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1、第二章第二章 微生物对污染物微生物对污染物的降解和转化的降解和转化第五节第五节 有机污染物生物降解途径有机污染物生物降解途径CO2有机质 自然界物质循环中微生物的作用自然界物质循环中微生物的作用一、生物组分的大分子有机物降解一、生物组分的大分子有机物降解n1.多糖类的生物降解多糖类的生物降解n纤维素的降解纤维素的降解 纤维素纤维素植物结构多糖植物结构多糖 生物降解必须在产纤维素酶的微生物作用下分解成单糖。生物降解必须在产纤维素酶的微生物作用下分解成单糖。 纤维素酶包括：纤维素酶包括：C1酶和酶和Cx酶（酶（-1,4-葡聚糖酶）、葡聚糖酶）、葡葡萄糖苷酶萄糖苷酶 微生物分解纤维素的生化机制微生物
2、分解纤维素的生化机制 纤维素纤维素 单糖单糖纤维素复合酶的类型纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：（按作用场所分）：表面酶：表面酶：分布于细胞表面分布于细胞表面, ,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外外 酶：酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纤维素复合酶纤维素复合酶分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物(1)(1)有氧、中温条件有氧、中温条件a.a.真菌真菌( (木霉属木霉属) ) 木材腐
3、朽：木材腐朽： 棕色腐朽（褐腐）棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素：真菌分解纤维素剩下木质素 白白 腐：腐：真菌分解木质素剩下纤维素真菌分解木质素剩下纤维素b.b.细菌细菌（食纤维菌属（食纤维菌属) )c.c.放线菌放线菌 (2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细菌细菌：纤维分解梭菌。：纤维分解梭菌。 真菌真菌：木朽菌、层孔菌：木朽菌、层孔菌 放线菌放线菌：(3)(3)高温条件：在高温条件：在60607070条件下生长，并分解纤维素条件下生长，并分解纤维素 细细 菌菌：热纤维菌：热纤维菌 放线菌放线菌：链霉菌属、小单孢菌属：链霉菌属、小单孢菌属n1.多糖类的生物降解多糖类的生物降解一、
4、生物组分的大分子有机物降解一、生物组分的大分子有机物降解n 淀粉淀粉植物的贮存多糖植物的贮存多糖 由产淀粉酶的微生物将淀粉水解成麦芽糖，由产淀粉酶的微生物将淀粉水解成麦芽糖， 在进在进入细胞内被微生物分解、利用。入细胞内被微生物分解、利用。n1.多糖类的生物降解多糖类的生物降解一、生物组分的大分子有机物降解一、生物组分的大分子有机物降解原果胶：原果胶：半乳糖醛酸半乳糖醛酸以以-1，4糖苷键连成糖苷键连成的多糖的多糖 由原果胶酶分解成可溶性果胶，再进一步由原果胶酶分解成可溶性果胶，再进一步降解成果胶酸、半乳糖醛酸。降解成果胶酸、半乳糖醛酸。 分解果胶的微生物分解果胶的微生物细细 菌：芽孢杆菌、梭
5、菌、假单孢菌等菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等 水浸法：水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。物分解其中的果胶。 露浸法：露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。利用好氧微生物分解果胶。果胶分解的应用果胶分解的应用-麻类脱胶麻类脱胶半纤维素的分解半纤维素的分解五碳糖五碳糖、六碳糖六碳糖及及糖醛酸糖醛酸的组成的多糖的组成的多糖分解半纤维素的微生物：分解半纤
6、维素的微生物：真菌（真菌（双孢蘑菇）双孢蘑菇）放线菌（放线菌（青铜色小单孢菌）青铜色小单孢菌）细菌（细菌（枯草杆菌）枯草杆菌）原生动物原生动物藻藻 类类一、生物组分的大分子有机物降解一、生物组分的大分子有机物降解n2.木质素的生物降解木质素的生物降解 微生物不可以不可以直接将木素作为碳源来利用； 可降解木素的酶：Mn过氧化物酶、漆酶、木素降解酶； 木素一般是先被降解成芳香族化合物芳香族化合物，再由多种微生物继续进行分解。一、生物组分的大分子有机物降解一、生物组分的大分子有机物降解n3.3.脂类生物降解脂类生物降解n脂质或称脂类（lipids）是由脂肪酸与醇缩合生成的酯及其衍生物，根据脂类的主要
7、成分分类，可将脂类分为单脂和复脂。n单脂是由各种高级脂肪酸和醇构成的酯，如常说的油脂，仅含有脂肪酸和醇；复脂是除含有脂肪酸和各种醇以外还含有其它成分的酯，如结合磷酸的称为“磷脂（phopholipids）等。n显著特点是一般不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、苯等有机溶剂，这种溶于有机溶剂而不溶于水的特性称为“脂溶性”。 n酯类物质一般先通过脂肪酶降解成甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸。甘油能被大多数微生物所利用；脂肪酸通过氧化，分解成多个乙酸。二、烃类化合物的微生物降解二、烃类化合物的微生物降解1.烷烃类的微生物降解烷烃类的微生物降解（1）甲烷的氧化）甲烷的氧化nCH4CH3OHHCHOHCOOHCO2（2
8、）乙烷、丙烷、丁烷的氧化）乙烷、丙烷、丁烷的氧化n在甲烷菌的共代谢作用下，生成相应的酮，进一步被微生物降解；（3）高级烷烃类的氧化）高级烷烃类的氧化n 高级烷烃低级化，低级形成相应的醛、酸、酮等。2.烯烃类的微生物降解烯烃类的微生物降解n根据双键位置不同（中部或C1-C2之间），氧化途径不同。（图2-5有三种可能）二、烃类化合物的微生物降解二、烃类化合物的微生物降解3.芳烃类的微生物降解芳烃类的微生物降解n如有侧链，一般先从侧链开始分解；各种芳烃类化合物虽然最终的步骤可能不同，但他们都有共同的中间产物双酚类化合物双酚类化合物。4.脂环烃类的微生物降解脂环烃类的微生物降解n烃类中，此类的抗生物降
9、解性最强。5.海洋油污的微生物降解及其生态学特征海洋油污的微生物降解及其生态学特征 （1）海洋中石油污染物的迁移途径 主要由于石油降解微生物作用得以净化。（2）海洋石油降解微生物的特点 分布上在近海，不在远海；石油降解菌的生长位置在水油交界处，而不是在油液中。（3）环境因子的影响 温度、氧和N、P二、烃类化合物的微生物降解二、烃类化合物的微生物降解三、农药的微生物降解与转化三、农药的微生物降解与转化1.农药的环境污染农药的环境污染 目前使用的农药主要有有机氯、有机磷、有机氮和有机硫类；其中有机氯类最具危险性。 有机氯类农药为脂溶性的，易进入生物体内，富集于内脏中。2.微生物对农药的降解和转化微
10、生物对农药的降解和转化n 都是先被降解成双酚结构，再被其他微生物继续降解。n 2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）、草芽苹和2,4,5-T的降解、DDT的降解（仅能通过微生物的共代谢得到降解）（1）2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）二氯苯氧乙酸）n真菌中黑曲霉，仅能将-OH基引入芳香环，（2）草芽苹和）草芽苹和2,4,5-T的降解的降解四、其它合成有机物的微生物降解四、其它合成有机物的微生物降解与转化与转化1.合成洗涤剂的降解和转化合成洗涤剂的降解和转化nLAS经末端氧化、氧化、脱磺基等作用产生苯甲酸或苯乙酸，产生邻苯二酚降解2.多氯联苯多氯联苯（Polychlorobiphenyl，PCB）的
11、降解的降解n广泛应用于化工、电气、橡胶和塑料工业；n氯含量与降解难易程度相关；n光降解作用有利于脱氯，提高多氯联苯可生物降解性能3.聚乙二醇聚乙二醇（Polyethylenglycol，PEG）的降解的降解nPEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000难降解4.增塑剂的降解增塑剂的降解n光降解作用使塑料粉末化，相对分子量降至5000以下，利用微生物利用。五、有机汞的微生物分解、转化五、有机汞的微生物分解、转化n抗汞微生物将有机汞还原为无机汞化物或金属汞。（一）氨化作用（一）氨化作用（1）蛋白质分解）蛋白质分解（2）核酸的分解）核酸的分解的氨化的氨化六、六、 氮素循环中微生物的
12、作用氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌：尿素细菌： 1 1、球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌六、六、 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌的生理特点：尿素细菌的生理特点： 喜好碱性条件。喜好碱性条件。以尿素、铵盐为以尿素、铵盐为N N源，以有机源，以有机C C为为C C源、能源。源、能源。（二）硝化作用（二）硝化作用铵氧化形成硝酸的微生物学过程铵氧化形成硝酸的微生物学过程硝化作用硝化作用化能自养
13、型化能自养型异异 养养 型型1 1、硝化细菌和硝化作用的过程、硝化细菌和硝化作用的过程NHNH4 4+ + NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸细菌硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌2 2、影响硝化作用的环境因素、影响硝化作用的环境因素 (1)pH(1)pH值：适宜微碱性值：适宜微碱性 (2)(2)温度：温度：4-404-40，最适：，最适：25-3525-35 (3) (3)通气：需氧通气：需氧 (4)(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3 3、硝化作用的农业意义硝化作用的农业意义 淋溶淋溶 硝化作用的化学抑制硝化作用的化学抑制（二）硝化
14、作用（二）硝化作用六、氮素循环中微生物的作用六、氮素循环中微生物的作用（三）反硝化作用（三）反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸还原作用合成性硝酸还原作用硝酸盐的异化还原作用硝酸盐的异化还原作用（脱氮）（脱氮）1、反硝化作用的过程、反硝化作用的过程（三）反硝化作用（三）反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性大多数：异养兼厌气性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）（三）反硝化作用（三）反硝化作用3 3、环境对反硝化作用的影响、环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况水分及通气状况 pHpH值值 有机质与有机质与NONO- -3 3含量含量水稻土长期的干湿交替的状况思思 考考 题题1 1 简要要说明多糖明多糖类化合物（化合物（纤维素、半素、半纤维素、淀粉、原果胶）的生物代素、淀粉、原果胶）的生物代谢途径。途径。2 2 芳香族化合物的生化降解途径有何特点？芳香族化合物的生化降解途径有何特点？
