微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用修改

微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用修改第1頁(yè)/共32頁(yè)第六章微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用第2頁(yè)/共32頁(yè)有機(jī)污染物生物凈化天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)無機(jī)污染物生物凈化有機(jī)污染物的生物凈化機(jī)理

凈化本質(zhì)——微生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物

依靠——好氧分解與厭氧分解

厭氧分解厭氧細(xì)菌原理：發(fā)酵、厭氧無機(jī)鹽呼吸好氧分解細(xì)菌是其中的主力軍

原理：好氧有機(jī)物呼吸

第3頁(yè)/共32頁(yè)第一節(jié)碳素生物循環(huán)一、微生物分解有機(jī)物的一般途徑（一）復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物（二）簡(jiǎn)單有機(jī)物的有氧分解1、完全氧化2、不完全氧化（三）簡(jiǎn)單有機(jī)物的無氧分解機(jī)甲烷的生產(chǎn)第4頁(yè)/共32頁(yè)1、簡(jiǎn)單有機(jī)物的無氧分解糖類和其它的簡(jiǎn)單有機(jī)物在厭氧條件下通過發(fā)酵和無氧呼吸產(chǎn)生不完全氧化和還原態(tài)度產(chǎn)物如有機(jī)酸類、醇類、醛類等2、甲烷的生產(chǎn)第5頁(yè)/共32頁(yè)（1）甲烷產(chǎn)生菌（2）甲烷生產(chǎn)的基質(zhì)：以CO2為電子受體，H2為電子供體，將CO2還原為CH4還可以利用CO,CH3OH,CHOOH,CH3CHOOH,甲胺、二甲胺第6頁(yè)/共32頁(yè)

一、碳源污染物的轉(zhuǎn)化包括:

糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機(jī)化合物等。（一）糖類污染物提問：哪些糖類會(huì)成為污染物？難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會(huì)使自凈時(shí)間大大增加，從而對(duì)環(huán)境造成污染。這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。第7頁(yè)/共32頁(yè)1．纖維素的轉(zhuǎn)化β葡萄糖高聚物，每個(gè)纖維素分子含1400~10000個(gè)葡萄糖基（β1-4糖苷鍵）。來源：棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。A．微生物分解途徑第8頁(yè)/共32頁(yè)纖維素分解酶1、C1酶水解未降解的天然纖維素2、β-1,4-葡萄糖酶不能水解天然的纖維素，只能切割部分降解的多糖。3、β-葡萄糖苷酶第9頁(yè)/共32頁(yè)第10頁(yè)/共32頁(yè)B．分解纖維素的微生物好氧細(xì)菌——粘細(xì)菌、噬纖維菌屬、生孢噬纖維菌屬和纖維弧菌、纖維單胞菌屬厭氧細(xì)菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——諾卡氏菌、小單胞菌、鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、根霉、鐮刀霉、木霉及毛霉、葡萄穗霉和嗜熱霉等。需要時(shí)可以向有菌種庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)購(gòu)買或自行篩選。第11頁(yè)/共32頁(yè)2．半纖維素的轉(zhuǎn)化存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。分解過程

TCA循環(huán)聚糖酶CO2+H2O半纖維素單糖+糖醛酸

H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。第12頁(yè)/共32頁(yè)Lignin木質(zhì)素木質(zhì)素空腔纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)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．木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化第13頁(yè)/共32頁(yè)自然界中哪些微生物能夠進(jìn)行木質(zhì)素的降解呢？確證的只有真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的只有軟腐菌。黃孢原平毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)是白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。白腐—樹皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出白色的纖維素部分。*木質(zhì)素降解的意義何在呢？如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)化白腐菌降解木質(zhì)素呢？第14頁(yè)/共32頁(yè)（二）油脂的轉(zhuǎn)化水中來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細(xì)菌——熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌絲狀菌——放線菌、分支桿菌真菌——青霉、乳霉、曲霉途徑：水解+β氧化第15頁(yè)/共32頁(yè)1．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報(bào)道有200多種細(xì)菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌——諾卡氏菌酵母菌——假絲酵母霉菌——青霉屬、曲霉屬藻類——藍(lán)藻和綠藻（三）石油的轉(zhuǎn)化第16頁(yè)/共32頁(yè)2．石油的降解機(jī)理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOHB．無支鏈環(huán)烷烴的降解：以環(huán)己烷為例

第17頁(yè)/共32頁(yè)C．芳香烴芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別第18頁(yè)/共32頁(yè)

苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝第19頁(yè)/共32頁(yè)萘的代謝第20頁(yè)/共32頁(yè)菲的代謝第21頁(yè)/共32頁(yè)蒽的代謝第22頁(yè)/共32頁(yè)酚也是先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下第23頁(yè)/共32頁(yè)提問：為什么這些有機(jī)物難于生物降解？微生物缺乏相應(yīng)的水解酶二、人工合成的難降解碳源污染物的轉(zhuǎn)化難———對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如果一種化合物滯留可達(dá)幾個(gè)月或幾年之久,或在人工生物處理系統(tǒng),幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除種類：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。第24頁(yè)/共32頁(yè)1.氯苯類用途：穩(wěn)定劑（潤(rùn)滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）危害：急性中毒，是一種致癌因子（米糠油事件）降解菌：產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體通過共代謝完成氯苯的完全降解。*共代謝研究進(jìn)展及其成果對(duì)環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)狀？第25頁(yè)/共32頁(yè)2．洗滌劑可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類。我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于陰離子型烷基苯磺酸鈉。較早開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：ABS甲基分支干擾生物降解，鏈末端與4個(gè)碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。第26頁(yè)/共32頁(yè)A．降解洗滌劑的微生物細(xì)菌——假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌放線菌——諾卡氏菌由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。因而洗滌劑一般不會(huì)引起環(huán)境的有機(jī)污染。洗滌劑目前存在的問題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化問題。第27頁(yè)/共32頁(yè)B．洗滌劑的降解機(jī)理第28頁(yè)/共32頁(yè)蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。（一）蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化水中來源：

生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等1．降解蛋白質(zhì)的微生物好氧細(xì)菌——鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細(xì)菌——枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。第二節(jié)氮循環(huán)第29頁(yè)/共32頁(yè)2．降解機(jī)理反硝化N2↑第30頁(yè)/共32頁(yè)3.典型含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化氰化物、乙