环境微生物学习教案

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1、会计学1环境环境(hunjng)微生物微生物第一页，共59页。本章本章(bn zhn)提要提要 主要介绍可生物降解性的定义、测定方法及影响微生物降解与转化的生态学因素，微生物降解与转化污染物的巨大(jd)潜力，各种天然化学物质和人工合成化合物质包括重金属化合物的降解与转化的途径及影响因素。第1页/共58页第二页，共59页。 随着现代化工业的不断发展，天然物质及人工合成物质的使用量日益增多，必然导致副产品和中间产物的种类更多，因而人类处理废物的工作无疑是巨大而艰难的。 从20世纪60年代中期，发现一些土壤微生物可以降解(jin ji)非自然物质，如除草剂、杀虫剂、合成洗涤剂等开始，人类就致力于研

2、究与开发用微生物清除各种废弃的人工合成物质的技术。 事实证明，微生物的降解(jin ji)与转化，是人类安全、有效、低成本清除有害物质的一条途径。第2页/共58页第三页，共59页。第一节第一节 微生物降解微生物降解(jin ji)与转化化学物与转化化学物质的能力质的能力 降解作用是微生物将复杂的污染物质分解为简降解作用是微生物将复杂的污染物质分解为简降解作用是微生物将复杂的污染物质分解为简降解作用是微生物将复杂的污染物质分解为简单的小分子物质的过程。在该过程中，污染物分子单的小分子物质的过程。在该过程中，污染物分子单的小分子物质的过程。在该过程中，污染物分子单的小分子物质的过程。在该过程中，污

3、染物分子碳链断裂或碳原子数目减少，同时产生大量的能量。碳链断裂或碳原子数目减少，同时产生大量的能量。碳链断裂或碳原子数目减少，同时产生大量的能量。碳链断裂或碳原子数目减少，同时产生大量的能量。有机物被彻底分解为有机物被彻底分解为有机物被彻底分解为有机物被彻底分解为CO2CO2与与与与H2OH2O时，称为终极降解。时，称为终极降解。时，称为终极降解。时，称为终极降解。 转化作用是微生物将污染物质从一种形式转化作用是微生物将污染物质从一种形式转化作用是微生物将污染物质从一种形式转化作用是微生物将污染物质从一种形式(xngsh)(xngsh)转变为另一种形式转变为另一种形式转变为另一种形式转变为另一

4、种形式(xngsh)(xngsh)的过程。该过的过程。该过的过程。该过的过程。该过程不强调污染物分子碳链的断裂或碳原子数目的减程不强调污染物分子碳链的断裂或碳原子数目的减程不强调污染物分子碳链的断裂或碳原子数目的减程不强调污染物分子碳链的断裂或碳原子数目的减少，所产生的能量也不及降解作用多。少，所产生的能量也不及降解作用多。少，所产生的能量也不及降解作用多。少，所产生的能量也不及降解作用多。 微生物对复杂的有机污染物的代谢方式主要为微生物对复杂的有机污染物的代谢方式主要为微生物对复杂的有机污染物的代谢方式主要为微生物对复杂的有机污染物的代谢方式主要为降解作用。降解作用。降解作用。降解作用。第3

5、页/共58页第四页，共59页。一、污染物的可生物降解一、污染物的可生物降解(shn w jin ji)性性1 1 可生物降解性可生物降解性可生物降解性可生物降解性 所谓可生物降解性，是复杂大分子所谓可生物降解性，是复杂大分子所谓可生物降解性，是复杂大分子所谓可生物降解性，是复杂大分子物质通过物质通过物质通过物质通过(tnggu)(tnggu)微生物的生命活动微生物的生命活动微生物的生命活动微生物的生命活动降解为简单小分子物质的可能性。降解为简单小分子物质的可能性。降解为简单小分子物质的可能性。降解为简单小分子物质的可能性。第4页/共58页第五页，共59页。 根据生物降解性的大小，将所有根据生物

6、降解性的大小，将所有根据生物降解性的大小，将所有根据生物降解性的大小，将所有(suyu)(suyu)的污染物分为的污染物分为的污染物分为的污染物分为3 3种类种类种类种类型：型：型：型：易生物降解易生物降解(shn w jin ji)性物质性物质迅速被降解(jin ji)：如单糖、淀粉、蛋白质、核糖等难生物降解性物质难生物降解性物质能降解，但时间较长：如纤维素、烃类、农药等。不可生物降解性物质不可生物降解性物质在相当长的时间内都不能被降解的某些高分子合成有机物：如塑料、尼龙等。第5页/共58页第六页，共59页。2 2 可生物降解可生物降解可生物降解可生物降解(shn(shn w jin w j

7、in ji) ji)性的测定性的测定性的测定性的测定 通过间接测定微生物代谢污染物时生理(shngl)指标的强度变化，可确定污染物的可生物降解性，为确定污染物的处理方法和有关运行参数提供依据。（1）瓦氏呼吸仪测量法）瓦氏呼吸仪测量法（2）BOD5与与CODCr比值法比值法（3）微生物降解实验法）微生物降解实验法（4）其他方法）其他方法(fngf)和指标和指标第6页/共58页第七页，共59页。（1）瓦氏呼吸）瓦氏呼吸(hx)仪测量法仪测量法 微生物降解转化污染物时消耗氧，会使气体压力下降，瓦氏呼吸仪可以测量气体压力下降的程度，从而反映微生物活性或污染物被降解转化的强度。 利用瓦氏呼吸仪测量法，可

8、得出以下(yxi)指标：基质基质(j zh)生物氧生物氧化率化率呼吸曲线呼吸曲线第7页/共58页第八页，共59页。基质生物基质生物基质生物基质生物(shngw)(shngw)氧化率氧化率氧化率氧化率 基质指被微生物(shngw)（活性污泥）降解转化的单一的有机物。 瓦氏呼吸仪可以测得微生物(shngw)降解转化基质时的耗氧量， 而根据分子结构，可计算出基质被完全氧化所需的氧的量，即理论需氧量。 耗氧量与理论需氧量之比，即为基质的生物(shngw)氧化率。 在测定条件完全相同时，不同基质的生物(shngw)氧化率可反映其生物(shngw)降解性的差异。（氧化率高降解性强）第8页/共58页第九页，

9、共59页。 经测试，部分(b fen)有机物的生物氧化率为： 甲苯：53； 醋酸乙烯酯：34； 苯：24； 乙二胺：24； 二甘醇：5； 二癸基苯二甲酸：l。第9页/共58页第十页，共59页。呼吸呼吸呼吸呼吸(hx)(hx)曲线曲线曲线曲线 所谓呼吸曲线，指耗氧量随时间变化的曲线。 可测得两条呼吸曲线： 一条为微生物处于内源呼吸时的内源呼吸曲线，因微生物呼吸速度恒定，所以(suy)该呼吸曲线是直线； 另一条为供给微生物外源基质时的特征曲线，称为生化呼吸曲线。第10页/共58页第十一页，共59页。 通过两条曲线的比较，可了解基质通过两条曲线的比较，可了解基质通过两条曲线的比较，可了解基质通过两条

10、曲线的比较，可了解基质(j zh)(j zh)的可生物降解性和毒性，的可生物降解性和毒性，的可生物降解性和毒性，的可生物降解性和毒性，见图见图见图见图8 8l l所示。所示。所示。所示。第11页/共58页第十二页，共59页。 第一种情况（图第一种情况（图8 8l l（a a），），生化呼吸曲线位于内源呼吸曲线生化呼吸曲线位于内源呼吸曲线之上，说明该基质可被生物降解。之上，说明该基质可被生物降解。两条呼吸曲线之间的距离越大，两条呼吸曲线之间的距离越大，该有机物的生物降解性越好，反该有机物的生物降解性越好，反之亦然。生化呼吸曲线斜率愈大之亦然。生化呼吸曲线斜率愈大者，降解愈快，其斜率在者，降解愈快

11、，其斜率在t t 时间时间内逐步减小，至内逐步减小，至a a点后几乎点后几乎(jh)(jh)与内源呼吸曲线平行，说明此时与内源呼吸曲线平行，说明此时基质的分解已基本完成，微生物基质的分解已基本完成，微生物进入内源呼吸期。在进入内源呼吸期。在a a点上的两点上的两曲线的耗氧量之差就是氧化基质曲线的耗氧量之差就是氧化基质的理论需氧量。的理论需氧量。第12页/共58页第十三页，共59页。 第第 二二 种种 情情 况况 （ 图图 8 8l l（b b），两两条条曲曲线线基基本本重重合合，表表明明虽虽然然投投加加了了基基质质，微微生生物物仍仍进进行行(jnxng)(jnxng)内内源源呼呼吸吸，说说明明

12、该该基基质质在在测测试试时时间间内内不不可可被被微微生生物物降降解解，但但该该有有机机物物对对微微生生物物生生命命活动无抑制作用。活动无抑制作用。第13页/共58页第十四页，共59页。 第三种情况（图第三种情况（图8 81 1（C C），生化呼吸曲线在内），生化呼吸曲线在内源呼吸曲线之下，说明该基源呼吸曲线之下，说明该基质不仅难于被微生物降解，质不仅难于被微生物降解，而且对微生物产生而且对微生物产生(chnshng)(chnshng)了抑制作用，致使其呼吸受了抑制作用，致使其呼吸受到影响。生化呼吸曲线越接到影响。生化呼吸曲线越接近横坐标，说明抑制作用越近横坐标，说明抑制作用越强。强。第14页/

13、共58页第十五页，共59页。（2 2）BOD5BOD5与与与与CODCrCODCr比值比值比值比值(bzh)(bzh)法法法法 BOD（生化需氧量）是在好氧条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量。 BOD5为5日生化需氧量； COD是在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量； CODCr是采用重铬酸钾法测定的结果，可粗略表示水中有机物的含量，常被近似(jn s)地当作废水中全部有机物。第15页/共58页第十六页，共59页。 根据比值根据比值根据比值根据比值(bzh) BOD5(bzh) BOD5CODCrCODCr的大小，可推测废水的可生化的大小，可推

14、测废水的可生化的大小，可推测废水的可生化的大小，可推测废水的可生化性，见表性，见表性，见表性，见表 8 8l l所示。所示。所示。所示。 表8l中的内容主要对低浓度有机废水而言。对高浓度废水，即使(jsh)该比值小于025，BOD的绝对值也较大，意味有较大量的生物降解量。第16页/共58页第十七页，共59页。（3 3）微生物降解）微生物降解）微生物降解）微生物降解(jin ji)(jin ji)实验法实验法实验法实验法 指在室内模拟生产、工程过程(guchng)时，研究可生物降解性的一类方法。土壤消毒试验土壤消毒试验(shyn)培养法培养法第17页/共58页第十八页，共59页。土壤土壤土壤土壤

15、(trng)(trng)消毒试验消毒试验消毒试验消毒试验 此法适用于新农药的可生物降解性的评定。 将待测农药等量施入一组经高温或适当的药剂灭菌的和一组不灭菌的土壤，将土壤置室温培养，定期(dngq)检测两组土壤中农药的剩余量，计算其降解速率，以判断可生物降解性。第18页/共58页第十九页，共59页。培养培养培养培养(piyng)(piyng)法法法法 在生物处理的小模型中，接种适量的活性污泥和不同浓度(nngd)的待测废水，进行批式处理试验。 根据进水、出水的CODCr、BOD5等水质指标，活性污泥增长状况和生物种类及数量的镜检，判断废水的可生化性； 还可通过测起始CODCr和第30d的 CO

16、DCr（即 COD30），得到最高的 CODCr去除率。第19页/共58页第二十页，共59页。（4 4）其他）其他）其他）其他(qt)(qt)方法和指标方法和指标方法和指标方法和指标 库仑(kln)仪法、脱氢酶活性测定、ATP量测定、总有机碳测定等也能用于可生物降解性的研究。第20页/共58页第二十一页，共59页。3 3 可生物降解性研究可生物降解性研究可生物降解性研究可生物降解性研究(ynji)(ynji)的意义的意义的意义的意义 研究有机污染物的可生物降解性，有助于进一步认识污染物在环境中的研究有机污染物的可生物降解性，有助于进一步认识污染物在环境中的迁移转归规律，也有助于了解这些物质对自

17、然界正常物质循环的影响迁移转归规律，也有助于了解这些物质对自然界正常物质循环的影响(yngxing)(yngxing)，从而为控制污染、保护环境提供理论依据。，从而为控制污染、保护环境提供理论依据。 从环境保护实践上看，研究污染物质的可生物降解性，对于保护人类健从环境保护实践上看，研究污染物质的可生物降解性，对于保护人类健康有着密切的关系。许多有机污染物进入环境后，如不及时消除，便可通过康有着密切的关系。许多有机污染物进入环境后，如不及时消除，便可通过多种途径直接或间接地危害人体健康。只有弄清了污染物的可生物降解性，多种途径直接或间接地危害人体健康。只有弄清了污染物的可生物降解性，才可能有的放

18、矢地采取有效的控制及治理措施。才可能有的放矢地采取有效的控制及治理措施。第21页/共58页第二十二页，共59页。 对于不可生物降解或难生物降解的污染物，首先(shuxin)应当考虑对这些物质排放的控制，继而从改革工艺流程或改变产品的化学结构方面来削减这些物质的排放，多数情况下，最终要通过驯化微生物获得高效菌株，实现降解转化而彻底解决问题；对于可生物降解的污染物，则应尽可能迅速地利用各种生物处理法进行处理；对毒性强而且又难以降解的物质就应该停产、停用，以避免其对人类的危害。第22页/共58页第二十三页，共59页。二、影响微生物降解与转二、影响微生物降解与转化化(zhunhu)的因素的因素物质的化

19、学特性物质的化学特性(txng)共代谢作用共代谢作用微生物的生长条件微生物的生长条件污染物降解或转化的产物污染物降解或转化的产物第23页/共58页第二十四页，共59页。1 1 物质物质物质物质(wzh)(wzh)的化学特性的化学特性的化学特性的化学特性（1）分子大小(dxio) 一般小分子物质比大分子物质易被降解，因为大分子物质须在胞外先被降解为小分子物质才有可能进入细胞内被彻底分解。分子大小分子大小(dxio)官能团性质与数量官能团性质与数量主链上取代基团主链上取代基团第24页/共58页第二十五页，共59页。（ 2） 官 能 团 性 质 与 数 量(shling) 羟基或胺基取代苯环上的氢原

20、子后，苯系物的降解性有所提高；而卤代的结果是生物降解性下降。（3）主链上取代基团 取代原子可以决定污染物抗生物降解能力的大小。氧原子取代物的抗生物降解能力最强，其次为硫原子取代物和氮原子取代物。第25页/共58页第二十六页，共59页。 此外，结构简单的化合物比结构复杂的化合物易被降解； 链烃(lin tn)比环烃易被降解； 不饱和烃类比饱和烃类易被降解； 直链化合物比支链化合物易被降解； 支链越多生物降解性越低； 苯环越多越难降解。第26页/共58页第二十七页，共59页。2 共代谢作用共代谢作用共代谢作用共代谢作用 所谓共代谢是指在某些特殊的基质(j zh)中或在其他微生物参与的特定条件下，微

21、生物降解转化原来不能利用的化合物的现象。 共代谢中微生物细胞不增殖。 微生物的共代谢作用有3种情况：（1）基质有机物提供）基质有机物提供(tgng)能源能源（2）其他微生物协同作用）其他微生物协同作用（3）相似物诱导产生酶）相似物诱导产生酶 在实践中，已有某些难降解在实践中，已有某些难降解(jin ji)的有机物，经合适的有机物，经合适的微生物的一系列共代谢作用而彻底降解的微生物的一系列共代谢作用而彻底降解(jin ji)。第27页/共58页第二十八页，共59页。3 微生物的生长微生物的生长(shngzhng)条件条件 除了有机(yuj)污染物提供的碳源外，微生物还需要按适当比例供给的氮素、磷

22、素等养分，并在合适的通气、pH值、温度、水分、光照等条件下，在没有有毒物质抑制的情况下，才能很好地发挥降解转化作用。第28页/共58页第二十九页，共59页。4 4 污染物降解或转化污染物降解或转化污染物降解或转化污染物降解或转化(zhu(zhu nhu)nhu)的产物的产物的产物的产物 某些污染物的降解或转化的产物，可能(knng)是更难降解的物质。第29页/共58页第三十页，共59页。三、微生物降解三、微生物降解(jin ji)与转与转化污染物的巨大潜力化污染物的巨大潜力 微生物具有易变异的特点，这意味着微生物可以很快地适应环境并降解和转化环境中的污染物质，或者说，微生物具有降解与转化污染物

23、的巨大(jd)潜力。产生诱导酶产生诱导酶形成形成(xngchng)突突变株变株降解性质粒降解性质粒组建超级菌组建超级菌共代谢方式共代谢方式第30页/共58页第三十一页，共59页。1 产生产生(chnshng)诱导酶诱导酶 诱导酶是微生物在外界诱导物作用下而产生的酶，这是微生物对外界营养条件(tiojin)变化的普遍适应方式。第31页/共58页第三十二页，共59页。2 形成形成(xngchng)突变株突变株 微生物易受环境因素的影响而产生突变体，这种突变对微生物本身是有益(yuy)的，它可以促使微生物合成一些新的酶类，赋予微生物新的性状功能，包括降解转化污染物质的功能。 在自然状态下，突变频率相

24、当低，一个突变体的产生需要较长的时间过程。 因此，采用人工诱变育种的方法或通过基因工程组建新的可降解特定污染物的“工程菌”，已成为环境微生物学研究的新内容之一。第32页/共58页第三十三页，共59页。3 降解降解(jin ji)性质粒性质粒 微生物的降解转化污染物的功能是受细胞(xbo)内的质粒所控制的。 现已发现许多这类质粒，例如降解直链烷烃质粒（OCT）、降解甲苯质粒（TOL）、降解2，4D质粒（PJP）、降解六六六质粒（BHC）和耐汞质粒（MER）等。 筛选具有降解性质粒的高效菌株是环境微生物的重要工作。第33页/共58页第三十四页，共59页。4 组建组建(z jin)超级菌超级菌 由于

25、并非所有的微生物都具有所有的质粒，故人们开始通过遗传工程手段将多个菌中功能不同的质粒转移到同一菌体内，创建含多质粒，具多功能的新菌株，即所谓(suwi)“超级菌”，这已成为环境微生物学研究的重要方向。第34页/共58页第三十五页，共59页。5 共代谢共代谢(dixi)方式方式 前4种方式中，微生物都直接以污染物为碳源或能源进行生长(shngzhng)繁殖，同时将污染物降解转化。当微生物不能直接把有机污染物作为碳源或能源时，我们必需为其提供代谢的条件，使其获得碳源或能源，降解转化有机污染物。 综上所述，微生物具有巨大的降解综上所述，微生物具有巨大的降解(jin ji)转化潜力，而我们必须提供最佳

26、的生活条件，转化潜力，而我们必须提供最佳的生活条件，让微生物把这种强大潜力充分发挥出来。让微生物把这种强大潜力充分发挥出来。第35页/共58页第三十六页，共59页。第二节第二节 微生物在自然界物质循微生物在自然界物质循环环(xnhun)中的作用中的作用碳、氮、硫、磷等无机化合物有机物生物(shngw)残体等有机物有机物高等(godng)绿色植物等生产者光能异养型微生物等分解者动物等消费者微生物在自然界物质循环中的作用微生物在自然界物质循环中的作用第36页/共58页第三十七页，共59页。微生物在自然界物质循环微生物在自然界物质循环(xnhun)(xnhun)中的作用中的作用1 1、碳素循环、碳素

27、循环(xnhun)(xnhun)2 2、氮素循环、氮素循环(xnhun)(xnhun)3 3、硫素循环、硫素循环(xnhun)(xnhun)4 4、磷素循环、磷素循环(xnhun)(xnhun)第37页/共58页第三十八页，共59页。 碳素是生物体最重要碳素是生物体最重要(zhngyo)(zhngyo)的一种元素，的一种元素，它的主要来源是大气中的它的主要来源是大气中的COCO，只有通过生物所推，只有通过生物所推动的碳素循环，特别是微生物的分解作用，使不同动的碳素循环，特别是微生物的分解作用，使不同形态的碳素相互转化，大气中的形态的碳素相互转化，大气中的COCO才不会被耗竭，才不会被耗竭，生命

28、才能维持。生命才能维持。（一）自然界中的碳素循环（一）自然界中的碳素循环一、微生物在碳素循环一、微生物在碳素循环(xnhun)中中的作用的作用碳素循环包括碳素循环包括CO2的固定的固定(gdng)和和CO2的再生的再生第38页/共58页第三十九页，共59页。COCO的固定的固定: : 绿色植物绿色植物(ls (ls zhw)zhw)和微生物通过和微生物通过光合作用固定自然界光合作用固定自然界中的中的COCO ，合成有，合成有机物碳化物机物碳化物COCO的再生的再生: : 动物、植物和微生物进行呼吸作用动物、植物和微生物进行呼吸作用(h x zu yn)(h x zu yn)获得能获得能量，同时

29、放了量，同时放了COCO 动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量生大量COCO 第39页/共58页第四十页，共59页。 大气中低含量的大气中低含量的CO2CO2只能供绿色植物进行约只能供绿色植物进行约2020年光合作用之需。微生物年光合作用之需。微生物的作用就是把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物界处于的作用就是把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物界处于一种良好的碳平衡一种良好的碳平衡(pnghng)(pnghng)环境中。从图中看出，在好氧条件下，环境中。从图中看出，在好氧条件下， CO2CO2和和H2OH2

30、O经绿色植物的光合作用就生成经绿色植物的光合作用就生成O2O2和和CH2OCH2O。 CH2O CH2O在好氧条在好氧条件下，可经动、植物和微生物的呼吸作用氧化为件下，可经动、植物和微生物的呼吸作用氧化为CO2 CO2 和和H2OH2O。在厌氧。在厌氧条件下，条件下， CH2O CH2O可经发酵而产生醇类、有机酸类、可经发酵而产生醇类、有机酸类、 H2 H2和和CO2CO2，这些厌，这些厌氧发酵产物可通过呼吸而氧化成氧发酵产物可通过呼吸而氧化成CO2CO2和和H2OH2O，也可通过严格厌氧的产，也可通过严格厌氧的产甲烷菌而转化成甲烷菌而转化成CH4CH4，还有一种可能途径是埋在地层下面而逐渐变

31、成，还有一种可能途径是埋在地层下面而逐渐变成化石燃料并进一步得到长期保存。化石燃料并进一步得到长期保存。CO2+H2OO2+CH2O醇有机酸H2 + CO2CH4光合作用(gungh-zuyng)发酵(f jio)作用呼吸作用化石燃料有氧条件下无氧条件下第40页/共58页第四十一页，共59页。（一）自然界中的氮素循环（一）自然界中的氮素循环氮氮素素循循环环包包括括微微生生物物的的固固氮氮作作用用 (zuyng)、 氨氨 化化 作作 用用(zuyng)、 硝硝 化化 作作 用用(zuyng)、 反反 硝硝 化化 作作 用用(zuyng)以以及及植植物物和和微微生生物物的同化作用的同化作用(zuy

32、ng)微微生生物物参参与与氮氮素素循循环环的的所所有有过过程程，并并在在每每一一过过程程中中都都起起主主要要作用作用(zuyng)。二、微生物在氮素循环二、微生物在氮素循环(xnhun)中中的作用的作用第41页/共58页第四十二页，共59页。1 1、固氮作用、固氮作用分子态氮被还原成氨和分子态氮被还原成氨和其他氮化物的过程称为其他氮化物的过程称为固氮作用。自然界氮的固氮作用。自然界氮的固定固定(gdng)(gdng)，有两种，有两种方式，一是非生物固氮，方式，一是非生物固氮，即通过闪电高温放电等即通过闪电高温放电等固氮，这样形成的氮化固氮，这样形成的氮化物很少；二是生物固氮，物很少；二是生物固

33、氮，即通过微生物的作用固即通过微生物的作用固氮，大气中以上氮，大气中以上的分子态氮都是微生物的分子态氮都是微生物的活性而固定的活性而固定(gdng)(gdng)成氮化物。成氮化物。（二）微生物在氮素循环（二）微生物在氮素循环(xnhun)的作用的作用第42页/共58页第四十三页，共59页。2 2、氨化作用、氨化作用微生物分解有机氮化物产微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为生氨的过程称为(chn (chn wi)wi)氨化作用。很多细菌、氨化作用。很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，氨白质及其含氮衍生物，氨化作用产生的氨，一部分化作用产生的氨，一部分供微生物

34、，植物同化，一供微生物，植物同化，一部分被转变成硝酸盐。部分被转变成硝酸盐。第43页/共58页第四十四页，共59页。、反硝化作用、反硝化作用微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和的微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和的过程称为反硝化作用（或脱氮作用）过程称为反硝化作用（或脱氮作用）, ,参与这参与这一作用的细菌称为反硝化作用细菌。反硝化作一作用的细菌称为反硝化作用细菌。反硝化作用一般只在厌氧条件下，如淹水的土壤用一般只在厌氧条件下，如淹水的土壤(trng)(trng)或死水塘或死水塘(pH(pH自中性至微碱性）中发自中性至微碱性）中发生。生。 3 3、硝化作用、硝化作用(xio hu zu yn)(

35、xio hu zu yn)微生物将氨（）氧化成硝酸盐的过程称为硝微生物将氨（）氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用化作用(xio hu zu yn)(xio hu zu yn)；整个过程由两类细；整个过程由两类细菌分两个阶段进行。第一阶段是被氧化为亚菌分两个阶段进行。第一阶段是被氧化为亚硝酸盐，靠亚硝酸细菌完成，第二阶段是亚硝酸盐硝酸盐，靠亚硝酸细菌完成，第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，靠硝酸盐细菌完成。被氧化为硝酸盐，靠硝酸盐细菌完成。硝化作用硝化作用(xio hu zu yn)(xio hu zu yn)形成的硝酸盐，在形成的硝酸盐，在有氧环境中，被植物微生物同化，但缺氧环境中，有氧环境中，被

36、植物微生物同化，但缺氧环境中，则被还原成分子态氮，从环境中消失。则被还原成分子态氮，从环境中消失。第44页/共58页第四十五页，共59页。生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气(dq)N2同化作用(tnghu zuyng)氨化作用(zuyng)硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用还原作用氮循环氮循环第45页/共58页第四十六页，共59页。硫是生物的重要的营养元素，它是一些必需氨基酸、某些硫是生物的重要的营养元素，它是一些必需氨基酸、某些维生素、辅酶维生素、辅酶(f mi)(f mi)等的成份。等的成份。在自然界，硫素以元素，硫酸盐和有机态硫的在自然界，硫素以元素，硫酸盐和有机

37、态硫的形式存在，而植物一般只能以无机盐类作为养料。因此，形式存在，而植物一般只能以无机盐类作为养料。因此，S S素各种形式的循环转化，对植物营养非常重要。素各种形式的循环转化，对植物营养非常重要。（一）自然界中的硫素循环（一）自然界中的硫素循环硫素循环可划分为分解作用，同化作用硫素循环可划分为分解作用，同化作用(tnghu zuyng)(tnghu zuyng)，无机硫的氧，无机硫的氧化作用和无机硫的还原作用化作用和无机硫的还原作用微生物参与素循环的全过程，并起很重要作用。微生物参与素循环的全过程，并起很重要作用。三、微生物在硫素循环三、微生物在硫素循环(xnhun)中中的作用的作用第46页/

38、共58页第四十七页，共59页。有机有机(yuj)(yuj)硫化物硫化物硫酸盐硫酸盐元素元素(yun s)(yun s)分解分解(fnji)(fnji)作用作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用1 1、分解作用：、分解作用：动、植物和微生物尸体中的有机动、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微生物降解成无机物硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、（硫酸盐、等）的过程称为等）的过程称为分解作用。分解作用。2 2、同化作用、同化作用微生物利用硫酸盐和微生物利用硫酸盐和，组成本身细胞物质的过程称

39、为组成本身细胞物质的过程称为同化作用，细菌、放线菌、真同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫菌中都有能利用硫酸盐作为硫源的种类。仅少数微生物同化源的种类。仅少数微生物同化。（二）微生物在硫素循环中的作用（二）微生物在硫素循环中的作用第47页/共58页第四十八页，共59页。3 3、无机、无机(wj)(wj)硫的氧化作用硫的氧化作用 无机无机(wj)(wj)硫的氧化作用是微硫的氧化作用是微生物氧化硫化氢、元素或生物氧化硫化氢、元素或e e等等生成硫酸盐的过程。主要是硫细菌。生成硫酸盐的过程。主要是硫细菌。4 4、无机、无机(wj)(wj)硫的还原作用硫的还原作用无机无机(wj)(wj

40、)硫化物的还原作用是在硫化物的还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成的过程。参与此过程的微生的过程。参与此过程的微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）属、脱硫肠状菌属） 有机有机(yuj)(yuj)硫化物硫化物硫酸盐硫酸盐元素元素(yun s)(yun s)分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的还原作用无机硫的还原作用第48页/共58页第四十九页，共59页。第三节第三节 各类合成各类合成(hchng)化合化合物的生物降解

41、与转化物的生物降解与转化农药的生物降解农药的生物降解(shn w jin ji)塑料的生物降解塑料的生物降解(shn w jin ji)多氯联苯的生物降解多氯联苯的生物降解(shn w jin ji)合成洗涤剂的生物降解合成洗涤剂的生物降解(shn w jin ji)偶氮化合物的生物降解偶氮化合物的生物降解(shn w jin ji)氰和腈的生物降解氰和腈的生物降解(shn w jin ji)第49页/共58页第五十页，共59页。第四节第四节 重金属污染物的转化重金属污染物的转化(zhunhu)汞的生物转化汞的生物转化(shn w zhun hu)砷的生物转化砷的生物转化(shn w zhun

42、 hu)镉的生物转化镉的生物转化(shn w zhun hu)铅的生物转化铅的生物转化(shn w zhun hu) 在燃料燃烧、采矿、冶金、生产和施用农药等过程中，汞、在燃料燃烧、采矿、冶金、生产和施用农药等过程中，汞、铅、砷、镉等元素即以各种各样的化学形态铅、砷、镉等元素即以各种各样的化学形态(xngti)进入环境，进入环境，污染空气、水、土壤和生物。污染空气、水、土壤和生物。 在自然界中存在一些微生物，对有毒金属具有抗性，可使在自然界中存在一些微生物，对有毒金属具有抗性，可使重金属发生转化，对微生物本身而言，这是一种解毒过程。重金属发生转化，对微生物本身而言，这是一种解毒过程。 微生物对

43、金属的转化，主要是氧化还原作用和甲基化作用。微生物对金属的转化，主要是氧化还原作用和甲基化作用。第50页/共58页第五十一页，共59页。一、汞的生物转化一、汞的生物转化(shn w zhun hu) 环境(hunjng)中的汞有 Hg2+、Hg+和 Hg0三种价态。 微生物在三种价态汞的转化中发挥重要作用，其转化机理可以概括为汞的甲基化和汞的还原作用。第51页/共58页第五十二页，共59页。1 汞的甲基化汞的甲基化 微生物将无机(wj)汞甲基化而生成甲基汞的过程可用下式表示：第52页/共58页第五十三页，共59页。2 汞的氧化汞的氧化(ynghu)和还原作用和还原作用 微生物将无机或有机(yu

44、j)汞化合物中的2价汞离子还原为元素汞的过程称为汞的还原作用，又称抗汞作用，这是消除汞污染的主要机理。 具有还原作用的微生物有铜绿(tngl)假单胞菌、大肠杆菌、变形杆菌、酵母菌等。第53页/共58页第五十四页，共59页。二、二、 砷的生物转化砷的生物转化(shn w zhun hu) 砷是介于金属与非金属之间的两性元素，非常活泼，俗称类金属。砷的无机、有机化合物均具毒性，3价砷毒性比5价砷毒性大，俗称砒霜(pshung)的是3价砷化物As2O3。微生物在砷的转化中起重要作用。砷的甲基化砷的甲基化砷的氧化砷的氧化(ynghu)和还原和还原作用作用第54页/共58页第五十五页，共59页。三、三、

45、 镉的生物转化镉的生物转化(shn w zhun hu) 在有Cd2+的环境中，大肠埃希氏菌、蜡样芽胞杆菌、黑曲霉等能生长繁殖，并能积累一定量的镉。一些(yxi)微生物也能使镉甲基化，曾用一株能使镉甲基化的假单胞菌在有VB12存在时，把无机Cd2+生成微量的挥发性镉化物。第55页/共58页第五十六页，共59页。四四 铅的生物转化铅的生物转化(shn w zhun hu) 从铅矿表面(biomin)分离到的节杆菌和生丝微菌以及从煤渣中分离出来的一株梭状芽胞杆菌可溶解PbO和PbSO4。 铅也可以被细菌甲基化第56页/共58页第五十七页，共59页。何谓(hwi)可生物降解性？哪些因素能影响微生物对废水中有机物的降解与转化？何谓(hwi)共代谢？共代谢在有机物的生物降解中有何意义？第57页/共58页第五十八页，共59页。内容(nirng)总结会计学。转化作用是微生物将污染物质从一种形式转变为另一种形式的过程。BOD（生化需氧量）是在好氧条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量。对于可生物降解的污染物，则应尽可能迅速地利用各种生物处理法进行处理。氧原子取代物的抗生物降解能力最强，其次为硫原子取代物和氮原子取代物。不饱和烃类比饱和烃类易被降解。直链化合物比支链化合物易被降解。微生物参与氮素循环(xnhun)的所有过程，并在每一过程中都起主要作用第五十九页，共59页。