微生物与环境

关于微生物与环境第1页，共102页，2023年，2月20日，星期四主要内容1人类与环境2微生物与水体自净第2页，共102页，2023年，2月20日，星期四1人类和环境

1.1人类环境的特点1.2环境污染物1.3环境污染与健康1.4环境对人类健康影响的

危险度评价退出第3页，共102页，2023年，2月20日，星期四第4页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1人类环境的特点1.1.1环境的组成自然环境(naturalenvironment)

社会环境(societalenvironment)

第5页，共102页，2023年，2月20日，星期四-自然环境

空间位置：海平面以下约12公里到海平面以上约10公里，亦称为生物圈(biosphere)。

1.1人类环境的特点第6页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1人类环境的特点原生环境/次生环境-原生环境(primitiveenvironment) 天然形成的未受到人为活动影响或影响较少的自然环境（生物地球化学性疾病）第7页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1人类环境的特点次生环境(secondaryenvironment) 在人类活动影响下，发生了重大变化的自然环境。[这种变化可产生有利或有害的影响，生产劳动微小次生环境(生产环境)]第8页，共102页，2023年，2月20日，星期四-社会环境又称社会文化环境，可直接影响健康，还可以影响自然环境和人的心理环境，间接影响健康。。1.1人类环境的特点第9页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1.2人类环境的生态平衡-生态系统(ecosystem)

生物群落和其生存环境所构成的系统。1.1人类环境的特点第10页，共102页，2023年，2月20日，星期四食物链(foodchain)一种生物被另一种生物吞食，后者再被第三种生物吞食，形成以食物连接起来的链锁关系

食物链对环境中物质的转移和蓄积有重要作用。1.1人类环境的特点第11页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1人类环境的特点生物富集(bio-enrichment)

环境中某些有毒物质可通过食物链传播使浓度逐级提高第12页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.1.3生态平衡(ecologicalequilibrium)

这是一种动态的平衡

1.1.4生态系统与人类健康1.1人类环境的特点第13页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.1环境污染与公害1.2.1.1环境污染(environmentalpollution)人类排放的污染物超过了环境的自净能力，使环境发生了不良变化，危害了人类的健康和生存，这就是环境污染。第14页，共102页，2023年，2月20日，星期四酸雾酸雨

赤潮水华第15页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.1.2公害(publicnuisance)

人为造成广泛的环境污染，严重危害居民健康、破坏生态。第16页，共102页，2023年，2月20日，星期四-公害病(publicnuisancedisease)

公害造成的地区性疾病-公害事件(publicnuisanceincident)

严重的公害可引起许多居民患病或死亡日本的水俣病1.2环境污染物第17页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物-光化学烟雾(photochemicalsmoke)

排入大气中的NOx和烃类在强烈的太阳紫外线作用下，发生光化学反应产生具有很强刺激性的浅蓝色烟雾。其主要成分为臭氧，过氧酰基硝酸酯、醛类、酮类等。光化学烟雾第18页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.2环境污染物的来源

1.2.2.1自然污染来源

1.2.2.2人为污染来源生产性污染/生活性污染/其他污染第19页，共102页，2023年，2月20日，星期四-生活性污染垃圾、污水、粪便，室内空气污染（室内燃烧产物、烹调油烟、香烟烟雾、装饰材料的挥发性有机物、建筑材料中的氡及空调场所的微生物等)。

1.2环境污染物第20页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物-生产性污染 工业生产中的物理、化学因素、三废，农业农药、化肥滥用等

-其他污染如交通等

第21页，共102页，2023年，2月20日，星期四随着手机越来越普及，一些高分贝的个性化手机铃声逐渐成为人们的新宠，然而专家指出，如果手机铃声不加以控制，就很可能成为新的污染源。手机的铃声音量均可达80分贝以上，而经积分级器测试，距1米处，手机铃声平均为76分贝，距5米仍有60分贝，如果把手机放在耳边时可达129分贝；如果2部手机同时响起距1米可达80分贝，由此可见，手机铃声的确很“吵”据专家介绍，噪声一般来说，对于睡眠的理想值是30分贝，而脑力劳动是40分贝，体力劳动理想值是70分贝，一个声音超过80、90分贝的时候就会对人的生活造成一定的影响，比如降低人的工作效率，增加人的烦恼度，它还容易引发工作场所的事故。专家说，手机铃声在公共场所频繁响动，对人们的工作、休息和交流都会造成一定干扰。为了防止手机铃声成为新的污染源，专家提醒人们不要把手机铃声音量调得过大，即使在公共场所使用手机时，也要注意不要影响他人来源：《生活时报》2002年10月22日

第22页，共102页，2023年，2月20日，星期四基因污染——环保新概念

紧跟新世纪到来的脚步，大量转基因生物及其产品被推向市场。现在，人们开始对转基因生物可能对环境及人类健康等方面造成的破坏感到担忧。于是，“基因污染”这个词出现了，并开始成为人们关注的问题之一。基因工程作物中的转基因能通过花粉(风扬或虫媒)所进行的有性生殖过程扩散到其它同类作物上，这已成为事实。这是一种遗传学上称为“基因漂散”的过程。而这种人工组合的基因通过转基因作物或家养动物扩散到其它栽培作物或自然界野生物种并成为后者基因的一部分，在环境生物学上则称为“基因污染”。

第23页，共102页，2023年，2月20日，星期四基因工程可能产生的生态危险性问题至少有以下几个方面：

1、污染自然界的生物基因库

2、影响自然界的生态平衡

3、污染传统作物

4、污染“微生态”菌群

5、能够在自然界增殖和扩散

第24页，共102页，2023年，2月20日，星期四-一次污染物(primarypollutant)由污染源直接排入环境，其物理和化学性状都未发生改变的污染物，称为，或原发性污染物。由一次污染物造成的环境污染称一次污染。1.2环境污染物第25页，共102页，2023年，2月20日，星期四-二次污染物(secondarypollutant) 一次污染物与环境中的其他物质发生反应，形成物理、化学性状与一次污染物不同的新污染物称为也称继发性污染物。由二次污染物造成的环境污染称为二次污染。1.2环境污染物第26页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2.3环境污染物的种类1.2.3.1化学性污染物有害气体SO2、CO、NOx等；重金属Hg、Cd、Pb、等；有机化合物如有机磷、有机氯农药、有机溶剂等。

1.2环境污染物第27页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.3.2物理性污染

噪声、电离辐射、电磁辐射等1.2.3.3生物性污染物

病原微生物，寄生虫等第28页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.4污染物在环境中的转归1.2.4.1污染物的迁移 污染物可以通过生物富集产生生物放大作用1.2.4.2污染物的转化 污染物通过理、化或生物学的作用，转变成另一种物质

第29页，共102页，2023年，2月20日，星期四我国其它酸雨区：1、珠江三角洲及其北部2、杭州湾第30页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.2环境污染物1.2.4.3环境的自净

(environmentalself-purification)少量污染物一时性进入环境，可经过自然过程的作用达到自然净化。第31页，共102页，2023年，2月20日，星期四-物理作用-化学作用-生物作用污染物经微生物作用可使有机物无机化1.2环境污染物第32页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康

1.3.1环境污染对健康影响的特点1.3.1.1广泛性1.3.1.2长期性1.3.1.3多样性1.3.1.4复杂性第33页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康1.3.1.1广泛性 污染影响范围大，人口多，对象广泛1.3.1.2长期性 可长时间作用于人群，甚至终生第34页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康1.3.1.3多样性

特异性、非特异性损害，局部的、全身的，急性、慢性的，近期、远期1.3.1.4复杂性

各种因素的联合作用第35页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3.2环境污染对人体健康的危害

1.3.2.1急性作用(acuteeffect)

污染物一次大量或24小时内多次接触机体后，在短时内使机体发生急剧的毒性损害。

1.3环境污染与健康第36页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康1.3.2.2慢性作用(chroniceffect)

污染物浓度较低，长期反复对机体作用时所产生的危害。第37页，共102页，2023年，2月20日，星期四慢性作用 毒物在体内的蓄积（物质蓄积）或由于毒物对机体微小损害的累积（机能蓄积）所致。慢性作用表现为慢性中毒和慢性非特异性影响1.3环境污染与健康第38页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康-慢性中毒 引起特定功能或器质性改变后出现的疾病状态。水俣病(Minamatadisease，甲基汞污染)痛痛病(Itai-itaidisease，镉污染)第39页，共102页，2023年，2月20日，星期四慢性非特异性影响

是指影响机体正常生长发育和功能，使机体的非特异免疫功能下降，导致受污染区的人群抵抗力下降，发病率死亡率增加等。1.3环境污染与健康第40页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3.3.3远期作用(remoteeffect)

-致突作用(mutagenesis)

化学致突变物占重要地位。

-致癌作用(carcinogenesis)

-致畸作用(teratogenesis)

1.3环境污染与健康第41页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康1.3.3.4间接效应

-温室效应(greenhouseeffect)

燃料燃烧产生大量CO2，使大气中CO2含量增加，CO2能吸收红外线等长波辐射，使气温变暖，并妨碍地面散热，致地球表面气温上升。第42页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3.4臭氧层的破坏 臭氧层能吸收短波紫外线。由于人类大量生产与使用氯氟烃(chlorofluorocarbons,

氟利昂，CFCs)。接触过量的短波紫外线可使皮肤癌和白内障等发病增加。1.3环境污染与健康第43页，共102页，2023年，2月20日，星期四在离地面10－50公里的大气平流层中，集中了大气中约90％的臭氧，这一层大气层称为臭氧层。臭氧由三个氧原子组成，而且非常稀少；1千万个大气分子中只有三个臭氧分子。第44页，共102页，2023年，2月20日，星期四这层薄薄的臭氧有效遮挡住阳光中有害的紫外线,臭氧层就象撑在空中的一把伞，保护着地球上的生灵免遭短波紫外线的伤害.

一九二八年，CFCs(氟氯氟烃)这种“神奇气体”被发明，并在商业上得以广泛的应用。

CFCs不溶于水，径直上升至平流层，正在把臭氧层吃光……随着臭氧层的破坏，越来越多的短波辐射透射到地球表面第45页，共102页，2023年，2月20日，星期四臭氧空洞1、自然原因：

太阳黑子爆炸时发出许多带电质子，轰击地球上层大气，对臭氧层破坏；另外，南极上空的上升气流把臭氧含量较高的中层大气输送到上层，从而降低了那里的含量2、人为原因：冷冻剂、消毒剂、发泡剂和灭火剂等化学制品在使用时排放的氟氯烃使臭氧变成纯氧从而破坏臭氧层。O3第46页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.3环境污染与健康1.3.5酸雨

pH值小于5.65酸雨中起主要作用的是H2SO4和HNO3，母质气体主要是硫氧化物和氮氧化物。第47页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.4环境对人类健康影的危险度评价

1.4.1危险度评价(riskassessment)对环境中有害因素可能引起的健康效应及其危害程度进行定性和定量的评价，并预测环境有害因素在接触人群中可能引起的有害效应的检出率或病死率第48页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.4环境对人类健康影的危险度评价1.4.2评价的四个阶段1.4.2.1危害鉴定(hazardidentification，

定性评价阶段）: 判断某物质对各种生物系统和人的毒性和 危害性。

第49页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.4环境对人类健康影的危险度评价1.4.2.2暴露评定

(exposureassessment) 没有确切的暴露资料，就无法评价该物质对人群产生的危害。第50页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.4.3.3剂量—反应关系评定

(dose-responseassessment)

是指一定剂量的化学或物理因素与机体接触后，产生某种效应的个体数在群体中所占比率。危险度评价的核心部分/定量评价阶段的开始。

1.4环境对人类健康影的危险度评价第51页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.4.3.4危险度特征分析

(riskcharacterization) 计算求得危险人群(暴露组)的反应率，即该人群的健康危险度。主要根据求得的剂量—反应关系与暴露组的暴露特征的数据通过数学模式推算。1.4环境对人类健康影的危险度评价第52页，共102页，2023年，2月20日，星期四

1.5.1环境保护是我国的基本国策

环境保护基本方针

1.5环境污染的防制对策第53页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.5环境污染的防制对策1.5.2环境污染的防制措施主要从环境污染源和立法方面入手1.5.2.1治理工业“三废”：是防止环境污染的主要措施1.5.2.2预防农药污染：合理利用农药，减少农药残留第54页，共102页，2023年，2月20日，星期四1.5环境污染的防制对策1.5.2.3预防生活性污染 生活污水垃圾、医院污水垃圾1.5.2.4制定完善的环境保护法律、法规和保证体系第55页，共102页，2023年，2月20日，星期四2微生物与水体自净第56页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.1有机污染物生物净化2.2天然物质、人工合成物质2.3无机污染物生物净化第57页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.1有机污染物的生物净化净化本质——微生物将其转化为无机物机理——好氧分解与厌氧分解2.1.1好氧分解细菌原理：好氧有机物呼吸第58页，共102页，2023年，2月20日，星期四

C→CO2+碳酸盐和重碳酸盐

H→H2ON→NH3→HNO2→HNO3

S→H2SO4

P→H3PO4

2.1.2厌氧分解厌氧细菌原理：发酵、厌氧无机盐呼吸无毒无臭！→矿化盐2.1有机污染物的生物净化第59页，共102页，2023年，2月20日，星期四C→RCOOH（有机酸）→CH4+CO2N→RCHNH2COOH→NH3（臭味）+有机酸（臭味）S→H2S（臭味）P→PO43-水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第60页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.1有机污染物的转化2.1.1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。-糖类污染物哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖，主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。第61页，共102页，2023年，2月20日，星期四-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。

第62页，共102页，2023年，2月20日，星期四*分解途径第63页，共102页，2023年，2月20日，星期四*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。第64页，共102页，2023年，2月20日，星期四-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

TCA循环聚糖酶CO2+H2O半纤维素

单糖+糖醛酸

H2O各种发酵产物厌氧分解第65页，共102页，2023年，2月20日，星期四*分解半纤维素的微生物 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素：

芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌、放线菌、根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。第66页，共102页，2023年，2月20日，星期四木质素模式图第67页，共102页，2023年，2月20日，星期四Lignin木质素木质素空腔纤维素3．木质素的转化木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。香豆醇松柏醇芥子醇聚合交联第68页，共102页，2023年，2月20日，星期四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，疑似的只有软腐菌。黄孢原平毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)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。白腐—树皮上木质素被该菌分解后漏出白色的纤维素部分。

*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木质素呢？第69页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.1.2氮源有机污染物的转化蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。-蛋白质的转化水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等*降解蛋白质的微生物好氧细菌——链球菌和葡萄球菌好氧芽孢细菌——枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌兼性厌氧菌——变形杆菌、假单胞菌厌氧菌——腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。第70页，共102页，2023年，2月20日，星期四*降解机理反硝化N2↑第71页，共102页，2023年，2月20日，星期四*典型含氮有机物的转化氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物

水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危害：生物毒害、环境积累第72页，共102页，2023年，2月20日，星期四*降解这些物质的微生物细菌——紫色杆菌、假单胞菌放线菌——诺卡氏菌真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等第73页，共102页，2023年，2月20日，星期四*降解机理a.氰化物5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3b.有机腈第74页，共102页，2023年，2月20日，星期四

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α—氨基乙腈，进而合成为丙氨酸

HCNCH3COHCH3CHNH2CNCH3CHNH2COOH

甲醛α—氨基乙腈丙氨酸第75页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.1.3油脂的转化水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂降解油脂较快的微生物：细菌——荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌丝状菌——放线菌、分支杆菌真菌——青霉、乳霉、曲霉途径：水解+β氧化第76页，共102页，2023年，2月20日，星期四-石油的转化什么是石油？石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。*石油成分的生物降解性与分子结构有关第77页，共102页，2023年，2月20日，星期四*降解石油的微生物降解石油的微生物很多，据报道有200多种细菌——假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌——诺卡氏菌酵母菌——假丝酵母霉菌——青霉属、曲霉属藻类——蓝藻和绿藻第78页，共102页，2023年，2月20日，星期四-石油的降解机理链烷烃的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOH第79页，共102页，2023年，2月20日，星期四无支链环烷烃的降解

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环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作用下将污染物彻底降解——共代谢。第80页，共102页，2023年，2月20日，星期四-芳香烃芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别第81页，共102页，2023年，2月20日，星期四-苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示

苯的代谢第82页，共102页，2023年，2月20日，星期四萘的代谢第83页，共102页，2023年，2月20日，星期四菲的代谢第84页，共102页，2023年，2月20日，星期四蒽的代谢第85页，共102页，2023年，2月20日，星期四酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下第86页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.2人工合成物质物的生物降解难———对于自然生态环境系统,如果一种化合物滞留可达几个月或几年之久,或在人工生物处理系统,几小时或几天之内还未能被分解或消除第87页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.2人工合成物质物的生物降解种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等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第88页，共102页，2023年，2月20日，星期四第89页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.2.1氯苯类用途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）危害：急性中毒，是一种致癌因子（米糠油事件）降解菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体通过共代谢完成氯苯的完全降解。*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现状？第90页，共102页，2023年，2月20日，星期四2.2.2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。我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：ABS甲基分支干扰生物