有机污染物生物降解途径ppt课件

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n 纤维素纤维素植物构造多糖植物构造多糖n 生物降解必需在产纤维素酶的微生物作用生物降解必需在产纤维素酶的微生物作用下分解成单糖。下分解成单糖。n 纤维素酶包括：纤维素酶包括：C1酶和酶和Cx酶酶-1,4-葡葡聚糖酶、聚糖酶、葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 微生物分解纤维素的生化机制微生物分

2、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按作用场所分：纤维素复合酶的类型按作用场所分：外表酶：分布于细胞外表外表酶：分布于细胞外表, ,不能在其细胞培育液中起作用的不能在其细胞培育液中起作用的酶食纤维菌酶食纤维菌外外 酶：分泌到胞外酶：分泌到胞外, ,在细胞生活环境中起作用的酶真菌在细胞生活环境中起作用的酶真菌的纤维素酶。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) ) 木材腐朽：木材腐朽： 棕色腐朽褐

3、腐：真菌分解纤维素剩下木质素棕色腐朽褐腐：真菌分解纤维素剩下木质素 白白 腐：真菌分解木质素剩下纤维素腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.b.细菌食纤维菌属细菌食纤维菌属) )c.c.放线菌放线菌 (2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。细菌：纤维分解梭菌。 真菌：木朽菌、层孔菌真菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：放线菌：(3)(3)高温条件：在高温条件：在60706070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：热纤维菌菌：热纤维菌 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属放线菌：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、生物组分的大分子有机物降解一、生物组

4、分的大分子有机物降解n 淀粉淀粉植物的储存多糖植物的储存多糖n 由产淀粉酶的微生物将淀粉水解成麦芽由产淀粉酶的微生物将淀粉水解成麦芽糖，糖， 在进入细胞内被微生物分解、利用。在进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：半乳糖醛酸以原果胶：半乳糖醛酸以-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、梭菌、假单孢菌等菌：芽孢杆菌、梭菌、

5、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：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生水浸法：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：把麻类物质堆置并坚持一定的湿度，露浸法：把麻类物质堆置并坚持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。利用好氧微生物分解果胶。果胶分解的运用果胶分解的运用-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、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖分解半纤维素的微生物：分解半纤维素的微生物：真菌双孢蘑菇真菌双

6、孢蘑菇放线菌青铜色小单孢菌放线菌青铜色小单孢菌细菌枯草杆菌细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H2O2H2OMnPMnP+Mn3+Mn2+Mn3+丙二酸盐丙二酸盐木素氧化态木素图1-3 MnP降解木素机制螯合物 微生物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； 木素普通是先被降解成芳香族化合物，再由多种微生物继续进展分解。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脂质或称脂类脂质或称脂类lipidsl

7、ipids是由脂肪酸与醇是由脂肪酸与醇缩合生成的酯及其衍生物，根据脂类的主缩合生成的酯及其衍生物，根据脂类的主要成分分类，可将脂类分为单脂和复脂。要成分分类，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，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，如结合磷酸的称为成分的酯，如结合磷酸的称为“磷脂磷脂phopholipidsphopholipids等。等。n显著特点是普通不溶于水，而溶于乙醚、显著特点是普通不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、苯

8、等有机溶剂，这种溶于有机溶剂氯仿、苯等有机溶剂，这种溶于有机溶剂而不溶于水的特性称为而不溶于水的特性称为“脂溶性。脂溶性。 n酯类物质普通先经过脂肪酶降解成甘油和酯类物质普通先经过脂肪酶降解成甘油和脂肪酸。甘油能被大多数微生物所利用；脂肪酸。甘油能被大多数微生物所利用；脂肪酸经过脂肪酸经过氧化，分解成多个乙酸。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nCH4CH3OHHCHOHCOOHCO22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

9、级烷烃类的氧化高级烷烃类的氧化n 高级烷烃低级化，低级构成相应的醛、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有三种能够二、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，普通先从侧链开场分解；各种芳烃类化合物虽然最终的步骤能够不同，但他们都有共同的中间产物双酚类化合物。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

10、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 目前运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生物对农药的降解和转化n 都是先被降解成双酚构造，再被其他微生物继续降解。n 2,4-D2,4-二氯苯氧乙酸、草芽苹和2,4,5-T的降解、DDT的降

11、解仅能经过微生物的共代谢得到降解12,4-D2,4-二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的降的降解解n广泛运用于化工、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Polyethylenglyc

12、ol，PEG的降的降解解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复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核酸的分解的氨化核酸的分解的氨化六、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：尿素细菌： 1 1、球菌：尿素生孢八叠球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯

13、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构成硝酸的微生物学过程铵氧化构成硝酸的微生物学过程硝化作用硝化作用化能自养型化能自养型异异 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NH4+ NO2- NO3-NH4+ NO2- NO3-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要素、影响硝化作用的环

14、境要素 (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，缺乏引起细胞缺水。湿度：过量影响通气，缺乏引起细胞缺水。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复原硝酸为亚硝酸、氨和微生物复原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸复原作用合成性硝酸复原作用硝酸盐的异化复原作用硝酸盐的异化复原作用脱氮脱氮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