微生物在物质循环中的作用修改

微生物在物质循环中的作用修改第1页/共32页第六章微生物在环境物质循环中的作用第2页/共32页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有机污染物的生物净化机理

净化本质——微生物转化为无机物

依靠——好氧分解与厌氧分解

厌氧分解厌氧细菌原理：发酵、厌氧无机盐呼吸好氧分解细菌是其中的主力军

原理：好氧有机物呼吸

第3页/共32页第一节碳素生物循环一、微生物分解有机物的一般途径（一）复杂有机物分解为简单有机物（二）简单有机物的有氧分解1、完全氧化2、不完全氧化（三）简单有机物的无氧分解机甲烷的生产第4页/共32页1、简单有机物的无氧分解糖类和其它的简单有机物在厌氧条件下通过发酵和无氧呼吸产生不完全氧化和还原态度产物如有机酸类、醇类、醛类等2、甲烷的生产第5页/共32页（1）甲烷产生菌（2）甲烷生产的基质：以CO2为电子受体，H2为电子供体，将CO2还原为CH4还可以利用CO,CH3OH,CHOOH,CH3CHOOH,甲胺、二甲胺第6页/共32页

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。（一）糖类污染物提问：哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。第7页/共32页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．微生物分解途径第8页/共32页纤维素分解酶1、C1酶水解未降解的天然纤维素2、β-1,4-葡萄糖酶不能水解天然的纤维素，只能切割部分降解的多糖。3、β-葡萄糖苷酶第9页/共32页第10页/共32页B．分解纤维素的微生物好氧细菌——粘细菌、噬纤维菌属、生孢噬纤维菌属和纤维弧菌、纤维单胞菌属厌氧细菌——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——诺卡氏菌、小单胞菌、链霉菌属。真菌——青霉菌、曲霉、根霉、镰刀霉、木霉及毛霉、葡萄穗霉和嗜热霉等。需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。第11页/共32页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

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。第12页/共32页Lignin木质素木质素空腔纤维素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。3．木质素的转化第13页/共32页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14页/共32页（二）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15页/共32页1．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（三）石油的转化第16页/共32页2．石油的降解机理A．链烷烃的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOHB．无支链环烷烃的降解：以环己烷为例

第17页/共32页C．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18页/共32页

苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示

苯的代谢第19页/共32页萘的代谢第20页/共32页菲的代谢第21页/共32页蒽的代谢第22页/共32页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23页/共32页提问：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二、人工合成的难降解碳源污染物的转化难———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。第24页/共32页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25页/共32页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甲基分支干扰生物降解，链末端与4个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强。第26页/共32页A．降解洗涤剂的微生物细菌——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌放线菌——诺卡氏菌由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化问题。第27页/共32页B．洗涤剂的降解机理第28页/共32页蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。（一）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1．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)。第二节氮循环第29页/共32页2．降解机理反硝化N2↑第30页/共32页3.典型含氮有机物的转化氰化物、乙