第六章-微生物降解课件.ppt

1、环境生物技术环境生物技术第一节第一节 生物净化与微生物生物净化与微生物环境生物技术环境污染的生物净化第一节环境生物技术环境污染的生物净化第一节授课提纲授课提纲二二 生物净化的分类生物净化的分类 一一 概述概述三三 微生物在生物净化中的作用微生物在生物净化中的作用根据生态学的观点：根据生态学的观点：生物圈可以分为生物圈可以分为陆地生态系统陆地生态系统、淡水生态系统淡水生态系统和和海海洋生态系统洋生态系统。它们之间在。它们之间在物质循环物质循环和和能量流动能量流动方面方面有紧密的内在联系。水体、空气和土壤的污染，只有紧密的内在联系。水体、空气和土壤的污染，只要要不超过生态系统的负载能力不超过生态系

2、统的负载能力，污染物就可以通过，污染物就可以通过物理的、化学的和生物学的作用得到净化，其中物理的、化学的和生物学的作用得到净化，其中生生物学的作用物学的作用占有十分重要的地位。占有十分重要的地位。一一 概述概述环境生物技术第二章第一节概述环境生物技术第二章第一节概述大气大气土壤土壤江江,河河,湖湖,海海雨水雨水生产废气生产废气生产生活生产生活废水废水水栖生物水栖生物肥料肥料农药农药农作物农作物畜产物畜产物生产废渣生产废渣生活垃圾生活垃圾人人生物净化现象在陆地、淡水和海洋生态系统中是生物净化现象在陆地、淡水和海洋生态系统中是普遍存在普遍存在的，的，但净化能力都有一定限度。如果环境污染物超过了生态

3、系统的但净化能力都有一定限度。如果环境污染物超过了生态系统的负载能力，生物净化作用就会遭到破坏，整个生态系统就有可负载能力，生物净化作用就会遭到破坏，整个生态系统就有可能失去平衡，产生不良的后果。随着人类社会的进步和生产力能失去平衡，产生不良的后果。随着人类社会的进步和生产力的发展，生物净化的功能在更大的规模上得到利用，并逐步发的发展，生物净化的功能在更大的规模上得到利用，并逐步发展成为环境生物技术的重要组成部分。展成为环境生物技术的重要组成部分。生物净化生物净化（biological purification）：生物类群生物类群通过通过代谢作用代谢作用（异化作用和同化作用）使环境中的（异化作

4、用和同化作用）使环境中的污染物污染物的数量减少，浓度下降的数量减少，浓度下降，毒性减轻，直至消失的过程，毒性减轻，直至消失的过程 环境生物技术第二章第一节概述环境生物技术第二章第一节概述 几个世纪来，人们相信有大气、土壤和水体等组成的自然系几个世纪来，人们相信有大气、土壤和水体等组成的自然系统足以吸收人类的生活以及工农业生产所产生的各种废物统足以吸收人类的生活以及工农业生产所产生的各种废物 这种想法在工业还不发达、人口密度不大的时代和地区还有这种想法在工业还不发达、人口密度不大的时代和地区还有些道理，但在工业高度发达、人口密度日益增高的今天，这些道理，但在工业高度发达、人口密度日益增高的今天，

5、这种看法就明显落后了种看法就明显落后了环境生物技术第二章第一节概述环境生物技术第二章第一节概述二二 生物净化的分类生物净化的分类环境生物技术第二章第一节环境生物技术第二章第一节陆地生态系统的生物净化陆地生态系统的生物净化主要是由植物吸收、转化、降解各种污染主要是由植物吸收、转化、降解各种污染物，其中包括植物对大气污染的净化和土物，其中包括植物对大气污染的净化和土壤壤植物系统对土壤污染的净化。植物系统对土壤污染的净化。淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化起主导作用的是细菌，但许多水生和沼起主导作用的是细菌，但许多水生和沼生植物也有较强的净化作用。生植物也有较强的净化作用。海洋生态系统的生

6、物净化海洋生态系统的生物净化也是细菌起主要作用。此外还有霉菌、酵也是细菌起主要作用。此外还有霉菌、酵母、放线菌和原生动物等。它们对主要的母、放线菌和原生动物等。它们对主要的海洋污染物石油烃类，以及多环芳烃类，海洋污染物石油烃类，以及多环芳烃类，都有较好的净化作用。都有较好的净化作用。陆地生态系统的生物净化陆地生态系统的生物净化植物净化大气主要是通过叶片的作用实现的。因此，就同一植物净化大气主要是通过叶片的作用实现的。因此，就同一种植物而言，叶的面积愈大，叶片生产量愈高，净化作用就种植物而言，叶的面积愈大，叶片生产量愈高，净化作用就愈强。一般可以应用植物生态学中的愈强。一般可以应用植物生态学中的

7、“叶面积指数叶面积指数”（即植（即植物的总叶面积与该植物所占土地面积之商值）作为衡量植物物的总叶面积与该植物所占土地面积之商值）作为衡量植物净化功能的一个参数。在这方面，木本植物比草本植物有明净化功能的一个参数。在这方面，木本植物比草本植物有明显的优势，因而森林净化大气的作用日益受到重视。显的优势，因而森林净化大气的作用日益受到重视。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类植物系统植物系统土壤植物系统的生物净化功能主要由下列要素组成：土壤植物系统的生物净化功能主要由下列要素组成：植物根系的吸收、转化、降解和合成作用；植物根系的吸收、转化、降解和合成作用；土壤中真

8、菌、细菌和放线菌微生物区系的降解、转化和生土壤中真菌、细菌和放线菌微生物区系的降解、转化和生物固定作用；物固定作用；土壤中动物区系的代谢作用，对于一般有机物质，特别是土壤中动物区系的代谢作用，对于一般有机物质，特别是对含氮、磷、钾的有机物具有理想的净化效果。对含氮、磷、钾的有机物具有理想的净化效果。土壤土壤植物系统植物系统环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类陆地生态系统的生物净化陆地生态系统的生物净化2 淡水生态系统的生物净化作用淡水生态系统的生物净化作用 河流、湖泊、水库等水体中生活着细菌、真菌、藻类、水草、河流、湖泊、水库等水体中生活着细菌、真菌、藻类、

9、水草、原生动物、贝类、昆虫幼虫、鱼类等生物，对污染物会产生原生动物、贝类、昆虫幼虫、鱼类等生物，对污染物会产生生物净化作用。淡水生态系统中的生物净化，生物净化作用。淡水生态系统中的生物净化，细菌细菌起主导作起主导作用。温度、营养物质比例（包括碳氮）和溶解氧是影响水用。温度、营养物质比例（包括碳氮）和溶解氧是影响水体自净作用的主要环境条件。不过，若进入水体的某种污染体自净作用的主要环境条件。不过，若进入水体的某种污染物的浓度超过生物生存的阈值，整个生态系统的功能就会受物的浓度超过生物生存的阈值，整个生态系统的功能就会受到冲击，水体的生物自净作用往往也会遭到破坏。到冲击，水体的生物自净作用往往也会

10、遭到破坏。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类水体中某些特殊的微生物类群还能吸收并浓缩水中汞、锌、水体中某些特殊的微生物类群还能吸收并浓缩水中汞、锌、镉等重金属元素或生物难降解的人工合成有机物。这些物质镉等重金属元素或生物难降解的人工合成有机物。这些物质经过生物固定沉积在底部沉积物中，使水体逐步得到净化。经过生物固定沉积在底部沉积物中，使水体逐步得到净化。水体生物净化的原理已被广泛应用于各种类型的氧化塘、水体生物净化的原理已被广泛应用于各种类型的氧化塘、土地土地处理系统处理系统以及生化处理污水的环境生物工程中（包括各种曝气以及生化处理污水的环境生物工程中（包

11、括各种曝气活性污泥法、生物滤池、生物转盘和酶法等）。活性污泥法、生物滤池、生物转盘和酶法等）。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化许多种水生、沼生植物，例如芦苇许多种水生、沼生植物，例如芦苇(Phragmites com-munis)和和大米草大米草(Spartina anglica)，对水中悬浮物、氯对水中悬浮物、氯化物、化物、有机氮、有机氮、硫酸盐均有一定的净化能力。水葱硫酸盐均有一定的净化能力。水葱(Scirpusvalidus)能净化水中酚类，能净化水中酚类，凤眼莲（水葫芦）凤眼莲（水葫芦）、绿、绿萍、金鱼

12、藻萍、金鱼藻(Ceratophllum demersum)、菱角等有吸收、菱角等有吸收水中重金属元素的作用。这些植物还可提供生物能源（甲醇、水中重金属元素的作用。这些植物还可提供生物能源（甲醇、乙醇、沼气）乙醇、沼气）环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化耐石油、朵酚油的污染，耐石油、朵酚油的污染，能吸收汞及放射性原素能吸收汞及放射性原素铯、锶、镉、锌。此外，铯、锶、镉、锌。此外，大米草还能增加土壤有大

13、米草还能增加土壤有机质，改良土壤团粒结机质，改良土壤团粒结构，使软泥滩坚实，促构，使软泥滩坚实，促淤消浪，保滩护岸，改淤消浪，保滩护岸，改良盐土良盐土 大米草大米草大米草造成的生态问题大米草造成的生态问题 福建是我国海岸线最长的省份，由于水产业发达而福建是我国海岸线最长的省份，由于水产业发达而被称为被称为“蓝色宝库蓝色宝库”。从上世纪。从上世纪 60年代起，出于年代起，出于防浪护堤、保护滩涂的考虑，福建开始从国外引种防浪护堤、保护滩涂的考虑，福建开始从国外引种大米草，并于大米草，并于80年代推广。可是，恣意生长的大年代推广。可是，恣意生长的大米草已米草已“霸占霸占”福建省约福建省约23的海滩，

14、极大地破的海滩，极大地破坏了生态环境。水产品和其它植物因此无法立足，坏了生态环境。水产品和其它植物因此无法立足，人们的生活也受到威胁。尤其是渔民在滩涂上人们的生活也受到威胁。尤其是渔民在滩涂上“掏掏小海小海”即捡拾海产品时，一旦海潮袭来，陷在茫茫即捡拾海产品时，一旦海潮袭来，陷在茫茫的大米草中很难辨清方向，甚至导致丧生的悲剧。的大米草中很难辨清方向，甚至导致丧生的悲剧。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物

15、净化凤眼莲凤眼莲水浮莲、水浮莲、水葫芦水葫芦多年生宿根浮水草本多年生宿根浮水草本植物。因它浮于水面植物。因它浮于水面生长，又叫水浮莲。生长，又叫水浮莲。又因其在根与叶之间又因其在根与叶之间有一像葫芦状的大气有一像葫芦状的大气泡又称水葫芦。凤眼泡又称水葫芦。凤眼莲还有富集重金属的莲还有富集重金属的能力，凤眼莲死后腐能力，凤眼莲死后腐烂体沉入水底形成重烂体沉入水底形成重金属高含量层金属高含量层凤眼莲对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，凤眼莲对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，破坏水下动物的食物链，导致水生动物死

16、亡。同破坏水下动物的食物链，导致水生动物死亡。同时，任何大小船只也别想在水葫芦的领地里来去时，任何大小船只也别想在水葫芦的领地里来去自由。自由。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类淡水生态系统的生物净化淡水生态系统的生物净化3 海洋生态系统的生物净化功能海洋生态系统的生物净化功能 海洋占地球上总水量的海洋占地球上总水量的97左右。陆地生态系统和淡水生左右。陆地生态系统和淡水生态系统中的污染物，除了残留在原处或者分解、或者扩散态系统中的污染物，除了残留在原处或者分解、或者扩散到大气中以外，最终的归宿是海洋。到大气中以外，最终的归宿是海洋。污染海洋的物质种类繁多

17、，其中石油是数量大、危害重的污染海洋的物质种类繁多，其中石油是数量大、危害重的主要污染物。海洋中石油污染物一般通过挥发、溶解、扩主要污染物。海洋中石油污染物一般通过挥发、溶解、扩散、氧化、散、氧化、生物降解生物降解、动植物吸收、沉淀等途径逐步消失，、动植物吸收、沉淀等途径逐步消失，其中生物净化作用是很重要的。其中生物净化作用是很重要的。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一节生物净化分类海洋中降解石油烃的微生物主要是海洋中降解石油烃的微生物主要是细菌细菌，此外，还有酵母、放，此外，还有酵母、放线菌和丝状真菌。影响微生物净化石油烃的环境因素主要为：线菌和丝状真菌。影响微生物净

18、化石油烃的环境因素主要为：油的组成油的组成营养成分比例营养成分比例温度温度，深海有低温，深海有低温(4)、高压、稀营养等特点，微生物对石、高压、稀营养等特点，微生物对石油污染物的净化作用甚小；近岸和浅海长期受陆地影响，温度油污染物的净化作用甚小；近岸和浅海长期受陆地影响，温度较高，营养物较丰富，一般生物降解比较旺盛。较高，营养物较丰富，一般生物降解比较旺盛。海洋微生物不仅对石油烃有强大的净化功能，而且对海洋微生物不仅对石油烃有强大的净化功能，而且对苯并苯并(a)芘芘等多环芳烃化合物也有较好的降解能力。等多环芳烃化合物也有较好的降解能力。环境生物技术第二章第一节生物净化分类环境生物技术第二章第一

19、节生物净化分类海洋生态系统的生物净化海洋生态系统的生物净化三三 微生物在生物净化中的作用微生物在生物净化中的作用环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用前面我们已经谈到过，微生物本领很大。形形色色的微生物前面我们已经谈到过，微生物本领很大。形形色色的微生物构成的大军已经形成了环境保护领域的主体。构成的大军已经形成了环境保护领域的主体。上面我们讲了微生物可以用来土壤和水体中的污染。那么，能上面我们讲了微生物可以用来土壤和水体中的污染。那么，能不能利用微生物来净化空气呢？能！早在不能利用微生物来净化空气呢？能！早在19571957年，美国人就

20、获年，美国人就获得了得了“利用微生物处理废气利用微生物处理废气”的专利。国外在这方面给予了高的专利。国外在这方面给予了高度重视，做了大量的工作。比如，德国的一家肉类加工厂把微度重视，做了大量的工作。比如，德国的一家肉类加工厂把微生物悬浮液当作吸收剂，制成一个两级工作的填料塔生物吸收生物悬浮液当作吸收剂，制成一个两级工作的填料塔生物吸收装置，来净化含有氨、胺、硫、醇、脂肪酸、乙醇和酮等臭味装置，来净化含有氨、胺、硫、醇、脂肪酸、乙醇和酮等臭味物质的废气，收到了不错的效果。物质的废气，收到了不错的效果。选用能够降解污染物的微生物，采用生物技术将它们富集起选用能够降解污染物的微生物，采用生物技术将它

21、们富集起来，再将这些微生物固定在生物膜上，做成生物反应器，安来，再将这些微生物固定在生物膜上，做成生物反应器，安装在废水处理池中，就可能达到净化污水的作用。装在废水处理池中，就可能达到净化污水的作用。日本的科学家则研制成了新型的日本的科学家则研制成了新型的有机废弃物处理装置有机废弃物处理装置，它是，它是一种一种高速发酵处理装置高速发酵处理装置，利用发酵促进剂在，利用发酵促进剂在2424小时之内就可小时之内就可以使废弃物分解发酵，然后再采用烘干法进行处理，以达到以使废弃物分解发酵，然后再采用烘干法进行处理，以达到清除污染物的目的。清除污染物的目的。环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用

22、环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用近些年来，能够消除海面上石油污染的近些年来，能够消除海面上石油污染的“石油菌石油菌”、能够分解、能够分解毒性很强的金属汞化物的新型毒性很强的金属汞化物的新型耐汞细菌耐汞细菌，甚至能够把毒性很强，甚至能够把毒性很强的有机物，如酚类、氰类等分解利用的的有机物，如酚类、氰类等分解利用的生物工程菌生物工程菌纷纷应运而纷纷应运而生，显示出了微生物在治环境污染方面的潜在应用价值生，显示出了微生物在治环境污染方面的潜在应用价值比如，科学家们将能降解石油的几种基因，结合转移到一株假比如，科学家们将能降解石油的几种基因，结合转移到一株假单孢菌中，构建成了能够降解多

23、种原油成分的单孢菌中，构建成了能够降解多种原油成分的“超级微生物超级微生物”。在油田、炼油厂、油轮以及被石油污染了海洋、陆地，它都可在油田、炼油厂、油轮以及被石油污染了海洋、陆地，它都可以发挥去除石油污染的效力。以发挥去除石油污染的效力。环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用利用微生物消除环境污染还可以与工农业废弃物的综合利用结利用微生物消除环境污染还可以与工农业废弃物的综合利用结合起来，即合起来，即“变废为宝变废为宝”。这的确是一个容易被人接受并可获。这的确是一个容易被人接受并可获得一定的经济效益的环境治理途径。得一定的经济效益的环境

24、治理途径。比如说，我们的城市垃圾中含有许多有机废物，运到农村，经比如说，我们的城市垃圾中含有许多有机废物，运到农村，经堆肥处理后，可以成为优良的土壤改良剂和优质肥料，因此，堆肥处理后，可以成为优良的土壤改良剂和优质肥料，因此，高效、快速的堆肥技术，一直是国内外竞相研究的重点之一。高效、快速的堆肥技术，一直是国内外竞相研究的重点之一。此外，从纤维性的废弃物中生产酒精、沼气作为替代燃料，从此外，从纤维性的废弃物中生产酒精、沼气作为替代燃料，从木材、纸浆厂排放的亚硫酸盐废液中提取有用的木糖，利用糖木材、纸浆厂排放的亚硫酸盐废液中提取有用的木糖，利用糖厂废料生产厂废料生产单细胞蛋白单细胞蛋白等都是变废

25、为宝的典型事例等都是变废为宝的典型事例环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用防患于未然防患于未然也同样需要借助于微生物的帮助。比如，以生物农也同样需要借助于微生物的帮助。比如，以生物农药代替化学农药，以生物肥料代替化学肥料，不仅是农学家和药代替化学农药，以生物肥料代替化学肥料，不仅是农学家和生物学家关注的话题，也同样是环境保护学家所关注的话题。生物学家关注的话题，也同样是环境保护学家所关注的话题。总之，微生物在治理环境污染方面，将发挥它的神奇的、不可总之，微生物在治理环境污染方面，将发挥它的神奇的、不可替代的作用。庞大的微生物家族无疑将

26、成为我们人类对付环境替代的作用。庞大的微生物家族无疑将成为我们人类对付环境污染的活的武器库。污染的活的武器库。环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用环境生物技术第二章第一节微生物在生物净化中的作用第二节第二节 微生物对天然污染物的降解转化微生物对天然污染物的降解转化天然污染物和以生物为原材料进行生产的各种工业废水，往天然污染物和以生物为原材料进行生产的各种工业废水，往往含有大量的大分子有机物及其中间代谢物如碳水化合物、往含有大量的大分子有机物及其中间代谢物如碳水化合物、蛋白质、脂肪、氨基酸、脂肪酸等。这些物质虽然不具有毒蛋白质、脂肪、氨基酸、脂肪酸等。这些物质虽然不具有毒性，容易被微

27、生物降解，但是它们在分解过程中耗去水体中性，容易被微生物降解，但是它们在分解过程中耗去水体中的溶解氧，使生态系统发生变化，给环境带来危害。的溶解氧，使生态系统发生变化，给环境带来危害。一一 微生物对糖类物质的降解和转化微生物对糖类物质的降解和转化三三 微生物对蛋白质的降解和转化微生物对蛋白质的降解和转化二二 微生物对脂类物质的降解和转化微生物对脂类物质的降解和转化四四 微生物对石油类物质的降解和转化微生物对石油类物质的降解和转化授课提纲授课提纲环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解纤维素的转化纤维素的转化半纤维素的转化半纤维素的转化淀粉

28、的转化淀粉的转化木质素的转化木质素的转化纤维素的转化纤维素的转化 纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，(C(C6 6H H1010O O5 5)n)n，n=1400-10000 n=1400-10000 来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造来源：以树木、农作物为原料的工业生产，如造纸、印染等。纸、印染等。作用的微生物：作用的微生物：细菌细菌、放线菌放线菌和和真菌真菌。分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶）分解过程：首先必须经过微生物胞外酶（水解酶）的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，的作用，使之水解成可溶性的较简单的葡萄糖后，才能被微生物吸收分解。才

29、能被微生物吸收分解。环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解纤维素二糖酶能纤维素二糖酶能从纤维素糖链的从纤维素糖链的非还原端将其水非还原端将其水解为纤维二糖解为纤维二糖纤维素酶一般由纤维素酶一般由1,41,4内切葡萄糖酶、内切葡萄糖酶、纤维二糖水解酶和纤维二糖水解酶和葡萄糖苷酶构成葡萄糖苷酶构成分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物好氧细菌好氧细菌：粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌：粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌厌氧细菌：产纤维二糖：产纤维二

30、糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。维芽孢梭菌。放线菌放线菌：链霉菌属。：链霉菌属。真菌真菌：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。以以真菌真菌的降解能力最强，细菌所产生的纤维素酶大部分是胞内的降解能力最强，细菌所产生的纤维素酶大部分是胞内酶，活力也较低；而真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可以酶，活力也较低；而真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶，可以分泌到培养基中。分泌到培养基中。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环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生

31、物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解半纤维素的转化半纤维素的转化存在于植物细胞壁的杂多糖。来自造纸废水和人造纤维废水。存在于植物细胞壁的杂多糖。来自造纸废水和人造纤维废水。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 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。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。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。环境生物技

32、术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素的转化木质素的转化木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解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？干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓菌干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，厚孢毛霉和松栓菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，

33、隶属于担子菌纲、的一种，隶属于担子菌纲、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。环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解淀粉的转化淀粉的转化淀粉的种类：淀粉分为直链淀粉淀粉的种类：淀粉分为直链淀粉-1,4-1,4和和支链淀粉支链淀粉-1,6-1,6四种淀粉酶共同作用，将淀粉水解成葡萄糖：四种淀粉酶共同作用，将淀粉水解成葡萄糖：淀粉酶淀粉酶：专门切割：专门切割-1,4-1,4糖苷键，生成糊精和麦芽糖糖苷键，生成糊

34、精和麦芽糖淀粉酶淀粉酶：从链的一端每次切割下一个麦芽糖从链的一端每次切割下一个麦芽糖异淀粉酶异淀粉酶：作用于：作用于-1,6-1,6糖苷键，生成糊精糖苷键，生成糊精葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶：每次切下一个葡萄糖分子：每次切下一个葡萄糖分子支链淀粉支链淀粉糊精糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶异淀粉酶异淀粉酶葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶直链淀粉直链淀粉环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解脂类的转化脂类的转化由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态的称为脂；由不饱由饱和脂肪酸和甘油组成的，常温下呈固态的称为脂；由不饱和脂肪酸和

35、甘油组成，在常温下呈液态的称为油。和脂肪酸和甘油组成，在常温下呈液态的称为油。水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂革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、灵杆菌荧光杆菌、绿脓杆菌、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：水解水解+氧化氧化环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解脂肪酸的氧化氧化1.1.脂肪酸先被脂酰硫激酶激活

36、脂肪酸先被脂酰硫激酶激活2.2.在在、碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水碳原子上脱氢、加水、脱氢、再加水3.3.在在、碳位之间的碳链断裂，生成碳位之间的碳链断裂，生成1mol1mol乙酰辅酶乙酰辅酶A A和碳链和碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸。较原来少两个碳原子的脂肪酸。4.4.乙酰辅酶乙酰辅酶A A进入三羧酸循环完全氧化成二氧化碳和水。进入三羧酸循环完全氧化成二氧化碳和水。5.5.剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复一次剩下的碳链较原来少两个碳原子的脂肪酸可重复一次氧化，以至完全形成乙酰辅酶氧化，以至完全形成乙酰辅酶A A。环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二

37、章第二节微生物对天然污染物的降解从脂肪酸羧基端的从脂肪酸羧基端的位碳原子开始，打开碳键，每次分解出一位碳原子开始，打开碳键，每次分解出一个二碳片断个二碳片断18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO2以硬脂酸为例以硬脂酸为例n1mol1mol硬脂酸含硬脂酸含1818个碳原子，需要经过个碳原子，需要经过8 8次次氧化氧化作用，全部降解为作用，全部降解为9mol9mol乙酰辅酶乙酰辅酶A A。18碳硬脂酸碳硬脂酸 8FADH2+8NADH2+9CH3COSCoA TCA ATP H2O CO2来源：来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水

38、、制革废水等生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等种类很多种类很多好氧细菌好氧细菌：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：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菌及马铃薯芽孢杆菌 兼性厌氧菌兼性厌氧菌：变形杆菌、假单胞菌：变形杆菌、假单胞菌 厌氧菌厌氧菌：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、毛霉和木霉等此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌真菌以及以及链霉菌链霉菌(放线菌放线菌)。降解机理降解机理N2环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二

39、章第二节微生物对天然污染物的降解石油的转化石油的转化什么是石油？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复石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。一个典型的石油样品，含有不同的烃类化合物杂混合物。一个典型的石油样品，含有不同的烃类化合物达达200多种。多种。石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。行业的工业废水中。环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解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

40、以及的烃以及多环芳多环芳烃极难降解烃极难降解：链中等长度（：链中等长度（C10C24）链很长的（）链很长的（C24以以上）短链烃；上）短链烃；短链烃对微生物有毒，但很快挥发；长链短链烃对微生物有毒，但很快挥发；长链烃对微生物的抗性增强烃对微生物的抗性增强链烃环烃链烃环烃直链直链 支链，支链，支链烷基越多，微生物愈难降解支链烷基越多，微生物愈难降解不饱和不饱和 饱和饱和 环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解降解石油的微生物降解石油的微生物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

41、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环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解石油的降解机理石油的降解机理 +O+O2 2R-CHR-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH3 3 R-CH R-CH2 2-CH-CH2 2-OH+H-OH+H2 2O O R-CH R-CH2 2-COOH R-CH-COOH R-CH2 2-CHO-CHO-氧化氧化混合功能氧化酶混合功能氧化酶

42、环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合功能氧化酶催化，生成伯醇，再进一步功能氧化酶催化，生成伯醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸氧化为醛和脂肪酸脂肪酸通过脂肪酸通过氧化进一步代谢氧化进一步代谢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。环境生物技术第二章第二节微生物

43、对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解由混合功能氧化酶的由混合功能氧化酶的烃化作用生成环己醇烃化作用生成环己醇脱氢生成酮脱氢生成酮脱氢生成酮，再进一步氧化，脱氢生成酮，再进一步氧化，一个氧插入环而生成内酯一个氧插入环而生成内酯内酯开环，一端的羟基内酯开环，一端的羟基被氧化成醛基和羧基被氧化成醛基和羧基C芳香烃芳香烃芳香烃普遍具有生物毒性芳香烃普遍具有生物毒性，但在，但在低浓度范围内低浓度范围内它们可以不它们可以不同程度的被微生物分解。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环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物

44、技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解苯、萘、菲、蒽的代谢途径苯、萘、菲、蒽的代谢途径苯苯邻苯二酚邻苯二酚己己二烯二酸二烯二酸酮基己二酸酮基己二酸琥珀酸乙酰辅酶琥珀酸乙酰辅酶ACO2H2O萘萘菲菲蒽蒽环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解 苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯、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 环境生物技术第二章第二环境生物技术第二章第二 节微生物对天然污染物的降解节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二

45、章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解n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 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环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解环境生物技术第二章第二节微生物对天然污染物的降解第三节第三节 微生物对人工合成有微生物对人工合成有机化合物的降解机化合物的降解人工合成化

46、合物人工合成化合物微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制，从而微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制，从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构新颖结构的合成化合的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质，物（异型生物质，又称非生物性物质，xenobioticsxenobiotics）往往）往往对微生物的降解表现出抗逆性对微生物的降解表现出抗逆性，其原因可能是这些化合物进，其原因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生物界还未进化出降解此类难降入自然界的时间比较短，微生物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。这些化合物大多数对环境

47、具有毒害作解化合物的代谢机制。这些化合物大多数对环境具有毒害作用，故称之用，故称之危险性化合物危险性化合物。危险性化合物来源危险性化合物来源:人工合成的农药、杀虫剂、除草剂、防人工合成的农药、杀虫剂、除草剂、防腐剂、溶剂、增塑剂等腐剂、溶剂、增塑剂等环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解尽管微生物有可能通过多种途径来改变自身的结构信息以获得对尽管微生物有可能通过多种途径来改变自身的结构信息以获得对这类化合物的降解能力，但这需要一个漫长的过程来实现，依靠这类化合物的降解能力，但这需要一个漫长的过程来实现，依靠微生物的自然进化过程远

48、不能满足要求，而且长此以往将会造成微生物的自然进化过程远不能满足要求，而且长此以往将会造成生态系统的失衡。生态系统的失衡。危险性化合物的降解特点和研究危险性化合物的降解特点和研究在对危险性化合物的降解研究中发现，在对危险性化合物的降解研究中发现，混合培养混合培养比纯培养具有潜比纯培养具有潜在的优势，彻底矿化往往需要一个或一个以上的营养菌群（如在的优势，彻底矿化往往需要一个或一个以上的营养菌群（如发发酵水解菌群酵水解菌群、产硫菌群产硫菌群、产乙酸菌群产乙酸菌群、产甲烷菌群等产甲烷菌群等）通过多）通过多步反应将有毒化合物转化为矿化最终产物。微生物群落中至少分步反应将有毒化合物转化为矿化最终产物。微

49、生物群落中至少分为为7 7种类型：种类型：提供特殊营养物提供特殊营养物；去除生长抑制产物去除生长抑制产物；改善单改善单个微生物的基本生长参数个微生物的基本生长参数；对底物协调攻击对底物协调攻击；共代谢共代谢；氢氢（电子）转移（电子）转移；提供一种以上初级底物利用者提供一种以上初级底物利用者。环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解一一 农药的降解农药的降解二二 多氯联苯的降解多氯联苯的降解三三 去垢剂的降解去垢剂的降解环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解环境生物技术第二章第三节微生物对人工合成有机物的降解农药农药

50、降解农药的微生物中，细菌：假单胞菌属、芽孢杆菌属、产降解农药的微生物中，细菌：假单胞菌属、芽孢杆菌属、产碱菌属等；放线菌：卡诺氏菌；霉菌：曲霉属碱菌属等；放线菌：卡诺氏菌；霉菌：曲霉属杀虫剂、除草剂等；大多数合成农药是带有杀虫剂、除草剂等；大多数合成农药是带有卤素卤素、磷酸基磷酸基、氨氨基基、硝基硝基、羟基羟基及其它取代物的及其它取代物的简单烃骨架简单烃骨架；取代基的数量和；取代基的数量和类型均可影响微生物对农药的降解速度。以类型均可影响微生物对农药的降解速度。以2,4-D2,4-D（二氯苯氧（二氯苯氧乙酸，一种选择性除草剂，阔叶杂草）和乙酸，一种选择性除草剂，阔叶杂草）和2,4,5-T2,4