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1、微生物对环境污染物的降解和转化有机污染物生物净化有机污染物生物净化 天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质无机污染物生物净化无机污染物生物净化微生物对环境污染物的降解和转化第一节第一节 降解能力与影响因素降解能力与影响因素“绝对可靠性原理绝对可靠性原理”微生物对环境有巨大的适应能力微生物对环境有巨大的适应能力: :(1)(1)可降解人工合成物质可降解人工合成物质(2)(2)微生物体内富积会沿食物链传递微生物体内富积会沿食物链传递 微生物对环境污染物的降解和转化无毒无臭！无毒无臭！ 矿化盐矿化盐降解潜力主要体现在以下几方面降解潜力主要体现在以下几
2、方面:(1)诱导酶的产生诱导酶的产生(2)具有降解质粒具有降解质粒(3)形成突变体形成突变体微生物对环境污染物的降解和转化微生物降解污染物的影响因素微生物降解污染物的影响因素微生物降解污染物的影响因素微生物降解污染物的影响因素(1)(1)污染物的化学结构污染物的化学结构污染物的化学结构污染物的化学结构(2)(2)环境条件环境条件环境条件环境条件(3)(3)共共共共代代代代谢谢谢谢( (微微微微生生生生物物物物依依依依赖赖赖赖可可可可利利利利用用用用碳碳碳碳源源源源和和和和能能能能源源源源在在在在正正正正常常常常生生生生长过程中氧化非生长基质的过程长过程中氧化非生长基质的过程长过程中氧化非生长基
3、质的过程长过程中氧化非生长基质的过程, P180), P180)微生物对环境污染物的降解和转化第二节第二节 各类有机污染物的转化各类有机污染物的转化(一一)无毒污染物的转化无毒污染物的转化包括糖类、蛋白质、脂类等有机化合物等包括糖类、蛋白质、脂类等有机化合物等。糖类污染物糖类污染物糖类污染物糖类污染物提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？难难溶溶的的多多糖糖，且且当当一一些些难难溶溶解解的的多多糖糖数数量量较较大大时时才才会会使使自自净净时时间间大大大大增增加加，从从而而对对环环境境造造成成污污染染。这这类类多多糖主要是糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半
4、纤维素、果胶质、木质素、淀粉。微生物对环境污染物的降解和转化（二）石油的降解（二）石油的降解提问：什么是石油？提问：什么是石油？石石油油是是含含有有烷烷烃烃、环环烷烷烃烃、芳芳香香烃烃及及少少量量非非烃烃化化合合物物的的复复杂杂混混合合物物。石石油油污污染染主主要要出出现现在在采采油油区区和和石石油油运运输输事事故现场以及石化行业的工业废水中。故现场以及石化行业的工业废水中。1 1石油成分的生物降解性石油成分的生物降解性石油成分的生物降解性石油成分的生物降解性与分子结构有关与分子结构有关微生物对环境污染物的降解和转化A A链长度链长度链长度链长度 B B链结构链结构链结构链结构 (p182)(
5、p182) 直链直链 ? 支链支链 不饱和不饱和 ? 饱和饱和 烷烃烷烃 ? 芳烃芳烃 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）的烃以及的烃以及多环多环芳烃极难降解芳烃极难降解微生物对环境污染物的降解和转化2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，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多种多种细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、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微生物对环境污染物的降解和转化3石油
6、的降解机理石油的降解机理A A链烷烃的降解链烷烃的降解链烷烃的降解链烷烃的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH微生物对环境污染物的降解和转化B B无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解 以环己烷为例以环己烷为例 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协同作协同作协同作协同作用用用用下将污染物下
7、将污染物 彻底降解彻底降解共代谢共代谢。微生物对环境污染物的降解和转化影响石油降解的因素影响石油降解的因素(p182)石油烃的种类和组成环境因素（溶解度、物理状态（油水界面）、温度、氧气、养料）微生物对环境污染物的降解和转化（三）农药（三）农药如杀虫剂、除草剂等如杀虫剂、除草剂等化化学学成成分分：有有卤卤素素、磷磷酸酸基基、氨氨基基、硝硝基基、羟羟基基及及其其它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。相相比比较较其其它它取取代代基基团团而而言言，微微生生物物对对卤卤素素取取代代基基往往往往不不适适应应，因因而而随随着着卤卤素素取取代代基
8、基数数量量的的增增多多，农农药药的的生生物物可可降降解解性性大大幅幅度度下下降降。水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水微生物对环境污染物的降解和转化危害：生物毒性危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）（急性、慢性、致癌、致畸变）最典型的一个例子就是杀虫剂最典型的一个例子就是杀虫剂DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于DDT不溶于水不溶于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在
9、逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。降解农药的微生物：降解农药的微生物： 细细细细 菌菌菌菌 假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌 放线菌放线菌放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌 真真真真 菌菌菌菌 曲霉曲霉曲霉曲霉这些微生物这些微生物往往往往需共代谢需共代谢需共代谢需共代谢将农药逐级降解将农药逐级降解。微生物对环境污染物的降解和转化（四）洗涤剂（四）洗涤剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。可分为阴离子型、阳离子
10、型、非离子型、两性电解质四类。我我国国目目前前生生产产的的洗洗涤涤剂剂属属于于阴阴阴阴离离离离子子子子型型型型烷烷烷烷基基基基苯苯苯苯磺磺磺磺酸酸酸酸钠钠钠钠。较较早早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：）：ABSABS甲基分支干扰生物降解，链末端与甲基分支干扰生物降解，链末端与4个碳原子相连的抗攻个碳原子相连的抗攻击的能力更强。击的能力更强。微生物对环境污染物的降解和转化危害：危害：ABS可以在天然水体中存留可以在天然水体中存留800h以上，使这得接以上，使这得接纳他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。纳他的水体长时间保持，
11、产生大量泡沫，引起水体缺氧。为使洗涤剂易于生物降解，人们将为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线的结构改变为线性的直链性的直链烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（LASLAS）：）：）：）：由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。ABSABS微生物对环境污染物的降解和转化A A降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物细细 菌菌假假单单胞胞菌菌、邻邻单单胞胞菌菌、黄黄单单胞胞菌菌、产产碱碱单单胞胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏
12、菌由由于于这这些些微微生生物物的的作作用用，虽虽然然每每年年排排放放入入环环境境中中的的洗洗涤涤剂剂数数量量逐逐年年递递增增，但但环环境境中中并并没没有有发发生生洗洗涤涤剂剂的的明明显显增增加加。因因而而洗洗涤涤剂剂一一般般不不会会引引起起环环境境的的有有机机污污染染。洗洗涤涤剂剂目目前前存存在在的的问问题题主主要要是是洗洗涤涤剂剂中中的的添添加加剂剂聚聚磷磷酸酸盐盐造造成成的的水水体体富富营营养养化化问问题题 。微生物对环境污染物的降解和转化B B洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理（p185)p185)微生物对环境污染物的降解和转化对微生物无影响对微生物无影响（
13、1）.土地板结土地板结（2）. 被被海海鸟鸟及及海海洋洋哺哺乳乳动动物物误误食食，致致使使这这些些动动物物消消化化系系统统停停滞滞，引引起起死死亡亡。具具报报道道每每年年海海洋洋中中死死于于废废弃弃塑塑料料的的海海鸟鸟和和海海洋洋哺哺乳乳动动物，数目之多令人触目惊心。物，数目之多令人触目惊心。 （3）.影响景观影响景观目目前前发发现现能能降降解解塑塑料料的的微微生生物物，种种类类很很少少，而而且且降降解解速速度度缓缓慢慢。他他们们主主要要是是细细细细菌菌菌菌、放放放放线线线线菌菌菌菌、曲曲曲曲霉霉霉霉中中中中的的的的某某某某些些些些成员成员成员成员。（五）（五）.塑料塑料塑料在环境中积累有哪些
14、危害？塑料在环境中积累有哪些危害？危害：白色污染危害：白色污染微生物对环境污染物的降解和转化提问：如何解决塑料的难降解问题？提问：如何解决塑料的难降解问题？（1）限制使用不可降解塑料）限制使用不可降解塑料（2）开发可降解塑料开发可降解塑料开发可降解塑料开发可降解塑料 光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑料、料、 化学合成或用微生物、转基因植物直接生产化学合成或用微生物、转基因植物直接生产可生物降解的塑料；可生物降解的塑料；* 如何制造完全生物可降解塑料？有哪些种类？发展前景如何？微生物对环境污染物的降解和转化微生物对环境污染物的降解和转化（六）（
15、六）（六）（六）. . 氯苯类氯苯类氯苯类氯苯类用用 途途：稳稳定定剂剂（润润滑滑油油、绝绝缘缘油油、增增塑塑剂剂、油油漆漆、热热载体、油墨等都含有）载体、油墨等都含有）危危 害：害：急性中毒，是一种致癌因子急性中毒，是一种致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件）降降 解解 菌菌：产产碱碱杆杆菌菌、不不动动杆杆菌菌、假假单单胞胞菌菌、芽芽孢孢杆杆菌菌以以及沙雷氏菌的突变体及沙雷氏菌的突变体 通过通过通过通过共代谢共代谢完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解。* *共共代代谢谢研研究究进进展展及及其其成成果果对对环环保保的的应应用用现现状状？微生物对环境污染物的降解
16、和转化（七）、氮源有机污染物的转化（七）、氮源有机污染物的转化偶氮化合物、氰、腈化物、硝基化合物等。偶氮化合物、氰、腈化物、硝基化合物等。氰氰化化物物、乙乙腈腈、丙丙腈腈、正正丁丁腈腈、丙丙烯烯腈腈等等腈腈类类化化合合物物及及硝基化合物硝基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危危 害：生物毒害害：生物毒害 、环境积累、环境积累A A降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌真真 菌菌氧氧化化性性酵酵母母菌菌和和霉
17、霉菌菌中中的的赤赤霉霉菌菌(茄茄科科病病镰镰刀刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 微生物对环境污染物的降解和转化降解机理降解机理降解机理降解机理a. a.氰化物氰化物氰化物氰化物52 5CO2 + H2O + 5NH3b.b.有机腈有机腈有机腈有机腈担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。 HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 甲醛甲醛甲醛甲醛 氨基乙腈氨基乙腈氨基乙腈氨基乙腈 丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸微生物对环境污染物的降解
18、和转化提问：提问：为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶小结小结 人工合成的难降解有机化合人工合成的难降解有机化合 物物难难对于自自然然生生态态环环境境系统,如果一种化合物滞留可可达达几几个个月月或或几几年年之久,或在人人工工生生物物处处理理系统系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除几小时或几天之内还未能被分解或消除种种类类：稳稳定定剂剂、表表面面活活性性剂剂、人人工工合合成成的的聚聚合合物物、杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。微生物对环境污染物的降解和转化三、金属离子三、金属
19、离子（一）金属离子的毒性（一）金属离子的毒性（一）金属离子的毒性（一）金属离子的毒性提问：影响金属离子毒性的因素有哪些？提问：影响金属离子毒性的因素有哪些？种类、浓度、存在状态种类、浓度、存在状态（包括价态、络合态、共存离子性质）（包括价态、络合态、共存离子性质）例例如如，六六六六价价价价铬铬铬铬比比三三价价铬铬毒毒得得多多；甲甲甲甲基基基基汞汞汞汞的的毒毒性性比比其其他他的的汞汞化化合合物物毒毒性性大大得得多多；有有有有机机机机锡锡锡锡比比无无机机锡锡毒毒，有有机机锡锡中中的的烷烷烷烷基基基基锡锡锡锡比比芳芳香香基基锡锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。
20、（二）微生物转化（二）微生物转化（二）微生物转化（二）微生物转化主要是主要是氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原和和甲基化甲基化甲基化甲基化作用。作用。微生物对环境污染物的降解和转化无机汞（多难溶）无机汞（多难溶）： Hg2+2 Hg0 + Hg2+注：注：Hg2+2=Hg+ Hg+零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解有机汞（易溶）有机汞（易溶） ：通式通式RHgXRHgX和和和和R R2 2HgHg其其中中R为为有有机机原原子子基基团团，X X为为无无机机离离子子如如卤卤素素原原子子、硫硫酸酸
21、根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等。微生物对环境污染物的降解和转化2 2汞化合物的毒性汞化合物的毒性汞化合物的毒性汞化合物的毒性难溶的汞难溶的汞生物吸收困难，生物吸收困难，毒性很小毒性很小易易溶溶的的汞汞容容易易吸吸收收，毒毒性性很很强强（其其中中甲甲基基汞汞的的毒毒性最强）性最强）毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。日日本本的的水水俣俣湾湾甲甲基基汞汞中中毒毒事事件件就就是是典典型型的的汞汞污污染染事事件件。这这类类汞汞中中毒毒一一般般都都不不是是通通过过直直接接饮饮用用水水被被汞汞污污染染造造成成，而而是是由由于于甲甲基基汞汞在
22、在食食物物链链积积累累并并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？由水中的鱼类向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？ 微生物对环境污染物的降解和转化汞的甲基化是由微生物依靠汞的甲基化是由微生物依靠甲基化辅酶甲基化辅酶形成的形成的。汞甲基化微生物：汞甲基化微生物：细细 菌菌甲甲烷烷菌菌、匙匙形形梭梭菌菌、荧荧光光假假单单胞胞菌菌、大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌、产产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌气肠杆菌、巨大芽孢杆菌真真 菌菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。过程如下：过程如下： 甲基化辅酶甲基化辅酶 甲基化辅酶甲基化辅酶 Hg2+ Hg+ -C
23、H3 Hg(CH3) 2 -CH3 -CH3鱼鱼类类体体表表粘粘液液中中有有许许多多含含有有甲甲基基化化辅辅酶酶的的微微生生物物，他他们们将将无无机机汞汞转转化化为为甲甲基基汞汞，动动物物和和人人体体肠肠道道中中的的细细菌菌大大部部分分也也具具有有这这种种功功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。微生物对环境污染物的降解和转化提问：为什么微生物进行汞的甲基化？提问：为什么微生物进行汞的甲基化？V1、V2为为进出速度进出速度微生物对环境污染物的降解和转化甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、 隐球菌隐球菌
24、提问：提问：为什么微生物进行甲基汞的降解？为什么微生物进行甲基汞的降解？甲基能源甲基能源 汞汞的的甲甲基基化化与与脱脱甲甲基基化化通通常常保保持持着着一一个个动动态态的的平平衡衡，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低 ？有机汞有机汞 Hg还原还原微生物对环境污染物的降解和转化但是，但是，在有机污染严重、在有机污染严重、在有机污染严重、在有机污染严重、pHpH较低的环境中，更容易形成较低的环境中，更容易形成较低的环境中，更容易形成较低的环境中，更容易形成和释放甲基汞，对生物的危害巨大和释放甲基汞，对生物的危害巨大和释放甲基汞，对生物的危害巨大和释放甲基汞，对生物的危害巨大。提问：为什么此时甲基汞的形成更严重？提问：为什么此时甲基汞的形成更严重？答案：答案： 甲基汞降解菌营养品味提高甲基汞降解菌营养品味提高后果：后果：一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩，向食物链上游传浓缩，向食物链上游传递；递；另一方面甲基汞还会逸出水体，另一方面甲基汞还会逸出水体，进入大气，使污染扩大进入大气，使污染扩大防治汞污染必须先控制有机污染防治汞污染必须先控制有机污染(p193)微生物对环境污染物的降解和转化
