zhì)的 SH基糜 爛 作 用貝 日 阿 托 氏 菌 屬發(fā) 硫 菌 屬 、 硫 桿 菌 屬蛋 白 質(zhì)的 SH基糜 爛 作

35、 用S厭 氧好 氧環(huán)境中的含硫有機(jī)物主要是生物體蛋白質(zhì)組成成環(huán)境中的含硫有機(jī)物主要是生物體蛋白質(zhì)組成成分中的含硫氨基酸。含硫有機(jī)物：分中的含硫氨基酸。含硫有機(jī)物：v有氧條件下，最終產(chǎn)物為有氧條件下，最終產(chǎn)物為SO42； 缺氧條件下，為缺氧條件下，為H2S和硫醇。和硫醇。v 氨化微生物氨化微生物都能分解含硫有機(jī)物。都能分解含硫有機(jī)物。C HS HC H N H2C O O H2H2O變形桿菌C H3C O O HH C O O HN H3HS半胱氨酸一、含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化一、含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化1.硫化作用硫化作用 在有氧條件下，通過(guò)硫細(xì)菌的作用將還原在有氧條件下，通過(guò)硫細(xì)菌的作用將還原態(tài)態(tài)H2SSH

36、2SO4的過(guò)程。的過(guò)程。硫磺細(xì)菌、硫化細(xì)菌硫磺細(xì)菌、硫化細(xì)菌(1) 硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌：硫桿菌屬，硫桿菌屬，G，氧化硫化氫、元素硫，氧化硫化氫、元素硫、硫代硫酸鹽等，獲得能量，產(chǎn)生硫酸，同化二氧化碳、硫代硫酸鹽等，獲得能量，產(chǎn)生硫酸，同化二氧化碳合成有機(jī)物。生長(zhǎng)最適溫度合成有機(jī)物。生長(zhǎng)最適溫度2830，在偏酸性環(huán)境，在偏酸性環(huán)境中生活。中生活。二、無(wú)機(jī)硫的轉(zhuǎn)化二、無(wú)機(jī)硫的轉(zhuǎn)化 氧化硫硫桿菌氧化硫硫桿菌 氧化元素硫能力強(qiáng)、迅速專性氧化元素硫能力強(qiáng)、迅速專性自養(yǎng)菌。自養(yǎng)菌。 氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌 可氧化硫酸亞鐵、硫代硫酸可氧化硫酸亞鐵、硫代硫酸鹽同時(shí)獲得能量鹽同時(shí)獲得能量2S3O22H2O2

37、H2SO4能量能量Na2S2O32O2H2ONa2SO4H2SO4能量能量2H2S+O22H2O+2S能量能量4FeSO4O2H2SO42Fe2(SO4)32H2O(2) 硫磺細(xì)菌硫磺細(xì)菌： H2SS，并將硫粒積累在細(xì)胞，并將硫粒積累在細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌。內(nèi)的細(xì)菌。 絲狀硫磺細(xì)菌、光能自養(yǎng)的硫細(xì)菌。絲狀硫磺細(xì)菌、光能自養(yǎng)的硫細(xì)菌。 絲狀硫磺細(xì)菌絲狀硫磺細(xì)菌 有貝日阿托氏菌屬、透明顫有貝日阿托氏菌屬、透明顫菌屬、辮硫菌屬、亮發(fā)菌屬和發(fā)硫菌屬等。當(dāng)菌屬、辮硫菌屬、亮發(fā)菌屬和發(fā)硫菌屬等。當(dāng)環(huán)境中缺乏硫化氫時(shí)，就將積累的硫粒氧化為環(huán)境中缺乏硫化氫時(shí)，就將積累的硫粒氧化為硫酸，從中獲得能量。均為硫酸，從中獲得

38、能量。均為G。 當(dāng)曝氣池當(dāng)曝氣池DO在在1mg/L以下時(shí)，硫化物含以下時(shí)，硫化物含量較多，貝日阿托氏菌和發(fā)硫菌過(guò)度生長(zhǎng)引起量較多，貝日阿托氏菌和發(fā)硫菌過(guò)度生長(zhǎng)引起活性污泥絲狀膨脹?；钚晕勰嘟z狀膨脹。 光能自養(yǎng)硫細(xì)菌光能自養(yǎng)硫細(xì)菌 含細(xì)菌葉綠素，在光照下含細(xì)菌葉綠素，在光照下，將硫化氫氧化為元素硫，在體內(nèi)或體外積累，將硫化氫氧化為元素硫，在體內(nèi)或體外積累硫粒。硫粒。2. 反硫化作用反硫化作用 指水體缺氧時(shí)，硫酸鹽、亞硫酸鹽指水體缺氧時(shí)，硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽和次亞硫酸鹽在微生物的、硫代硫酸鹽和次亞硫酸鹽在微生物的還原作用下，形成硫化氫的過(guò)程。還原作用下，形成硫化氫的過(guò)程。C6H12O63H

39、2SO46CO26H2O3H2S能量 2CH3CHOHCOOHH2SO42CH3COOH2CO2H2S2H2O 反硫化作用的危害：腐蝕水管、碼頭的鋼反硫化作用的危害：腐蝕水管、碼頭的鋼樁樁P218P218圖圖2.2-52.2-5 第五節(jié)第五節(jié) 磷循環(huán)磷循環(huán) 磷的三態(tài)：磷的三態(tài)：含磷有機(jī)物含磷有機(jī)物無(wú)機(jī)磷化合物無(wú)機(jī)磷化合物PH3生物體中的含磷有機(jī)物有核酸、磷脂、植素。生物體中的含磷有機(jī)物有核酸、磷脂、植素。核酸酶核酸酶水解水解核苷酸酶核苷酸酶核苷酶核苷酶水解水解脫氨基脫氨基核酸核酸核苷酸核苷酸核苷磷酸核苷磷酸嘧啶核糖嘧啶核糖氨氨1.1.核酸核酸2. 磷脂磷脂 卵磷脂是含膽堿的磷酸脂，可被微生卵磷

40、脂是含膽堿的磷酸脂，可被微生物卵磷脂酶水解為甘油、脂肪酸、磷酸物卵磷脂酶水解為甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿。膽堿可再分解為氨、二氧化碳和膽堿。膽堿可再分解為氨、二氧化碳、有機(jī)酸和醇。、有機(jī)酸和醇。3. 植素植素 植素是由植酸和鈣、鎂結(jié)合而成的鹽植素是由植酸和鈣、鎂結(jié)合而成的鹽類。植素在土壤中分解很慢，經(jīng)微生物類。植素在土壤中分解很慢，經(jīng)微生物的植酸酶分解為磷酸和二氧化碳。的植酸酶分解為磷酸和二氧化碳。 洗滌劑洗滌劑中的磷酸鹽為中的磷酸鹽為可溶性可溶性的的磷酸鈉磷酸鈉 土壤土壤中的磷酸鹽則主要是中的磷酸鹽則主要是難溶難溶的的磷酸鈣磷酸鈣不溶性不溶性磷酸鹽磷酸鹽可溶性可溶性磷酸鹽磷酸鹽產(chǎn)酸微生物產(chǎn)酸微

41、生物PH3厭氧厭氧卵磷脂、核酸、卵磷脂、核酸、ATP鐵的存在形式：鐵的存在形式： 無(wú)機(jī)鐵化合物：無(wú)機(jī)鐵化合物：Fe2+（可溶性的）（可溶性的） Fe3+（不可溶的）（不可溶的） 含鐵有機(jī)物含鐵有機(jī)物第六節(jié)第六節(jié) 鐵、錳的循環(huán)鐵、錳的循環(huán) 1. 酸性礦水的污染酸性礦水的污染2. 堵塞管道堵塞管道3. 對(duì)生活飲用水的危害對(duì)生活飲用水的危害2FeS27O2 2H2O 2FeSO42H2SO4 通過(guò)FeS2的自然化學(xué)氧化產(chǎn)生FeSO4和H2SO44FeSO42H2SO4 O2 2Fe2 ( SO4 ) 32H2O 在鐵氧化細(xì)菌作用下，使Fe2+ Fe3+FeS2 7Fe2 ( SO4 ) 3 8H2O

42、 15FeSO4 8H2SO4 2S Fe2 ( SO4 ) 3與黃鐵礦繼續(xù)作用產(chǎn)生更多的H2SO4 ，并析出S2S 3O2 2H2O 2H2SO4 元素S在氧化硫硫桿菌的作用下生產(chǎn)硫酸1.發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 19751975年年, ,有人用顯微鏡研究鹽澤的泥漿有人用顯微鏡研究鹽澤的泥漿沉淀物時(shí)沉淀物時(shí), ,觀察到有些微生物持續(xù)不變地向觀察到有些微生物持續(xù)不變地向一個(gè)方向游動(dòng)一個(gè)方向游動(dòng), ,它們聚集在一滴污水的某一它們聚集在一滴污水的某一邊緣。邊緣。 不管落在顯微鏡片上的光怎樣分布不管落在顯微鏡片上的光怎樣分布, ,細(xì)細(xì)菌總是游向同一個(gè)邊緣菌總是游向同一個(gè)邊緣, ,甚至當(dāng)顯微鏡被木甚至當(dāng)顯微鏡被木盒蓋住、轉(zhuǎn)向或移放到其它房間時(shí)，細(xì)菌仍盒蓋住、轉(zhuǎn)向