微生物对化学品的生物降解与转化

影响微生物生物降解的因素

生物工程072班 韩轩 070302205

首先,我们应该明白生物降解是什么。生物降解（Biodegradation）是微生物（也包括其它生物）对物质（特别是环境污染物）的分解作用。它和传统的分解在本质上是一样的，但又有分解作用所没有的新的特征（如代谢，降解等），因此可视为分解作用的扩展和延伸。

从生物降解的定义我们可以明白，微生物的生长对生物降解有着至关重要的作用。所以，我将从影响微生物生长的因素来讨论影响生物降解的因素。影响微生物生长的因素最重要的是营养条件、温度、PH值、需氧量以及有毒物质。

1．营养条件

营养物对微生物的作用是：（1）提供合成细胞物质时所需要的物质；（2）作为产能反应的反应物，为细胞增长的生物合成反应提供能源；（3）充当产能反应所释放电子的受氢体。所以微生物所需要的营养物质必须包括组成细胞的各种元素和产生能量的物质。微生物种类繁多，各种微生物要求的营养物质亦不尽相同，根据对营养要求的不同，可将微生物分为特定的种类。

根据所需碳的化学形式，微生物可分为：（1）自养型；（2）异养型。

根据所需的能源，微生物可分为：（1）光营养型；（2）化能营养型。

2．温度对生物降解的影响

温度对微生物具有广泛的影响，不同的反应温度，就有不同的微生物和不同的生长规律。从微生物总体来说，生长温度范围是0～80℃。根据各类微生物所适应的温度范围，微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和低温性（嗜冷菌）四类。

微生物的全部生长过程都取决于化学反应，而这些反应速率都受温度的影响。在最低生长温度和最适温度范围内，若反应温度升高，则反应速率增快，微生物增长速率也随之增加，处理效果相应提高。但当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质变性及酸系统遭到破坏而失去活性，严重时蛋白质结构会受到破坏，导致发生凝固而使微生物死亡。低温对微生物往往不会致死，只有在频繁的反复结冰和解冻，才会使细胞受到破坏而死亡。但是低温将使微生物的代谢活力降低，通常在5C以下，细菌的代谢作用就大大受阻，处于生长繁殖的停止状态。

微生物对环境中有机污染物的降解机制

有机污染物是指由碳和氢等元素组成的化合物，常见的有机污染物包括石油类、农药、工业废水等。这些有机污染物对人类和生态系统的健康产生严重威胁，因此寻找有效的降解方法成为了迫切的需求。在此背景下，微生物降解成为了一种受到广泛研究的方法，微生物通过各种机制参与有机污染物的降解过程。

微生物降解有机污染物的机制主要分为生物吸附、生物转化和代谢三个方面。

首先，微生物可以通过生物吸附作用降解有机污染物。微生物表面具有许多吸附结构，如细菌细胞壁上的膜蛋白、菌丝的纤毛等。这些结构可以吸附并固定有机污染物，阻止其进一步扩散。同时，微生物还可以通过表面吸附结构上的酶活性，进一步促进有机污染物的分解。

其次，微生物通过生物转化作用将有机污染物转化为较简单的化合物。微生物体内的代谢酶可以催化有机污染物的化学反应，使其分解为更小的分子。例如，石油类污染物中的芳香烃可以被微生物转化为酚、醛等低毒性物质。这种生物转化作用具有高效、选择性强的特点。

最后，微生物通过代谢作用将有机污染物降解为无害的物质。微生物能够利用有机污染物作为能量源进行代谢反应，将其转化为水、二氧化碳等无害物质。这种代谢作用在自然界中广泛存在，为环境中有机污染物的彻底降解提供了有效途径。 微生物对环境中有机污染物的降解机制受到多种因素的影响，包括环境条件、微生物种类和污染物特性等。首先，环境条件的酸碱度、温度、氧气浓度等因素会影响微生物的生长和代谢活性，进而影响微生物对有机污染物的降解效率。其次，不同种类的微生物对不同类型的有机污染物具有不同的降解能力，这取决于微生物体内的代谢途径和代谢酶的种类。此外，有机污染物的化学结构和性质也会影响微生物对其的降解速率和效果。

总的来说，微生物对环境中有机污染物的降解机制是多样而复杂的。微生物通过吸附、转化和代谢等过程参与有机污染物的降解，有效净化环境。然而，为了提高微生物降解的效率和速度，还需要深入研究微生物的特性和环境因素对其的影响，以及开发相应的技术手段来促进微生物降解的应用。这将有助于解决有机污染物对环境和人类健康的威胁，实现可持续发展的目标。

微生物对环境中农药的降解与去除

农药是农业生产中常用的化学物质，虽然能有效地保护农作物免受虫害、病害和杂草的侵害，但也对环境产生一定的负面影响。农药残留在土壤、水体以及食物中可能会危害当地生态系统的平衡和人类的健康。因此，寻找一种能够降解和去除环境中农药的方法显得十分重要。

微生物在环境中扮演着关键的角色，它们可以通过降解和去除农药来减轻其对环境的影响。微生物降解是指微生物利用农药分子作为其生长和代谢的底物，将其转化为无毒或低毒的物质。而微生物去除则是指微生物通过吸附、转化、活性代谢等方式，将农药从环境中去除。

首先，我们需要了解微生物降解农药的机制。微生物在降解农药时主要通过酶的作用，将农药分解为更简单的化合物。这些酶通常是由微生物自身产生的，特定的酶用于特定类型的农药分解。例如，农药降解微生物能够产生的酶包括脱氯酶、脱甲基酶、氧化酶等。这些酶能够将农药分子中的有害物质去除或转化为无害物质，达到降解的效果。

其次，我们需要了解微生物去除农药的方式。微生物通过吸附农药分子表面，改变其化学性质，从而降低其在环境中的毒性。此外，微生物还可以通过吸附农药分子后，通过代谢将其转化为无害或低毒的物质。通过这些方式，微生物能够有效地从环境中去除农药。

许多微生物被发现具有降解和去除农药的潜力。一些细菌和真菌，如假单胞菌、芽孢杆菌和拟青霉等，被广泛应用于农药污染的生物修复和生物处理。这些微生物能够在不同的环境和条件下进行降解和去除，对多种类型的农药具有良好的适应性。此外，一些微生物也可以与其他生物和植物协同作用，提高农药的降解效果。

除了微生物降解和去除农药外，还有一些其他方法可以减少农药的环境影响。例如，通过合理的农药使用和施用技术，减少农药的使用量和浓度，可以有效地降低农药对环境的污染。此外，通过选择和使用天敌和生物控制剂，可以减少对农药的依赖，并降低其对环境的负面影响。

综上所述，微生物在环境中降解和去除农药方面具有巨大的潜力。通过发掘和利用这些微生物，可以有效地减轻农药对环境的危害，保护生态系统的平衡和人类的健康。然而，需要进一步的研究和技术支持，以促进微生物降解和去除农药技术的应用。只有充分发挥微生物的作用，才能在农业生产中实现可持续发展。

环境管理

▲HUANJINGYUFAZHAN 227煤微生物降解转化研究现状进展刘韵（陕西师范大学地理与旅游学院，陕西󰀃西安󰀃710119）摘要：煤是我国重要的能源之一，但煤的使用会产生大气、土壤、固废等生态环境污染，因此，如何降解转化煤炭成为当前煤炭处理主要问题之一。微生物对煤炭具有一定的降解转化能力，真菌及细菌在生长过程中产生的碱性物质、表面活性剂、螯合剂等均可降解转化煤炭。同时，微生物生成的部分酶对煤炭中的物质具有特异性降解功能，从而减少煤炭对环境的污染。关键词：煤；微生物；降解中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2019)10-0227-01DOI:10.16647/15-1369/X.2019.10.126Study on microbial degradation and transformation of coalLiu Yun(Shaanxi Normal University, Xi'an Shaanxi 710119, China)Abstract: Coal is one of important energy in our country, but the use of coal will produce the ecological environment such as air, soil, solid waste pollution, therefore, how to degrade into coal become one of the main problems of coal processing. Microorganisms have certain ability to degrade and transform coal, and the alkaline substances, surfactants and chelates produced by fungi and bacteria in the growth process can degrade and transform coal. At the same time, some enzymes produced by microorganisms have specific degradation function to the materials in coal, so as to reduce the pollution of coal to the environment.Key words: Coal;Microbial;Degradation当前，放眼全球，矿业类生产呈收缩姿态，而在我国国内，矿产品的需求也呈递减趋势[1]。目前，在我国煤矿业中，褐煤的使用最为频繁。褐煤燃烧值较低，被称为低劣煤，主要用于工业生产，但褐煤燃烧会释放大量含硫及含氮废气，直接燃烧会造成大气污染。同时，除褐煤外，我国整体矿山呈现点多面广的问题，由此易引发多种环境问题：土地损毁、废水产出、固体废物积存等。煤的微生物降解转化指利用微生物（包括真菌、细菌和放线菌等）将煤由大分子有机物转化为小分子有机物。煤的微生物降解分为三个阶段，液化、解聚和脱色，其中液化包括碱性化学物质(Quigley et al.,1988)、表面活性剂(Fakoussa,1988)及酶促(Fakoussa and Hofrichter)三种作用方式。同时，煤的微生物降解具有二次污染少、成本较低、能耗低、条件温和等优势。因此，使用有效的微生物对煤矿进行降解转化，将有利于我国资源、经济、环境和谐发展，符合国家、地方产业政策以及能源发展。1 煤的结构特征煤的结构包括煤的化学结构及物理结构，其中化学结构反应物质内部各元素原子组成的秩序，即原子的连接方式和顺序；物理结构则反应物质分子间空隙结构及其堆积方式。根据官能团特征研究，表明煤中主要的基团有：芳香烃（Ar-H）和脂肪烃（R-H），孤立的和氢键化的-OH与-NH2，羰基（C=O），酚（C-O），醚键（R1-O-R2），芳环，未发现有独立的C=C和C≡C等不饱和键[2]。2 煤微生物降解转化研究进展2.1 煤微生物降解转化的方法及机理以褐煤为例，早期的褐煤中包含木质素等部分植物组织的特征，即褐煤中含有芳香酸、酚类等结构，这些结构物质被称为腐殖酸。腐殖酸的存在使得微生物降解转化煤炭成为可能。因此，微生物是否能够降解转化煤炭的主要依据为微生物是否能够降解、转化木质素。目前，微生物降解转化褐煤主要通过以下三种机理：（1）微生物生长时，利用培养基中的多肽或多肽产生的碱性物质溶解褐煤中的酸性物质[3]。（2）微生物分泌的螯合物和表面活性剂对褐煤具有部分液化的作用[4]。（3）微生物分泌的某些酶对褐煤具有降解转化作用，主要为对木质素具有降解转化作用的酶，包括木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、水解酶等[5]。2.2 真菌对煤的降解转化作用2.2.1󰀃碱性物、表面活性剂、螯合剂对煤的降解转化作用真菌对煤的降解转化作用主要通过真菌生长时所产生的碱性物、表面活性剂、螯合剂以及体内酶催化四种方式。碱性物质可以中和煤中的酸性物，表面活性剂则起到保护作用酶的性能，减少降解性酶与煤中的氧化聚合物作用导致酶活性的降低，同时，表面活性剂可改变部分酶的反应位点，以提高降解性酶活性，达到更高降解煤的作用。2.2.2󰀃生物酶对煤的降解转化作用由于绝大多数褐煤中含有大量木质素，因此，降解煤的生物酶主要由具有降解木质素功能的生物酶组成，而木质素降解菌的筛选同时也成为降解煤菌种筛选的主要来源之一。2.3 细菌对煤的降解转化作用2.3.1󰀃碱性物、表面活性剂对煤的降解转化作用同真菌类似，细菌在生长过程中所产生的碱性物具有中和煤中酸性物质的作用，从而减少煤的污染性能。与真菌相比，细菌在生长过程中会分泌中较多的表面活性剂，表面活性剂可降低煤的表面张力，从而提高煤的可溶性，因此，细菌在生长过程中所产生的表面活性剂可液化部分褐煤和烟煤，从而起到降解转化煤的作用。2.3.2󰀃生物酶对煤的降解转化作用细菌的煤降解转化作用主要通过胞外酶进行，某些细菌所产生的胞外酶对煤具有液化性能，例如Streptomyces viridosporus T7A所产生（下转第229页）环境管理