微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物精选PPT.ppt

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1、关于微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物第1页，讲稿共32张，创作于星期日 研研究究有有机机污污染染物物的的生生物物降降解解性性，有有助助于于深深入入认认识识污污染染物物在在环环境境中中的的迁迁移移转转化化规规律律和和了了解解这这些些污污染染物物对对自自然然界界物物质质转转化化循循环环的的影影响响程程度度，从从而而为为控控制制污污染染，保保护护环环境境提提供供理理论论上上的的依依据据。此此外外，这这项项研研究究与与保保护护人人类类健健康康和和自自然然界界生态平衡有密切关系生态平衡有密切关系 污染物的生物降解 第2页，讲稿共32张，创作于星期日生物降解度生物降解度 根根据据污污染染物物生

2、生物物降降解解进进行行的的程程度度，可可将将其其分分为为三种（或三种（或3个阶段）。个阶段）。1）初初级级生生物物降降解解是是指指有有机机污污染染物物在在微微生生物物的的作作用用下下，母母体体化化合合物物的的化化学学结结构构发发生生变变化化，并并改改变变了了原原污污染染物物分分子子的的完完整整性性，即即有有机机污污染染物物本本来来的的结构发生部分变化。结构发生部分变化。有机污染物的生物降解性 第3页，讲稿共32张，创作于星期日 2)环环境境容容许许的的生生物物降降解解是是指指可可去去除除有有机机污污染染物物的的毒毒性性或或人人们们所所不不希希望望的的特特性性，如如表表面面活活性性剂剂的的降降解

3、解过程中那种使其失去起泡作用的降解。过程中那种使其失去起泡作用的降解。3)最最终终生生物物降降解解是是指指有有机机污污染染物物向向无无机机物物转转化化，完完全全被被降降解解成成CO2、H2O和和其其他他无无机机物物，并并被被同同化化为微生物的一部分。为微生物的一部分。污染物的生物降解 第4页，讲稿共32张，创作于星期日 根根据据有有机机污污染染物物与与微微生生物物的的相相互互关关系系可可以将有机污染物分为以将有机污染物分为4类。类。v可以立即被微生物利用作为营养和能量来源的可以立即被微生物利用作为营养和能量来源的v能够逐步被微生物分解利用的能够逐步被微生物分解利用的v生物降解十分缓慢或者根本就

4、不能降解的生物降解十分缓慢或者根本就不能降解的v可以通过共代谢作用分解的可以通过共代谢作用分解的污染物的生物降解 第5页，讲稿共32张，创作于星期日前前3种种有有机机污污污污染染物物的的生生物物降降解解过过程如图程如图 第6页，讲稿共32张，创作于星期日 1）可可以以立立即即被被微微生生物物利利用用作作为为营营养养和和能能量量来来源源的的，包包括括糖糖、Pr(AA)、脂脂肪肪酸酸和和一一些些涉涉及及典典型型代代谢谢途途径径的的污污染染物。物。2)能能够够逐逐步步被被微微生生物物分分解解利利用用的的，此此类类污污染染物物的的生生物物降降解解需需要要一一个个驯驯化化期期，在在些些期期间间有有机机污

5、污染染物物很很少少或或根根本本不不发发生生生生物物降降解解，故故随随时时间间的的变变化化曲曲线线中中明明显显地地有有一一个个滞滞后后期期，它它表表示示微微生生物物对对有有机机污污染染物物的的适适应应过过程程所所需需要要的的时时间间。一一般般将将微微生生物物从从开开始始接接触触有有机机化化合合物物到到有有机机化化合合物物被被明明显显分解的这段时间称为化合物生物降解的驯化期。分解的这段时间称为化合物生物降解的驯化期。污染物的生物降解 第7页，讲稿共32张，创作于星期日第8页，讲稿共32张，创作于星期日其其原原因因在在于于：在在微微生生物物混混合合群群落落中中污污染染物物的的加加入入实实际际上上是是

6、在在定定向向地地选选择择那那些些能能够够吸吸收收和和降降解解污污染染物物基基质质的的微微生生物物种种属属；这这时时滞滞后后期期是是由由于于特特定定降降解解微微生生物物的的指指数数生生长长特特性性；同同时时，微微生生物物对对污污染染物物也也有有一一个个选选择择过过程程，所所谓谓巴巴斯斯德德效效应应。微微生生物物对对污污染染物物的的适适应应要要通通过过诱诱导导酶酶的的合合成成，而而且且需需要要合合成成必必需需的的辅辅酶酶或或中中间间代谢产物。代谢产物。污染物的生物降解 第9页，讲稿共32张，创作于星期日污染物的生物降解 第10页，讲稿共32张，创作于星期日3)生生物物降降解解十十分分缓缓慢慢或或者

7、者根根本本就就不不能能降降解解的的，它它包包括括一一些些天天然然高高分分子子物物质质以以及及许许多多人人类类起起源源的的有有机机化化合合物物，如如有有机机氯氯化化化化物物。对对这这类类物物质质可可以以通通过过其其他他方方式式使使其其转转化化为为可可生生物物降降解解的的物物质质，如如O3氧氧化化，给给水水处处理理中中的的O3-GAC或或O3-BAC法法即即依据此原理。依据此原理。污染物的生物降解 第11页，讲稿共32张，创作于星期日4)可可以以通通过过共共代代谢谢作作用用分分解解的的，共共代代谢谢，又又称称共共氧氧化化、联联合合氧氧化化，有有的的称称为为辅辅助助代代谢谢，是是指指微微生生物物在在

8、它它有有可可利利用用的的唯唯一一碳碳源源存存在在时时，对对原原来来不不能能利利用用的的物物质质也也能能分分解解代代谢谢的的现现象象。是是由由美美国国德德克克萨萨大大学学的的二二位位学学者者发发现现，如如甲甲烷烷假假单单胞胞菌菌唯唯一一能能利利用用的的碳碳源源是是CH4，但但如如果果有有CH4存存在在时时加加入入C3H8、C4H10时时，则则该该菌菌也也能能将将这这些些烃烃类部分氧化为乙酸，丙类部分氧化为乙酸，丙酸酸和丁酸。和丁酸。污染物的生物降解 第12页，讲稿共32张，创作于星期日在在自自然然界界中中有有巨巨大大数数量量的的微微生生物物种种群群，这这些些微微生生物物种种群群对有机物的降解能力

9、也存在着极大差别。对有机物的降解能力也存在着极大差别。微微生生物物降降解解有有机机物物质质能能力力的的多多样样性性，给给利利用用微微生生物物处理不同的工业废水提供了可能性。处理不同的工业废水提供了可能性。微微生生物物分分解解有有机机污污染染物物的的能能力力很很强强，如如果果能能把把这这种种潜潜力发掘出来，对环境保护工作有巨大贡献。力发掘出来，对环境保护工作有巨大贡献。微生物降解有机污染物的潜能 第13页，讲稿共32张，创作于星期日 自自然然界界中中的的纤纤维维素素主主要要来来源源于于稻稻草草，树树木木、蔗蔗渣渣、芦芦苇苇、野野生生植植物物等等。我我国国仅仅非非木木材材纤纤维维年年产产量量就就超

10、超过过11012kg。这这些些非非木木材材纤纤维维以以及及大大量量的的木木材材加加工工剩剩余余物物，都都是是取取之之不不尽尽的的天天然然高高分分子子原原料料和和能能源源。由由于于纤纤维维素素具具有有水水不不溶溶性性的的高高结结晶晶构构造造,其其外外围围又又被被木木质质素素层层包包围围着着,要要把把它它水水解解成成可可利利用用的的葡葡萄萄糖糖相相当当困困难难,所所以以到到目目前前为为止止仍没有得到很好地利用仍没有得到很好地利用.第二节 微生物对自然界中难降解物质的分解与转化 第14页，讲稿共32张，创作于星期日纤维素的结构纤维素的结构 纤纤维维素素是是一一种种复复杂杂的的多多糖糖，由由1.4葡葡

11、萄萄糖糖苷苷键键形形成成的的长长链链，每每个个纤纤维维素素分分子子大大约约有有800010000个个葡葡萄萄糖糖残残基基组组成成。链链与与链链之之间间以以氢氢键键连连接接起起来来。植植物物纤维素外围还包裹着其他高分子物质。纤维素外围还包裹着其他高分子物质。第15页，讲稿共32张，创作于星期日植物纤维素的结构图第16页，讲稿共32张，创作于星期日 （1）-1,4葡聚糖酶又叫Cx酶，它不能水解天然纤维素，只能切割部分降解的多糖。它广泛分布在细菌、放线菌和真菌中，可作用于包括很多葡萄糖单位的多糖分子，也可作用于寡糖分子，如纤维四糖、纤维三糖。但它对寡糖比对多聚糖的水解作用内切-1，4葡聚糖酶，能随机

12、切断-1，4苷键，提供许多可供反应的末端，外切-1，4葡聚糖酶，该酶又可分为从非还原性末端开始切下一个-葡萄糖和切下一个-葡聚二糖(纤维二糖)的两种 微生物对自然界中难降解物质的分解与转化 第17页，讲稿共32张，创作于星期日 （2）-葡萄糖苷酶可水解纤维二糖、纤维三糖及低分子量的寡糖成葡萄糖。这种酶过去被称为纤维二糖酶，这显然不合适，因为它的作用底物不只是纤维二糖。第18页，讲稿共32张，创作于星期日微生物对自然界中难降解物质的分解与转化 纤维素分解过程纤维素分解过程第19页，讲稿共32张，创作于星期日烃类化合物的分解烃类化合物的分解第三节 微生物对石油化工废水中烃类化合物的分解与转化 第2

13、0页，讲稿共32张，创作于星期日 芳香族化合物的分解芳香族化合物的分解 在芳香族与杂环化合物分解过程中起重要在芳香族与杂环化合物分解过程中起重要作用的微生物有假单胞菌、无色杆菌、节杆菌、作用的微生物有假单胞菌、无色杆菌、节杆菌、棒杆菌、诺卡氏菌、分枝杆菌、曲霉、青霉等，棒杆菌、诺卡氏菌、分枝杆菌、曲霉、青霉等，这些微生物都能不同程度地使芳香族与杂环化合这些微生物都能不同程度地使芳香族与杂环化合物分解。物分解。第21页，讲稿共32张，创作于星期日微生物分解芳香族化合物的方式有两种：微生物分解芳香族化合物的方式有两种：v在酶的作用下直接将分子中的环状结构打开在酶的作用下直接将分子中的环状结构打开

14、v芳芳香香族族化化合合物物中中大大部部分分被被微微生生物物作作用用去去掉掉环环上上的的侧侧链基团，使之转变成儿茶酚或原儿茶酸，链基团，使之转变成儿茶酚或原儿茶酸，微生物对烃类化合物的分解与转化 第22页，讲稿共32张，创作于星期日第23页，讲稿共32张，创作于星期日第24页，讲稿共32张，创作于星期日合成洗涤剂的降解合成洗涤剂的降解洗涤剂是人工合成的高分子聚合物。合成洗涤剂的主要成分是表面活性剂。化学农药的降解化学农药的降解 过过去去使使用用农农药药在在提提高高农农产产品品产产量量、保保护护秧秧苗苗、保保护护森森林林资资源源、农农产产品品贮贮存存等等方方面面也也起起过过积积极极作作用用。但但是

15、是就就在在农农药药为为人人类类造造福福的的同同时时，也也污污染染了了人人类类生生存存的的环环境境，又又给给人人类类带带来来严严重重的的危危害害。因因为为农农药药的的毒毒性性很很强强，又又很很稳稳定定，很很难难被被微微生生物物降降解解。年年复复一一年年，大大量量的的农农药药倾倾入入环环境境，所所以以在在环环境境中中有大量的农药积累。有大量的农药积累。农农药药还还可可以以从从土土壤壤中中进进入入大大气气和和水水体体，通通过过食食物物链链进进入入人人体。尤其是那些化学性质稳定，在环境中不易分解的有机氯农药。体。尤其是那些化学性质稳定，在环境中不易分解的有机氯农药。微生物对合成有机物的分解与转化 第2

16、5页，讲稿共32张，创作于星期日微微生生物物对对农农药药的的作作用用方方式式是是多多种种多多样样，可可以以归归纳为六种作用类型：纳为六种作用类型：v去去毒毒作作用用 农农药药分分子子被被微微生生物物作作用用后后变变有有毒毒为为无无毒。毒。v降降解解作作用用 将将复复杂杂的的农农药药化化合合物物转转变变为为简简单单化化合合物物，或或者者彻彻底底分分解解为为CO2和和H2O及及NH3、Cl-。如如果完全被分解成无机化合物，即称为农药的矿化。果完全被分解成无机化合物，即称为农药的矿化。微生物对合成有机物的分解与转化 第26页，讲稿共32张，创作于星期日v活活化化作作用用 将将无无毒毒的的物物质质转转

17、化化为为有有毒毒的的农农药药。如如除除草草剂剂2，4-D丁丁酸酸、杀杀虫虫剂剂甲甲拌拌磷磷，是是经经土土壤壤中中微微生生物物作用后的代谢产物，对杂草及昆虫有毒害作用。作用后的代谢产物，对杂草及昆虫有毒害作用。v失失去去活活性性 本本来来是是一一个个无无毒毒的的有有机机分分子子，在在微微生生物物作作用用下下可可以以成成为为农农药药，但但有有的的微微生生物物能能将将这这样样的的分分子子转转化化为为另一无毒分子，使其再不能被活化成为农药。另一无毒分子，使其再不能被活化成为农药。微生物对合成有机物的分解与转化 第27页，讲稿共32张，创作于星期日v结结合合、复复合合或或加加成成作作用用 微微生生物物的

18、的细细胞胞代代谢谢产产物物与与农农药药结结合合，形形成成更更为为复复杂杂的的物物质质。如如将将氨氨基基酸酸、有有机机酸酸、甲甲基基或或者者其其它它基基团团加加在在作作用用的的底底物物上上。这这些作用过程也常常是解毒作用。些作用过程也常常是解毒作用。v改改变变毒毒性性谱谱 某某些些农农药药对对一一类类有有机机体体有有毒毒，但但是是它它们们被被微微生生物物代代谢谢后后，得得到到的的产产物物能能抑抑制制完完全全不不同同的的另另一一类类有有机机体体，毒毒性性谱谱发发生生了了改改变变。如如5-氯苯甲醇转化为氯苯甲醇转化为4-氯苯甲酸。氯苯甲酸。微生物对合成有机物的分解与转化 第28页，讲稿共32张，创作

19、于星期日v重金属-汞污染与转化 由由于于汞汞在在工工业业上上的的广广泛泛应应用用，自自然然界界汞汞的的开开采采量量逐逐年年增增多多。如如生生产产电电池池、路路灯灯、继继电电器器等等工工业业都都需需要要汞汞；生生产产氯氯乙乙烯烯塑塑料料和和乙乙醛醛也也都都要要用用氯氯化化汞汞作作催催化化剂剂；很很多多化化学学农农药药中中亦亦含含有有无无机机汞汞或或有有机机汞汞。因因此此，含含汞汞污污染染物物质质不不断断地地排排入入环环境境，从而造成了汞的污染。从而造成了汞的污染。第五节 微生物对无机污染物的转化 第29页，讲稿共32张，创作于星期日v汞的化学转化汞的化学转化 汞汞能能在在中中性性水水溶溶液液内内

20、，用用甲甲基基钴钴氨氨素素作作为为甲甲基基供供体体，完完全全以以非非生生物物反反应应进进行行甲甲基基化化。这这一一反反应应可可快快速速且且定定量量进进行行，而而且且在在好好氧氧和和厌厌氧氧条条件件下下都都能能进进行行。有有人人曾曾用用一一种种产产甲甲烷烷细细菌菌的的无无细细胞胞抽抽提提液液进进行行试试验验，由由于于有有这这类类菌菌合合成成的的甲甲基基钴钴氨氨素素作作为为甲甲基基供供体体，并并在在ATP和和一一种种酶酶还还原原剂剂存存在在的的条条件件下下，甲甲基基钴钴氨氨素素中中的的甲甲基基向向二二价价汞汞转转移移，形形成成甲甲基基汞汞和和二二甲甲基基汞汞，同同时时甲甲基基钴钴氨氨素素转转化化成

21、成羟羟基基钴钴氨氨素素。以以后后又又进进一一步步发发现现，在在无无还还原原剂剂和和细细胞胞抽抽提提液液的的情情况况下下，只只要要给给以以甲甲基基供供体体甲甲基基钴钴氨氨素素，也也能能发发生生完完全全是是非非生生物物学学汞汞的的甲甲基基化化过过程程。此此外外，在在有有氯氯化化汞汞和和乙乙酸酸存存在在时时，在在甲甲基基锡锡化化合合物物作作用用下下，也也能能发发生生汞汞的的非非酶甲基化作用。酶甲基化作用。微生物对无机污染物的转化 第30页，讲稿共32张，创作于星期日v汞的生物学转化汞的生物学转化 在在自自然然界界中中，有有些些微微生生物物可可转转化化汞汞，可可把把元元素素汞汞和和离离子子汞汞转转化为

22、甲基汞和二甲基汞。化为甲基汞和二甲基汞。Hg0Hg2CH3Hg或或HgHg2CH3HgCH3 二二甲甲基基汞汞在在酸酸性性条条件件下下能能转转化化为为甲甲基基汞汞。汞汞的的转转化化一一般般是是通通过过细细菌菌的的作作用用。微微生生物物利利用用底底物物中中的的维维生生素素、甲甲基基维维生生素素B12，在细胞内的甲基转移酶作用下，促使甲基转移而形成甲基汞。在细胞内的甲基转移酶作用下，促使甲基转移而形成甲基汞。产产甲甲烷烷细细菌菌具具有有将将元元素素汞汞和和离离子子汞汞转转化化为为甲甲基基汞汞的的能能力力。由由于于甲甲基基汞汞对对生生物物毒毒性性很很强强，而而产产甲甲烷烷细细菌菌又又常常存存在在于于含含无无机机汞汞较较多多的的水水体体底底部部淤淤泥泥中中，因因此此，产产甲甲烷烷细细菌菌的的活活动动使使受受汞污染的水域汞害大大加剧。汞污染的水域汞害大大加剧。微生物对无机污染物的转化 第31页，讲稿共32张，创作于星期日感谢大家观看第32页，讲稿共32张，创作于星期日