第二章 微生物对污染物的降解与转化1教程文件

微生物对污染物的降解与转化微生物的一大特点，是代谢类型的多样性，自然界存在的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。

就是随着工业发展，排入环境引起环境污染的许多人工合成物，由于微生物繁殖迅速，个体微小，比表面大等特点，它们较其他生物更易适应环境，已有不少证据表明，微生物“正学着”对付众多的“陌生的”人造化合物。

可见微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜力。

（1）微生物对无毒有机物的降解无毒有机物主要是生活废弃物。

很多微生物都有能力降解这为在污染物。

微生物通过好氧分解或厌氧分解来分解有机物。

（2）微生物对有毒有机物的降解有毒有机物一般属于难生物降解性物质和不可生物降解性物质。

研究这些有机物的可溶解性，从环境保护角度来看，具有重要的实践意义。

①农药农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药剂的总称。

由于农药对粮食生产的重要，目前全世界农药的总产量已达200多万吨，品种约有500余种，常用的也有100种。

而当前使用的农药多是有机氯制剂、有机磷制剂和有机汞制剂。

这些有毒化合物在环境中的存留时间一般较长。

因此，大量农药累积于自然环境中，对人和动物具有严重的危害。

微生物与农药之间的关系可概括成两个方面。

一方面农药抑制土著种群的数量和作用可用于杀害和抑制某些有害种类；另一方面，几乎全部现代农药都是有机的，因而可以想象微生物可以代谢这些药物，改变和破坏它们的毒性。

现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物的降解作用。

并已从土壤、水体、污泥、污水中分离到能降解农药的细菌、放线菌、真菌等微生物。

由此，可利用微生物降解有机污染物。

微生物以两种方式降解农药，一种方式是以农药作为生长的唯一碳源和能源，有时还作为唯一的氮源，而使农药降解，具有这种能力的微生物很多，其中假单胞菌属、诺卡氏菌属及曲霉属中的一些种类最为突出；另一种方式是通过共代谢作用，即微生物从其它化合物获得碳源和能源后，才能使农药转化甚至完全降解。

微生物对污染物的降解和转化•有机污染物生物净化（天然物质、人工合成物质）•无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理•净化本质——微生物转化有机物为无机物•依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解•细菌是其中的主力军•原理：好氧有机物呼吸• C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐• H → H2O• N → NH3→ HNO2→ HNO3• S → H2SO4• P → H3PO4•二、厌氧分解•厌氧细菌•原理：发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2•N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味）•S → H2S（臭味）•P → PO3-4•水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化一、碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。

1．纤维素的转化•β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。

•来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。

A．微生物分解途径B．分解纤维素的微生物•好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌•厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。

•放线菌——链霉菌属。

•真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。

•需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。

2．半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖。

造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。

•分解过程•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。

霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。

3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。

黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。

微生物对污染物的降解与转化由于微生物代谢类型多样，所以自然界所有的有机物几乎都能被微生物降解与转化。

随着工发展，许多人工合成的新的化合物，掺入到自然环境中，引起环境污染。

微生物以其个体小、繁侠、适应性强、易变异等特点，可随环境变化，产生新的自发突变株，也可能通过形成诱导酶、生新的酶系，具备新的代谢功能以适应新的环境，从而降解和转化那些“陌生”的化合物。

大事实证明微生物有着降解、转化物质的巨大潜力。

(一)环境中的主要污染物所谓污染物，是指人类在生产生活中，排人大气、水体或土壤内的能引起环境污染，并对人环境有不利影响的物质的总称。

这些物质主要有农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属、放射性核素等。

总体可归为无毒和有毒污染物2大类，前者如纤维素、淀粉等有机物和酸、碱等无机物，后者如苯酚、多氯联苯等有机毒物和氰化物、各种重金属等无机毒物。

污染物对人类的危害是极其复杂的，有些污染物在短期内通过空气、水、食物链等多种媒介侵入人体，造成急性危。

也有些污染物通过小剂量持续不断地侵人人体，经过相当长时间，才显露出对人体的慢性危害或远期危害，甚至影响到子孙后代的健康。

(二)微生物对农药等有毒污染物的降解农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学制剂的总称。

我国每年使用50多万吨农药，利用率只“10％。

绝大部分残留在土壤中，有的被土壤吸附，有的经空气、江河传播扩散，引起大范围污染。

目前的农药多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药，其中有机氯农药危害性最大。

这些有毒化合物在自然界存留时间长、对人畜危害严重。

实验证明，环境中农药的清除主要靠细菌、放线菌、真菌等微生物的作用，微生物降解农药的方式有2种，一种是以农药作为唯一碳源和能源，或作为唯一的氮源物质，此类农药能很快被微生物降解，如氟乐灵，这是一种新型除草剂，它可作为曲霉属的唯一碳源，所以很易被分解；另一种是通过共代谢作用，共代谢是指一些很难降解的有机物，虽不能作为微生物唯一碳源或能源被降解，但可通过微生物利用其他有机物作为碳源或能源的同时被降解的现象，如直肠梭菌降解666时需要有蛋白胨之类物质提供能量才能降解。

微生物对污染物的降解和转化•有机污染物生物净化（天然物质、人工合成物质）•无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理•净化本质——微生物转化有机物为无机物•依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解•细菌是其中的主力军•原理：好氧有机物呼吸• C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐•H → H2O• N → NH3→ HNO2→ HNO3•S → H2SO4•P → H3PO4•二、厌氧分解•厌氧细菌•原理：发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2•N → RCHNH2COOH →NH3（臭味） + 有机酸（臭味）•S →H2S（臭味）•P → PO3-4•水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化一、碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。

1．纤维素的转化•β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。

•来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。

A．微生物分解途径B．分解纤维素的微生物•好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌•厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。

•放线菌——链霉菌属。

•真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。

•需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。

2．半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖。

造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。

•分解过程•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。

霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。

3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。

黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。