水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程课件

第6章水环境中的微生物化学过程第6章水环境中的微生物化学过程1物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢。生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。物质在环境中的生物转化，微生物起着关键作用。由于微生物大量存在于自然界，生物转化呈多样性，又具有大的表面/体积值，繁殖非常迅速，对环境条件适应性强等特点。物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢。2微生物一词并非生物分类学(种、属、科、目、纲、门、界)的专门名词。微生物是一切肉眼看不见或看不清、个体微小、构造简单的低等生物的统称，它包括原核生物（细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体）、真核生物（原生动物、真菌、藻类）、非细胞生物（噬菌体、病毒）等个体微小，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看清其形态构造及测量其大小的生物。微生物一词并非生物分类学(种、属、科、目、纲、门、界)的专门3水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件4水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件5水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件6湿地——大自然的“肾”湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森林、海洋并称为全球三大生态系统。《湿地公约》对湿地的定义为“湿地是指天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地、静止或流动的淡水、半咸水、咸水水域，包括低潮时水深不超过6米的海水区。”湿地——大自然的“肾”湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森7人工湿地：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。按照污水流动方式，分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。中华人民共和国国家环境保护标准《人工湿地污水处理工程技术规范HJ2005-2010》，环境保护部发布。人工湿地：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填8活性污泥法生化处理池活性污泥法生化处理池9活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。活性污泥基本概念是由1912年英国人ClarkandCage发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后ArdenandLackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。活性污泥法处理污水的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化106.1天然水体中的微生物环境6.2有机污染物在水体中的生物降解过程6.3水体中金属的微生物转化6.1天然水体中的微生物环境111、浮游微生物群落6.1天然水体中的微生物环境2、底栖微生物群落1、浮游微生物群落6.1天然水体中的微生物环境2、底栖微生12

浮游植物：包括真核生物（藻类）和原核生物（蓝细菌（蓝藻））两类生物在内的光自养生物。

浮游细菌原生动物1、浮游微生物群落浮游植物：包括真核生物（藻类）和原核生物（蓝细菌（蓝藻））13

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15水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件16

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212.底栖微生物群落海（河、湖）底是水体与地表之间的一个过渡区，是含有有机物、矿物颗粒物质以及水的一个扩散和松散型的复合体。在沉积物的下部，微生物数量由于氧的消耗而下降，利用硝酸盐、硫酸盐和铁作为末端电子受体的厌氧微生物过程显示了较深的沉积物层特征。2.底栖微生物群落海（河、湖）底是水体与地表之间的一个过渡22活性污泥微生物的分类1）细菌：异养型原核细菌（107～108个/mL）动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）黄杆菌属大肠埃希式杆菌2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3）原生动物：鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。活性污泥微生物的分类23由于温度、pH值、氧气浓度等因素影响微生物群落的组成、生长速率和酶含量，这些环境条件不仅能影响微生物参与的转化速率，有时还能成为这些反应能否进行的控制因素。许多烃类在好氧条件下可生物降解，但在缺氧条件下的存在要持久得多。在高度还原条件下可观察到某些有机氯溶剂（如CCl4）的生物转化，而在有氧条件下，这些化合物却是持久性的。由于温度、pH值、氧气浓度等因素影响微生物群落的组成、生长速24

6.2有机污染物在水体中的生物降解过程6.2有机污染物在水体中的25水环境中有机物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物，其本质是酶促反应。微生物能否利用环境中的污染物，取决于其能否合成降解污染物的酶。

6.2.1有机化合物的生物降解水环境中有机物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物26细菌对有机物的氧化分解作用往往超过一般的化学氧化作用，在反应进行的速度和深度方面胜过强的化学氧化剂。细菌对有机物新陈代谢过程的各种反应都是依靠称为酶的一种生物催化剂来完成的。细菌对有机物的氧化分解作用往往超过一般的化学氧化作用，在反应27酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。80年代初发现了具有催化功能的RNA——核酶(ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域。1、酶(Enzyme)酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成28酶与一般催化剂的共同点:在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点:29酶促反应具有极高的效率:酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍;酶加速反应的机理是降低反应的活化能(activationenergy)。活化能:又被称为阈能,用来定义一个化学反应的发生所需要克服的能量障碍,表示一个化学反应发生所需要的最小能量。酶促反应具有极高的效率:酶的催化效率通常比非催化反应高1030反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应一般催化剂催能31生物技术的四大支柱生物技术的四大支柱32

根据催化反应类型，酶可分成六大类：氧化还原酶（催化氧化还原反应）转移酶（催化化学基团转移反应）水解酶（催化水解反应）裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应）异构酶（催化异构反应）合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种底物结合的反应）根据催化反应类型，酶可分成六大类：33根据催化反应类型，酶可分成六大类：氧化还原酶（催化氧化还原反应）过氧化氢酶：是一种广泛存在于各类生物体中的酶，它是一类抗氧化剂，其作用是催化过氧化氢转化为水和氧气的反应。2H2O2

→2H2O+O2根据催化反应类型，酶可分成六大类：过氧化氢酶：是一种广泛存在34

根据催化反应类型，酶可分成六大类：转移酶（催化化学基团转移反应）谷丙转氨酶：是一种转氨酶，存在于血浆及多种身体组织中，但最常见与肝脏关联。也叫血清谷氨酸丙酮酸转氨酶（serumglutamatepyruvatetransaminase，简称SGPT）或丙氨酸转氨酶（alanineaminotransferase，简称ALAT）。α-酮戊二酸+丙氨酸⇌谷氨酸+丙酮酸根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷丙转氨酶：是一种转氨酶35

根据催化反应类型，酶可分成六大类：水解酶（催化水解反应）酯酶：是一种水解酶，可在水分子的参与下，经由水解作用，将酯类切割成酸类与醇类。此类酶参与多种生物化学反应，依其专属受质、蛋白质结构，以及功能而有所不同。根据催化反应类型，酶可分成六大类：酯酶：是一种水解酶，可在36根据催化反应类型，酶可分成六大类：裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应）谷氨酸脱羧酶(GAD)：是一个催化谷氨酸脱羧为γ-氨基丁酸并释放CO2的酶。此反应以如下方式进行：HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH→CO2

+HOOC-CH2-CH2-CH2NH2根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷氨酸脱羧酶(GAD)：是37根据催化反应类型，酶可分成六大类：异构酶（催化异构反应）异构酶：是一种催化同分异构体转换的酶。葡萄糖-6-磷酸异构酶：D-葡萄糖-6-磷酸⇔D-果糖-6-磷酸根据催化反应类型，酶可分成六大类：异构酶：是一种催化同分异构38根据催化反应类型，酶可分成六大类：合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种底物结合的反应）谷氨酰胺合成酶：是一种控制氮代谢的酶，催化铵离子和谷氨酸合成谷氨酰胺，同时消耗ATP(三磷酸腺苷)。这个反应分成两步进行：酶先让ATP和谷氨酸反应，生成γ-谷氨酰磷酸；接着铵离子上来，替换掉磷酸。谷氨酸+NH3→谷氨酰胺根据催化反应类型，酶可分成六大类：谷氨酰胺合成酶：是一种控制39

酶按照成分，分为单成分酶和双成分酶两大类。单成分酶只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。双成分酶除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前者称酶蛋白，后者称辅基、辅酶。辅基同酶蛋白的结合比较牢固，不易分离。辅酶与酶蛋白结合松弛，易于分离。两者区别仅在于同酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格的界线。为了简便，均称为辅酶。酶按照成分，分为单成分酶和双成分酶两大类。40

在双成分酶催化反应时，一般是辅酶起着传递电子、原子或某些化学基团的功能，酶蛋白起着决定催化专一性和催化高效率的功能。只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。在双成分酶催化反应时，一般是辅酶起着传递电子、原子或某些化41

辅酶的成分是金属离子、含金属的有机化合物或小分子的复杂有机化合物。已经发现的辅酶有30余种。同一辅酶可以结合不同的酶蛋白，构成许多种双成分酶，可对不同底物进行相同反应。辅酶的成分是金属离子、含金属的有机化合物或小分子的复杂有机42FMN和FADNAD+和NADP+辅酶Q细胞色素酶系的辅酶辅酶A若干重要辅酶的功能黄素单核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷FMN和FAD若干重要辅酶的功能黄素单核苷酸烟酰胺43FMN和FAD辅酶FMN和FAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)FMN和FAD腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN44腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)腺嘌呤异咯嗪基异咯嗪基黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷45NAD+和NADP+辅酶NAD+和NADP+分别称为辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ，依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。辅酶Ⅰ辅酶Ⅱ烟酰胺腺嘌呤NAD+和NADP+辅酶Ⅰ辅酶Ⅱ烟酰胺腺嘌呤46水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件47

辅酶Q辅酶Q又称泛醌，简写CoQ,是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。共轭环己二烯二酮辅酶Q共轭环己二烯二酮48

细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素b,c1,c,a和a3等几种。它们的酶蛋白部分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉。

在酶促反应时辅酶铁卟啉中的铁不断地进行氧化还原，起到传递电子的作用。铁卟啉细胞色素酶系的辅酶铁卟啉49

辅酶A辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH,是一种转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫酯，在酶促反应中起着传递酰基的功能。巯基乙酰基酰基硫脂辅酶A巯基乙酰基酰基硫脂50

2、有机物的生物降解性易生物降解的有机物来源于动、植物残体及生物代谢过程中产生的物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、脂肪、核酸等。这些物质，通过微生物所产生的酶，很容易被分解成糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等简单的有机物，并最终分解为CO2、H2O、NH3等。难生物降解的有机物主要是工农业生产中排出的有机污染物，如农药、烃类等。2、有机物的生物降解性易生物降解的有机物51DDT杀虫剂DDT能让人产生心醉神迷似的感受。20世纪50年代一种流行的鸡尾酒――名叫“MickeySlim”，据悉是将少量的DDT加入杜公子酒中制成的。此图为二名女士在飘飘欲仙地“喝”DDT。

DDT杀虫剂DDT能让人产生心醉神迷似的感受。20世纪50年52DDT在自然环境中可通过生物过程转化为DDD和DDE，两种产物更难于进一步被生物降解。DDT的微生物分解主要是在厌氧条件下通过脱氯作用形成DDD的过程中而发生的。DDTDDT在自然环境中可通过生物过程转化为DDD和DDE，两种产536.2.2.1天然大分子有机物的降解6.2.2主要有机污染物的微生物降解途径6.2.2.2有毒有机污染物质的降解6.2.2.1天然大分子有机物的降解6.2.2主要有机54

生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放。生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。6.2.2.1天然大分子有机物的生物氧化生物氧化是指有机物质在机体细胞内的氧化，并伴随有能量的释放55

在生物氧化中有机物质的氧化大多为去氢氧化，所脱落的氢由相应氧化还原酶按一定顺序传递至受氢体。去氢氧化在生物氧化中有机物质的氧化大多为去氢氧化，所脱落的氢由相应56

生物氧化中的氢传递过程有氧氧化中以分子氧为直接或间接受氢体的氢传递过程无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的氢传递过程无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的氢传递过程这类氢传递过程中最常见的受氢体是硝酸根、硫酸根和二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的氢，而被分别被还原为分子氮（或一氧化二氮）、硫化氢和甲烷。生物氧化中的氢传递过程有氧氧化中以分子氧为直接或间接受氢体57糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。多糖类有机物是异养微生物的主要能源，也是生物细胞重要的结构物质和储藏物质，广泛地存在于动植物的尸体及废料中，如纤维素、淀粉、果胶质等。糖类的微生物降解糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多58糖类通式为Cx（H2O）y，分成单糖、二糖和多糖类。

单糖包括戊糖如木糖和己糖如葡萄糖、果糖等。

二糖如蔗糖、乳糖和麦芽糖。

多糖如淀粉、纤维素等。糖类通式为Cx（H2O）y，分成单糖、二糖和多糖59葡萄糖（glucose）结构葡萄糖（glucose）结构60

多糖水解成单糖单糖酵解成丙酮酸丙酮酸的转化微生物降解糖类的基本途径：多糖水解成单糖微生物降解糖类的基本途径：61

多糖水解成单糖多糖在胞外水解酶催化下水解成单糖。多糖水解生成的单糖产物以葡萄糖为主。多糖水解成单糖62

单糖酵解成丙酮酸细胞内单糖不论在有氧氧化或在无氧氧化条件下，都可经过相应的一系列酶促反应形成丙酮酸。这一过程称为单糖酵解。单糖酵解成丙酮酸63

丙酮酸的转化

有氧条件下的转化

无氧条件下的转化丙酮酸的转化64

丙酮酸的转化在有氧氧化条件下，丙酮酸通过酶促反应转化成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A与草酰乙酸经酶促反应转成柠檬酸。柠檬酸通过一系列酶促反应又形成草酰乙酸，可重新进行新一轮的转化。这种生物转化的循环途径称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称TCA循环。丙酮酸的转化65丙酮酸的氧化脱羧经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。丙酮酸的氧化脱羧经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆66水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件67

在TAC中，1分子乙酰CoA经2次脱羧（即去CO2)，生成2个CO2，这是体内CO2的主要来源；4次脱氢，其中3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢体。总反应式：乙酰CoA+3NAD++FAD+2H2O→2CO2+3NADH+3H++FADH2+HSCoA在TAC中，1分子乙酰CoA经2次脱羧（即去CO2)，生成68三羧酸循环的生理意义三大营养物质的共同氧化途径。

三羧酸循环的生理意义三大营养物质的共同氧化途径。69

丙酮酸的转化

在无氧氧化条件下丙酮酸通过酶促反应，往往以其本身作受氢体而被还原为乳酸，或以其转化的中间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的有机酸、醇及二氧化碳等。丙酮酸的转化70糖酵解的全过程糖酵解的全过程716.2.2.2有毒有机污染物质的降解6.2.2.2有毒有机污染物质的降解72一、反应类型氧化反应还原反应水解反应加成反应一、反应类型氧化反应731、氧化反应类型（1）加氧氧化（2）脱氢酶脱氢氧化（3）氧化酶脱氢氧化1、氧化反应类型（1）加氧氧化74（1）加氧氧化通常，这涉及带有金属的酶（如加氧酶）和像NAD(P)H这样的辅酶作用。如果O2的两个氧原子都被转化，这种酶被称作双加氧酶；相反地，单加氧酶仅能分离出一个氧原子。这种过程只能在有氧环境中进行反应。（1）加氧氧化通常，这涉及带有金属的酶（如加75水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件76水环境化学-6-水环境中的微生物化学过程ppt课件77（2）脱氢酶脱氢氧化脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，以非分子氧化合物为受氢体的酶类。脱氢酶能使相应的底物脱氢氧化。例如：醇氧化成醛RCH2OH→RCHO+2H醇氧化成酮R1CHOHR2→R1COR2+2H（2）脱氢酶脱氢氧化脱氢酶是伴随有氢原子或电子转移，78（3）氧化酶脱氢氧化氧化酶是伴随有氢原子或电子转移，以分子氧为直接受氢体的酶类。氧化酶使相应底物氧化。例如：RCH2NH2+H2O→RCHO+NH3+2H（3）氧化酶脱氢氧化氧化酶是伴随有氢原子或电79

还原反应时将电子转移到有机化合物的特定部位。微生物的还原转化涉及的化学结构和非生物还原反应易受影响的结构相同。2、还原反应还原反应时将电子转移到有机化合物的特定80三硝基芳香化合物代谢途径三硝基芳香化合物代谢途径81对硝基苯甲酸的代谢途径对硝基苯甲酸的代谢途径82

微生物用来引发外源有机化合物降解的一个重要途径是水解反应。这种反应可以在任何环境条件下进行，而且能够催化这种降解反应的酶都是基本酶（即总是存在），尽管它们的活性水平是可调节的。当以微生物为媒介进行水解反应时，其速率要比非生物水解反应快得多。3、水解反应微生物用来引发外源有机化合物降解的一个重要83（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解（2）芳香酯酶使芳香族酯水解（3）磷酸酯酶使磷酸酯水解（4）酰胺酶使酰胺水解水解反应类型（1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解（2）芳香酯酶使芳香族酯水解（384

微生物用来引发外源有机化合物降解的最后一种方法是在结构中加入含碳基团或水。两种含碳基团是延胡羧酸根（反丁烯二酸根）和重碳酸根。4、加成反应微生物用来引发外源有机化合物降解的最后一种85

当提供的环境中外源化合物结构中没有可以进攻的官能团时主要发生这种转化，如在缺氧环境中氧化酶中氧的亲电形式不能起作用时就可能会发生这种加成。通过含碳基团的加成可以使产生的化合物更容易进一步降解。当提供的环境中外源化合物结构中没有可以进攻的86二、化学结构-生物降解性为了辨别能够增强或抑制生物降解性的结构特征，最近开始关注结构-生物降解性的相关性。在这些研究中，已经有了一些数据来判断化合物生物降解的难易。在实验室模拟条件下，当一种物质在28天内消耗溶解氧的量超过其完全矿化所需要的理论需氧量的60%，即可称之为易降解物质。二、化学结构-生物降解性为了辨别能够增强或抑制87目前，在厌氧环境中，探究结构-活性趋势所需要的数据库远少于在好氧环境中相应的数据。好氧环境的结构-生物降解性目前，在厌氧环境中，探究结构-活性趋势所需要的数据库远88一些包含可水解基团的化合物，比如羧酸酯、氨基化合物、酐类或磷酸酯都很容易被降解。这些结构基团在蛋白质、多聚糖、脂肪等天然化合物中广泛存在。其次，羟基、醛基、羰基基团的存在表明化合物是易于生物降解的。此外，含氧基团在有机物的降解产物中也是很常见的。好氧环境的易降解结构特征一些包含可水解基团的化合物，比如羧酸酯、氨基化合物、酐类或磷89氯和硝基在芳环上时，都和化学拮抗性有关。季碳原子（CR1R2R3R4）和叔胺化合物（NR1R2R3）这种结构可以阻碍生物降解。某些结构基团可使生物降解性降低或消失氯和硝基在芳环上时，都和化学拮抗性有关。某些结构基团可使生物90碎片片段系数-CHO0.34-C(O)OR0.28-C(O)NR20.22-C(O)OH0.2-OH0.1叔-N-0.03季-C-0.04脂肪-Cl-0.03芳香-Cl-0.1芳香-NO2-0.24给定结构影响生物降解性的片段系数举例易降解难降解碎片片段系数-CHO0.34-C(O)OR0.28-C(O)91三、微生物利用酶的特点（1）环境中结构特殊的化合物对微生物转化来说是困难的。当化合物的结构与微生物通常利用的化合物有很大差异，当微生物初次碰到它们时，通常没有适于处理它们的现成的酶系。三、微生物利用酶的特点（1）环境中结构特殊的化合物对微生物转92（2）酶并不具备完全的底物（酶作用的物质）选择能力。酶虽然是用来结合和催化特定化合物的，但也能够与结构相似的化合物结合或诱导其反应。酶对部分结构与常见基质类似的化合物也能发生生物转化。三、微生物利用酶的特点（2）酶并不具备完全的底物（酶作用的物质）选择能力。酶虽然是93例如，5-苯基戊酸可以被那些用来处理脂肪酸（硬脂酸）的酶作用。与天然存在的有机物有相似性的外源有机物也能发生不同程度的生物降解，非目标化合物可以被本来是用来转化其它基质的酶系统所降解。（2）酶并不具备完全的底物（酶作用的物质）选择能力。例如，5-苯基戊酸可以被那些用来处理脂肪酸（硬94（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。微生物在消除化学干扰时，大部分细菌的策略通常是保持一个初始氧化步骤，将这些有毒的化学信号转化为极性更大的物质，转化产物或能进入常规的代谢途径，或因其水溶性增加，可以返回到环境中。即使对相关微生物来说不常见的有机物，有时也通过这种相对非选择性酶的作用慢慢降解。（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和95（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和利用未知的和不需要的化合物。例如苯的微生物降解。苯可被氧化酶和脱氢酶氧化为邻苯二酚及其衍生物。邻苯二酚及其衍生物也可由许多天然芳香化合物如水杨酸根和香草酸根代谢产生，而在许多微生物中都存在将二羟基苯衍生物代谢的途径。（3）微生物似乎总有一些相对非选择性的酶存在，以便用于进攻和96四、微生物降解与转化污染物的方式（P159）产生诱导酶形成突变菌株利用降解性质粒组建超级菌利用共代谢方式四、微生物降解与转化污染物的方式产生诱导酶97根据酶的合成方式和存在时间，微生物细胞内的酶可分为组成酶和诱导酶。

组成酶是细胞内一直存在的酶，它的合成仅受遗传物质控制即受内因控制。

诱导酶是在环境中有诱导物（一般是反应的底物）存在时，微生物会因诱导物存在而产生一种酶就是诱导酶，诱导酶的合成除取决于环境中诱导物外，还受基因控制即受内因和外因共同控制。1、产生诱导酶根据酶的合成方式和存在时间，微生物细胞内的酶可分为98

例如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的α-淀粉酶也是一种诱导酶，多种微生物都能产生这种酶。如果将能合成α-淀粉酶的菌种培养在不含淀粉的葡萄糖溶液中，它就直接利用葡萄糖而不产生α-淀粉酶。如果将它培养在含淀粉的培养基中，它就会产生活性很高的α-淀粉酶。例如，催化淀粉分解为糊精、麦芽糖等的α-淀99

微生物在生长过程中偶尔会发生遗传物质变化，从而引起个体性状的改变，形成了突变菌株。可以通过定向驯化或诱变技术获得具有高效降解能力的变种，使得难降解的、不可降解的有机物得到转化。2、形成突变菌株微生物在生长过程中偶尔会发生遗传物质变化，从100在许多微生物中存在由较短的DNA构成的质粒已被发现为多种降解酶提供编码。质粒是指一种独立于染色体外，能自我复制并稳定遗传的环状DNA分子。存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，乃至于植物的线粒体等胞器中。天然质粒的DNA长度从数千碱基对至数十万碱基对都有。质粒天然存在于这些生物里面，有时候一个细胞里面可以同时有一种乃至于数种的质粒同时存在。

3、利用降解性质粒在许多微生物中存在由较短的DNA构成的质粒已被发现为多种降解101

20世纪70年代初,Chakrabarty证明恶臭假单胞菌R1菌株中降解水杨酸的酶系由质粒基因控制,开创了降解质粒研究的新领域.到目前为止,国际上从自然界分离的菌株中发现的天然降解性质粒共有几十种.20世纪70年代初,Chakrab102

现代微生物学研究发现，许多有毒化合物，尤其是复杂芳烃类化合物的生物降解，往往需要多种质粒参与。将各供体细胞的不同降解性质粒转移到同一个受体细胞中，可构建多质粒超级菌株。4、组建超级菌现代微生物学研究发现，许多有毒化合物，尤其是103

有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢和共代谢。

共代谢是指一些难降解的有机物质不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其它可利用的碳源或能源物质时，此类有机物才可被转化降解的过程。5、利用共代谢方式有