微生物在环境物质循环中的作用

微生物在环境物质循环中的作用第一页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8微生物在环境物质循环中的作用第二页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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

第三页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8.1碳循环含碳物质包括：二氧化碳、碳水化合物（糖、淀粉、纤维素等）、脂肪、蛋白质等碳源污染物包括:

糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。8.1.1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。第四页，共五十五页，编辑于2023年，星期六1.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．微生物分解途径第五页，共五十五页，编辑于2023年，星期六第六页，共五十五页，编辑于2023年，星期六第七页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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。第八页，共五十五页，编辑于2023年，星期六2．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第九页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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。第十页，共五十五页，编辑于2023年，星期六3.微生物对果胶(pectin)类物质的分解果胶酸聚戊糖半乳糖醛酸甲醇好氧条件厌氧条件CO2+H2O各种发酵产物第十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期六降解果胶类物质的微生物：好氧细菌：芽孢杆菌、软腐欧氏菌等，厌氧细菌：费氏浸麻菌等真菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉等放线菌第十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期六4.微生物对淀粉(starch)的分解第十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期六淀粉分解菌：分解淀粉的微生物有细菌、放线菌、真菌。其中以细菌和真菌的分解能力较强。第十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8.1.2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氧化第十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期六脂肪的分解代谢脂肪脂酶水解甘油脂肪酸第十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期六脂肪酸活化

——脂酰CoA第十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期六氧化的生化历程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoA

β-烯脂酰CoA水化酶

β-羟脂酰CoA脱氢酶

β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA

+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2O

CoASHTCA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoAATPH20呼吸链H20呼吸链

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA第十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期六1．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8.1.3石油的转化第十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期六2．石油的降解机理A．链烷烃的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH3-COOH+R-COOH第二十页，共五十五页，编辑于2023年，星期六B．无支链环烷烃的降解：以环己烷为例第二十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期六O2快速双向β氧化ω-碳原子发生氧化作用第二十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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二十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期六

苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示

苯的代谢第二十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期六萘的代谢第二十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期六菲的代谢第二十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期六蒽的代谢第二十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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，可表示如下第二十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期六提问：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8.1.4人工合成的难降解碳源污染物的转化种类：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。第二十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期六1.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。第三十页，共五十五页，编辑于2023年，星期六2．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第三十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期六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。第三十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期六B．洗涤剂的降解机理第三十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期六植物蛋白动物蛋白蛋白质氨基酸尿素NH3NO2-NO3-N2固氮死亡排泄硝化硝化反硝化反硝化吸收氨化反硝化8.2氮循环第三十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期六1）固氮作用：固氮微生物2）氨化作用：异养菌分解作用3）硝化作用：化能自养菌4）同化作用：异养菌吸收5）反硝化作用：化能异养菌无氧呼吸第三十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期六蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。8.2.1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)。第三十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期六2．降解机理反硝化N2↑第三十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期六3.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A．降解这些物质的微生物第三十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期六B．降解机理a.氰化物5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3b.有机腈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—氨基乙腈丙氨酸第三十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8.3硫循环硫的三种状态：元素硫、无机硫化物和有机硫化物第四十页，共五十五页，编辑于2023年，星期六有机硫化物SO42-H2SS同化作用还原作用氧化作用氧化作用矿化作用腐败作用第四十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期六第四十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8.3.1含硫有机物的转化COOH+2H2OCH3COOH+HCOOH+NH3+H2SCHNH2CH2SH变形杆菌半胱氨酸第四十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期六8.3.2无机硫的转化1.硫化作用：在有氧条件下，通过硫细菌的作用将硫化氢氧化为元素硫，再进而氧化为硫酸的过程。参与微生物：硫化细菌硫磺细菌第四十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期六硫化细菌属于硫杆菌属，G—；硫化氢、元素硫、硫代硫酸盐、亚硫酸盐及多硫磺酸盐；产生硫酸，同化二氧化碳合成有机物；多半在细胞外积累硫，有些菌株也在细胞内积累硫。第四十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期六（1）氧化硫硫杆菌2S+3O2+2H2O2H2SO4+能量Na2S2O3+

2O2+H2ONa2SO4+H2SO4+能量2H2S+O22H2O+2S+能量第四十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期六（2）氧化亚铁硫杆菌4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(

SO4

)

3+2H2O第四十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期六硫磺细菌氧化硫化氢为元素硫，贮积在细菌体内，当环境中缺少H2S，细胞内贮积的硫磺颗粒能继续氧化成SO42-（1）丝状硫磺细菌包括贝日阿托氏菌属、发硫菌属、辫硫菌属、亮发菌属和透明颤菌属；（2）光能自养硫细菌2H2S+O22H2O+2S+能量第四