高職版環(huán)境微生物第六章 微生物對(duì)污染物的降解及轉(zhuǎn)化--有機(jī)物

1、 凈化本質(zhì)凈化本質(zhì)微生物微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)物為無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化有機(jī)物為無(wú)機(jī)物 依靠依靠微生物微生物好氧分解與厭氧分解好氧分解與厭氧分解 細(xì)菌細(xì)菌是其中的主力軍是其中的主力軍 C CO2 + 碳酸鹽和重碳酸鹽碳酸鹽和重碳酸鹽 H H2O N NH3 HNO2 HNO3 S H2SO4 P H3PO4 礦化鹽礦化鹽 C RCOOH（有機(jī)酸）有機(jī)酸）CH4 + CO2 N RCHNH2COOH NH3（） + 有機(jī)酸（有機(jī)酸（） S H2S（） P PO43-厭氧分解（開(kāi)始厭氧分解（開(kāi)始） 好氧分解（后續(xù)）好氧分解（后續(xù)） 厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌發(fā)酵、厭氧呼吸發(fā)酵、厭氧呼吸提問(wèn)：提問(wèn)：哪些糖類(lèi)會(huì)成為污染物？哪些糖類(lèi)

2、會(huì)成為污染物？ 難溶的多糖難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會(huì)使自?xún)魰r(shí)間且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會(huì)使自?xún)魰r(shí)間大大增加，從而對(duì)環(huán)境造成污染。大大增加，從而對(duì)環(huán)境造成污染。 這類(lèi)多糖主要是這類(lèi)多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素等纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素等。 葡萄糖高聚物，每個(gè)纖維素分子含葡萄糖高聚物，每個(gè)纖維素分子含140010000個(gè)葡萄個(gè)葡萄糖基（糖基（ 1-4糖苷鍵）。糖苷鍵）。棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等垃圾等，其中均含有大量纖維素。，其中均含有大量纖維素。 纖纖 維維 素素 酶酶 纖纖 維維

3、二二 糖糖 酶酶 纖纖 維維 素素 纖纖 維維 二二 糖糖 葡葡 萄萄 糖糖 糖糖 酵酵 解解 A T P 好好 氧氧 分分 解解 H2O C O2 葡葡 萄萄 糖糖 丙丙 酮酮 丁丁 醇醇 發(fā)發(fā) 酵酵 丙丙 酮酮 + 丁丁 醇醇 + C O2 + H2 厭厭 氧氧 發(fā)發(fā) 酵酵 丁丁 酸酸 發(fā)發(fā) 酵酵 丁丁 酸酸 + 乙乙 酸酸 + C O2 + H2 三三 羧羧 酸酸 循循 環(huán)環(huán) 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 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 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)芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖、無(wú)芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。維芽孢

4、梭菌。 放放 線(xiàn)線(xiàn) 菌菌鏈霉菌屬。鏈霉菌屬。 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。 需要時(shí)可以向需要時(shí)可以向有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)或或自行篩選自行篩選 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含半纖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。維素。 好氧分解好氧分解 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。許多芽孢桿菌、

5、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線(xiàn)菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線(xiàn)菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。木質(zhì)素木質(zhì)素 空腔空腔 纖維素纖維素3木木質(zhì)質(zhì)木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類(lèi)外所有植物的細(xì)胞壁中，木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類(lèi)外所有植物的細(xì)胞壁中，由松由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。聚合聚合交聯(lián)交聯(lián) 確證的只有確證的只有真菌中的黃孢原毛平革菌。真菌中的黃孢原毛平革菌。(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子

6、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(shù)皮上木質(zhì)素被該菌分樹(shù)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。 * *3.3.木質(zhì)素的降解木質(zhì)素的降解意義何在呢？意義何在呢？ 水中來(lái)源：水中來(lái)源：毛紡、毛條廠(chǎng)廢水、毛紡、毛條廠(chǎng)廢水、油脂廠(chǎng)廢水、肉聯(lián)廠(chǎng)廢水、制革油脂廠(chǎng)廢水、肉聯(lián)廠(chǎng)廢水、制革廠(chǎng)廢水含有大量油脂廠(chǎng)廢水含有大量油脂 降解油脂較快的微生物：降解油脂較快的微生物： 細(xì)細(xì) 菌菌 熒光桿菌、綠膿桿菌、熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌靈桿菌 絲狀菌絲狀菌 放線(xiàn)菌、分支桿菌放線(xiàn)菌、分支桿菌 真真 菌菌 青霉、乳霉、曲

7、霉青霉、乳霉、曲霉 途徑：途徑：水解水解+ +氧化氧化 提問(wèn)：提問(wèn)：什么是石油？什么是石油？ 石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)采油區(qū)和和石油運(yùn)輸事石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場(chǎng)故現(xiàn)場(chǎng)以及以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。中。 與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)與分子結(jié)構(gòu)有關(guān) 鏈中等長(zhǎng)度（鏈中等長(zhǎng)度（C10C24）鏈很長(zhǎng)的（鏈很長(zhǎng)的（C24以上）以上）短鏈短鏈 直鏈直鏈 ? 支鏈支鏈 不飽和不飽和 ? 飽和飽和 烷烴烷烴 ? 芳烴芳烴 鏈末端有季碳原子鏈末端有季碳原子（四周都與（四周都與C相

8、連）相連）的烴以及的烴以及多環(huán)多環(huán)芳烴極難降解芳烴極難降解 降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，據(jù)報(bào)道有據(jù)報(bào)道有200多種多種 細(xì)細(xì) 菌菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放放線(xiàn)菌線(xiàn)菌 諾卡氏菌諾卡氏菌 酵母菌酵母菌 假絲酵母假絲酵母 霉霉 菌菌 青霉屬、曲霉屬青霉屬、曲霉屬 藻藻 類(lèi)類(lèi) 藍(lán)藻和綠藻藍(lán)藻和綠藻 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH 以環(huán)己烷為例以環(huán)己烷為例 OH O O +O2 +2H 2H +O2 +2H H2O H2O

9、+ H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2 + H2O OH通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開(kāi)鏈而不能氧化環(huán)己烷，環(huán)己酮氧化開(kāi)鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類(lèi)以上微生物的兩類(lèi)以上微生物的下將污染物下將污染物 徹底降解徹底降解共代謝共代謝。 芳香烴普遍具有生物毒性，芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可但在低濃度范圍內(nèi)它們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。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類(lèi)別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類(lèi)別 苯苯類(lèi)類(lèi) 酚酚類(lèi)

10、類(lèi)萘萘菲菲 蒽蒽微微生生物物名名 稱(chēng)稱(chēng)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 苯的降解為如下圖所示苯的降解為如下圖所示 提問(wèn)：提問(wèn)：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 難難對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如果一種化合物滯

11、留可達(dá)幾個(gè)月或幾年可達(dá)幾個(gè)月或幾年之久,或在人工生物處理人工生物處理系統(tǒng)系統(tǒng), 幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除 種類(lèi)：種類(lèi)：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲(chóng)劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢物等殺蟲(chóng)劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢物等。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(lèi)。四類(lèi)。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(xiàn)性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（開(kāi)發(fā)的是非線(xiàn)性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：）： CH3 CH3

12、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)碳原子相連的季碳個(gè)碳原子相連的季碳原子抗分解的能力更強(qiáng)原子抗分解的能力更強(qiáng)。 危害：危害：ABS可以在天然水體中可以在天然水體中存留存留800h以上以上，使這得接，使這得接納他的水體長(zhǎng)時(shí)間保持，納他的水體長(zhǎng)時(shí)間保持，產(chǎn)生大量泡沫產(chǎn)生大量泡沫，引起水體缺氧。，引起水體缺氧。 為使洗滌劑易于生物降解，人們已將為使洗滌劑易于生物降解，人們已將ABS的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榈慕Y(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€(xiàn)性的直鏈線(xiàn)性的直鏈 由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。由于減少了

13、分支，它的生物分解速度大為提高。 NaSO3 CH （CH2）9 CH3 | CH3 CH3 CH3 CH3 | | | NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3 | | CH3 CH3 3 細(xì)細(xì) 菌菌假單胞菌假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿、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)固氮菌桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌 放線(xiàn)菌放線(xiàn)菌諾卡氏菌諾卡氏菌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，但目前環(huán)境中并沒(méi)有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。目前環(huán)境中并沒(méi)有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。洗滌劑目前

14、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富營(yíng)富營(yíng)養(yǎng)化養(yǎng)化問(wèn)題問(wèn)題 。 COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末端端氧氧化化 -氧氧化化、脫脫磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)分分解解 SO3- 苯苯乙乙酸酸CO2 + H2O對(duì)微生物無(wú)影響對(duì)微生物無(wú)影響（1）.土地板結(jié)土地板結(jié)（2）. 被海鳥(niǎo)及海洋哺乳動(dòng)物誤食，被海鳥(niǎo)及海洋哺乳動(dòng)物誤食，致使這些動(dòng)物消化系統(tǒng)停滯，致使這些動(dòng)物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡引起死亡。具報(bào)道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥(niǎo)和海洋哺乳動(dòng)。具報(bào)道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥(niǎo)和海

15、洋哺乳動(dòng)物，數(shù)目之多令人觸目驚心。物，數(shù)目之多令人觸目驚心。 （3）.影響景觀(guān)影響景觀(guān) 目前發(fā)現(xiàn)目前發(fā)現(xiàn)能降解塑料的微生物，種類(lèi)很少，而且降解能降解塑料的微生物，種類(lèi)很少，而且降解速度緩慢速度緩慢。他們主要是他們主要是、。 塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？ 危害：危害：白色污染白色污染 提問(wèn)：提問(wèn)：如何解決塑料的難降解問(wèn)題？如何解決塑料的難降解問(wèn)題？ （1）限制使用不可降解塑料）限制使用不可降解塑料 （2） 如：如：光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改性塑料、性塑料、 化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植物直接化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植

16、物直接生產(chǎn)可生物降解的塑料。生產(chǎn)可生物降解的塑料。* 如何制造完全生物可降解塑料？有哪些種類(lèi)？發(fā)展前景如何？ 如如殺蟲(chóng)劑、除草劑等殺蟲(chóng)劑、除草劑等 化學(xué)成分：化學(xué)成分：有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的簡(jiǎn)單烴骨架簡(jiǎn)單烴骨架（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯等）。（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯等）。隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。 危害：危害：生物毒性生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸變）（急性、慢性、致癌、致畸變） 最典型的例子：殺蟲(chóng)劑最典型的例子：殺蟲(chóng)劑DDT（二氯二苯三氯

17、乙烷），二氯二苯三氯乙烷），由于氯由于氯代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長(zhǎng)達(dá)半年以上代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長(zhǎng)達(dá)半年以上 DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動(dòng)物脂肪組織中不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動(dòng)物脂肪組織中堆積堆積，并沿著食物鏈在逐級(jí)向上不斷并沿著食物鏈在逐級(jí)向上不斷積累積累，引起生物各種急慢性中，引起生物各種急慢性中毒。毒。 降解農(nóng)藥的微生物：降解農(nóng)藥的微生物： 這些微生物這些微生物往往往往將農(nóng)藥逐級(jí)降解將農(nóng)藥逐級(jí)降解。 蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類(lèi)、腈化物、硝基化合物等。蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類(lèi)、腈化物、硝基化合物等。 水中來(lái)源：水中來(lái)源： 生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等革廢水等 種類(lèi)很多種類(lèi)很多好好 氧氧 細(xì)細(xì) 菌菌 鏈球菌和葡萄球菌鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細(xì)菌好氧芽孢細(xì)菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌桿菌 兼兼 性性 厭厭 氧氧 菌菌變形桿菌、假單胞菌變形桿菌、假單胞菌 厭厭 氧氧 菌菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌此外，還有曲霉、