微生物在水體自凈中的作用課件

第七章微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中的作用微生物生態(tài)學(xué)在一定意義上也可稱作環(huán)境微生物學(xué)，是生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科，研究和揭示微生物系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)（包括動植物）間的相互作用及其功能表達規(guī)律，探索其控制和應(yīng)用途徑。主要研究微生物在自然界中的分布、種群組成、數(shù)量和生理生化特性；微生物之間及其與環(huán)境之間的關(guān)系和功能，以及微生物與動植物之間的相互關(guān)系和功能等。微生物生態(tài)學(xué)的目的是通過研究，充分了解和掌握微生物生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，更好地發(fā)揮微生物的作用，更充分地利用微生物資源，為解決人口膨脹、資源匱乏、能源短缺和環(huán)境污染問題，特別是為解決環(huán)境污染問題提供生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)和方法、技術(shù)手段等，為我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

第一節(jié)土壤微生物生態(tài)土壤是微生物的天然培養(yǎng)基一.土壤的生態(tài)條件（一）營養(yǎng)（有機物、無機元素、微量元素）（二）pH（適合大多數(shù)微生物生長需要）（三）滲透壓（對微生物是等滲溶液或低滲溶液，有利于微生物攝取營養(yǎng)）（四）氧氣和水（團粒結(jié)構(gòu)，有小孔隙為土壤創(chuàng)造通氣條件；具有良好的持水性）（五）溫度（保溫性好）（六）免遭太陽光中紫外輻射二、微生物在土壤中的種類、數(shù)量與分布（一）土壤中微生物的種類和數(shù)量肥土中微生物數(shù)量大于貧瘠土中微生物數(shù)量細菌放線菌真菌藻類原生動物Microbialnumberandbiomassincultivatedfieldsoil（15cm）MicrobesNumbers/gBiomass(g/m3）Bacteria108160Fungi105200Actinomycetes105-106160Algae104-10532Protozoa10438（二）微生物在土壤中的分布土壤中微生物水平分布取決于碳源土壤中微生物垂直分布與紫外輻射、營養(yǎng)、水、溫度等因素有關(guān)。5-20cm數(shù)量最多逐漸減少，2m深處幾個/克MaintypesofsoilmicroorganismsAgrobacteriumAlcaligenesArthrobacter節(jié)細菌屬

BacillusCaulobacter柄桿菌屬Cellulomonas纖維單胞菌屬

Clostridium梭菌屬

Corynebacterium棒狀桿菌屬Flavobacterium黃桿菌屬MicrococcusMycobacteriumPseudomonasStaphylcoccus三、土壤自凈和污染土壤的微生物生態(tài)土壤自凈土壤對施入一定負荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解的能力，通過各種物理、化學(xué)和生物過程分解污染物使土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程。土壤自凈能力取決于微生物的種類、數(shù)量和活性，也取決于土壤的結(jié)構(gòu)、通氣狀況等理化性質(zhì)。四、土壤污染與土壤生物修復(fù)（一）土壤的污染與不良后果1.土壤的污染土壤污染主要來自含有毒物和重金屬的污水農(nóng)田灌溉和土地處理，固體廢物堆放和填埋等的滲濾液，底下儲油罐泄露以及噴灑農(nóng)藥等。土壤污染的類型土壤污染的類型目前并無嚴格的劃分，如從污染物的屬性來考慮，一般可分為有機物污染、無機物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。（1）有機物污染:石油、有機農(nóng)藥等；（2）無機物污染：重金屬污染等；（3）生物污染：細菌、真菌等；（4）放射性污染：放射性核素等。2.土壤污染的危害（1）影響人體和生物健康:土壤可以通過食物鏈影響人體健康；（2）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起代謝失調(diào)，生長發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。（3）影響生態(tài)系統(tǒng)安去：通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng)。土壤污染物的來源例如1966年冬至1977年春，沈陽—撫順污水灌區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來張土灌區(qū)的鎘污染，造成大面積的土壤毒化、水稻矮化、稻米異味、含鎘量超過食品衛(wèi)生標(biāo)準。經(jīng)過十余年的艱苦努力，包括施用改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價。（二）土壤修復(fù)土壤修復(fù)的研究始于20世紀70年代，80年代歐美耗資十幾億美元至上千億美元投入土壤修復(fù)工作，取得較好的成果。土壤的生物修復(fù)是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構(gòu)建的特異性功能菌投加到土壤中，將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，恢復(fù)土壤的天然功能。1.土壤生物修復(fù)的工作步驟調(diào)查污染地的本底資料制訂治理方案，進行可行性實驗技術(shù)實施2.土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵微生物(土著微生物、菌種選育、質(zhì)粒育種或基因工程菌)微生物營養(yǎng)（C：N：P）溶解氧（鼓風(fēng)、過氧化氫）微生物的環(huán)境因子（水、pH、溫度）污染土壤修復(fù)工作流程可處理計劃系統(tǒng)分析應(yīng)急對策長期對策凈化處理穩(wěn)定處理原位修復(fù)異位修復(fù)原位分解原位提取分離分解凈化原位穩(wěn)定異位穩(wěn)定3.土壤生物修復(fù)工程微生物修復(fù)法原位生物修復(fù)：將污染土壤在原地處理。異位生物修復(fù)：包括現(xiàn)場處理法、預(yù)制床法、堆制處理法、生物反應(yīng)器和厭氧生物修復(fù)法。植物修復(fù)技術(shù)淋洗機械分離裝置◆30m3/h處理能力淋洗修復(fù)工程土地耕作Composting生物通風(fēng)強化堆置一般混合處理油污染土壤高濃度污染土壤低濃度污染土壤無污染土壤回填清潔土壤土壤淋洗表面活性劑污染土壤洗凈土壤洗凈水油水分離油層吸附處理或回收材料廢棄材料水層排水處理排水處理處理水達標(biāo)排放原位或異位生物修復(fù)營養(yǎng)鹽加熱系統(tǒng)污染土壤Air石油污染修復(fù)一般流程石油污染土壤修復(fù)一、空氣的生態(tài)條件干燥、紫外線微生物的暫時存在場所二、空氣微生物的種類、數(shù)量和分布空氣微生物的來源很多塵土、水滴、人和動物脫落物、污水處理系統(tǒng)、與環(huán)境狀況有關(guān)與人類活動有關(guān)空氣微生物沒有固定類群存活時間長的有芽孢桿菌、霉菌和放線菌的孢子、原生動物胞囊第三節(jié)空氣微生物生態(tài)三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準及生物潔凈技術(shù)空氣是傳播疾病的媒介。需要控制空氣中微生物數(shù)量細菌總數(shù)為指標(biāo)室內(nèi)空氣中細菌總數(shù)衛(wèi)生標(biāo)準（GB/T17093-1997）四、空氣微生物檢測固體法平皿沉降法：瓊脂平板暴露空氣5~10min，37℃48hr培養(yǎng)撞擊法：液體法五、軍團菌病1976年美國賓夕法尼亞州費城全美退伍軍人大會召開期間，4000多名與會者中的221人患了不明原因的肺炎，其中34人死亡。由于患者主要是退伍軍人，故稱此病為軍團菌病。病原菌為嗜肺軍團菌。廣泛分布于自然界，特別是水中。目前得知軍團菌科軍團菌屬共有47個種，70多個血清型，其中與人類關(guān)系最為密切的是嗜肺軍團菌，由它引起的肺炎，一旦發(fā)病或流行而未經(jīng)妥善處理與及時治療，病死率很高。國際上該病又有現(xiàn)代文明病之稱。目前世界上已有30多個國家均報道有軍團菌病的暴發(fā)流行。WHO已把軍團病列入常規(guī)疾病監(jiān)測范圍。軍團菌屬是一類需氧的G–桿菌，專性需氧，無芽孢，無莢膜，長1-2um，有一至數(shù)根極或次極鞭毛，與其它G–桿菌不同的是，該菌細胞壁均具有獨特的脂肪酸譜和泛醌結(jié)構(gòu)。該菌在普通培養(yǎng)基及血平板上不生長。本菌的生長需要半胱氨酸和鐵，利用氨基酸作為能量和碳的來源，既不發(fā)酵也不氧化糖類，不還原硝酸鹽，氧化酶試驗陰性或弱陽性，觸酶試驗陽性或弱陽性，尿素酶陰性，最適生長pH值為6.9。在含2%-5%CO2的培養(yǎng)箱環(huán)境中能促進部分菌株的生長。第四節(jié)水體微生物生態(tài)一、水體微生物來源水體中固有微生物來自土壤來自生產(chǎn)和生活的微生物來自空氣的微生物二、水體的微生物群落海洋中的微生物群落嗜冷、嗜鹽或耐鹽、耐壓（二）淡水微生物群落1.來源:土壤、雨水2.數(shù)量和種類：

貧營養(yǎng)細菌（oligotrophicbacteria）

兼性貧營養(yǎng)細菌富營養(yǎng)細菌硫細菌、鐵細菌、色桿菌屬微球菌屬三、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)（一）水體自凈天然淡水水體是人類生活和工業(yè)生產(chǎn)用水的水源，也是動植物生長繁殖的場所。在正常情況下，在其中存在著正常的生物循環(huán)即食物鏈。以河流為例，水中的各種生物構(gòu)成的食物鏈一般是這樣一種模式：污染物進入水體后是否發(fā)生污染幾乎完全取決于食物鏈中各種生物對于污染物的凈化能力。污染物量在一定范圍內(nèi)時，可以被食物鏈生物凈化掉，這一過程就是水體的自凈。水體自凈定義：把天然水體接納了一定量的污染物后，在物理、化學(xué)和水生生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前狀態(tài)的現(xiàn)象，叫做水體的自凈。物理作用：稀釋、沉淀（弱）化學(xué)作用：日光、氧氣等對污染物的分解（弱）生物作用：生物降解（強）水體自凈速度有哪些限制因素？物理？流量、流速、污染物物理性質(zhì)化學(xué)？地域、季節(jié)、天氣生物？代謝的極限速度、生物種類、數(shù)量（營養(yǎng)物濃度、環(huán)境因子）因此水體的自凈能力是有限的。在正常情況下，水體單位時間內(nèi)通過正常生物循環(huán)中能夠同化有機污染物的最大數(shù)量稱為同化容量或自凈容量。A．自凈的過程水體自凈過程大致如下a.物理作用有機污染物排入水體后被水稀釋，有機和無機固體沉降到河底；b.生物作用

溶氧↓溶解氧↑好氧菌↑好氧菌↓有機物降解

厭氧菌↑自然溶氧、藻類產(chǎn)氧河流污染和自凈過程河流污染和自凈過程圖B．指示生物例如污染前污染

凈化開始持續(xù)結(jié)束生物:植物消失

藻類、原生魚蝦植物魚動物出現(xiàn)出現(xiàn)魚

可作為指示生物的生物種類很多，包括細菌、真菌、藻類、原生動物、輪蟲、浮游甲殼動物、底棲動物有寡毛類的顫體蟲、軟體動物和植物和水生昆蟲等。

2.污化系統(tǒng)污化系統(tǒng)是水體污染程度的劃分系統(tǒng)。通常將水體污染水體劃屬為不同的污染帶類型。

污化系統(tǒng)表（1）顫蚯蚓是后生動物蠕蟲中的一種，與陸地上的蚯蚓從體態(tài)和習(xí)性上都十分相似，他們也是環(huán)節(jié)動物，棲息于水底污泥中，與蚯蚓類似吞食污泥故俗稱水蚯蚓，與蚯蚓不同的是，他們體表多毛。污化系統(tǒng)表（2）

天藍喇叭蟲椎尾水輪蟲櫛蝦污化系統(tǒng)表（3）變異直鏈硅藻水花束絲藻梭裸藻短棘盤星藻污化系統(tǒng)表（4）

前節(jié)晶囊輪蟲蚤狀水蚤大型水蚤

魚腥蚤玫瑰旋輪蟲水體有機污染指標(biāo)BIP指數(shù)無葉綠素微生物占所有微生物的百分比。細菌總數(shù)總大腸菌群糞大腸菌群四、水體富營養(yǎng)化第五節(jié)碳循環(huán)碳循環(huán)以二氧化碳為中心，二氧化碳被植物、藻類利用進行光合作用，合成植物性碳；動物以以植物性碳為食，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯游镄蕴?；動物和人呼吸放出二氧化碳，有機碳化合物被厭氧和好氧微生物分解所產(chǎn)生的二氧化碳均回到大氣。而后，二氧化碳再一次被植物利用進入循環(huán)。Carboncycle一．纖維素的轉(zhuǎn)化什么是纖維素？纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，每個纖維素分子含1400~10000個葡萄糖基（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。．1.纖維素的分解途徑纖維素在微生物酶的催化下沿下列途徑分解：含碳化合物的轉(zhuǎn)化2．分解纖維素的微生物好氧細菌——粘細菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌厭氧細菌——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——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。二．半纖維素的轉(zhuǎn)化存在于植物細胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。1．半纖維素的分解過程好氧分解聚糖酶CO2+H2O

半纖維素單糖+糖醛酸

H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解2．分解半纖維素的微生物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。三．淀粉的轉(zhuǎn)化什么是淀粉？葡糖糖高聚物（α1-4糖苷鍵直鏈；α1-6糖苷鍵支鏈；）水中來源：以糧食作原料的工廠廢水例如淀粉廠廢水、酒廠廢水，印染廢水、抗生素發(fā)酵廢水及生活污水等均含有淀粉。淀粉如何被微生物降解？首先在微生物分泌的淀粉酶作用下水解為葡萄糖，然后被吸收作為微生物的能源物質(zhì)氧化產(chǎn)能。具有淀粉酶的微生物主要有：枯草芽孢桿菌和根霉、曲霉。其他微生物則主要進行淀粉水解產(chǎn)物葡萄糖的進一步分解。四．木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化什么是木質(zhì)素？木質(zhì)素是植物木質(zhì)化組織中的帶有氧基丙烷支鏈的一種或多種芳香族聚合物。極難降解，有毒污染水環(huán)境。水中來源：造紙和人造纖維廢水降解微生物：

真菌（主要）——干朽菌、蘑菇細菌（少）——假單胞菌的個別種相比而言真菌分解木質(zhì)素比細菌快，但與糖類分解的速度相比則慢得多。五.脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪是甘油與脂肪酸所形成的酯，存在于動、植物體中，是人和動物的能量來源，可作為微生物的碳源和能源。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氧化它是F.Knoop在1904年實驗證明的。它經(jīng)歷脂肪酸活化，脫氫，水化，再脫氫和硫解等幾個步驟。其氧化產(chǎn)物乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)，氧化磷酸化最后代謝完全。脂肪酸β-氧化在有ATP，Mg2+和HSCoA存在下，脂肪酸經(jīng)脂酰CoA合成酶催化、活化成脂酰CoA。脂酰CoA在其脫氫酶催化下，在其α，β-位上脫氫，形成△2,3-反式烯脂酰CoA。FADH2進入氧化呼吸鏈，產(chǎn)生2ATP?！?,3-反式烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶催化下，水化生成L（+）-β-羥脂酰CoA。L（+）-β-羥脂酰CoA在其脫氫酶催化下，脫氫生成β-酮脂酰CoA，輔酶為NAD+。NADH（H+）進入氧化呼吸鏈，產(chǎn)生3ATP。在HSCoA存在下，β-酮脂酰CoA經(jīng)硫解酶催化，形成乙酰CoA和比原脂酰CoA少兩個C原子的脂酰CoA。習(xí)題計算1mol軟脂酸（16C）經(jīng)β-氧化，三羧酸循環(huán)和呼吸鏈完全氧化成CO2和水時，所得ATP的摩爾數(shù)。答案六.烴類化合物的轉(zhuǎn)化什么是石油？石油是含有烷烴（30%）、環(huán)烷烴（46%）、芳香烴（28%）及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運輸事故現(xiàn)場以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。1．石油成分的生物降解性石油中的各種成分由于分子結(jié)構(gòu)不同，降解速度也不一樣，降解速度大小上有以下規(guī)律。A．鏈長度

鏈中等長度（C10~C24）＞鏈很長的（C24以上）＞短鏈

（因有生物毒性）B．鏈結(jié)構(gòu)直鏈＞支鏈（支鏈多的＞支鏈少的）

不飽和＞飽和烷烴＞芳烴

鏈末端有季碳原子的烴以及多環(huán)芳烴極難降解或不降解2．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報道有200多種細菌——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——藍藻和綠藻3．石油烴的降解機理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)己烷為例通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩種微生物的協(xié)同作用下將環(huán)己烷才能被徹底降解。C．芳香烴種類：酚、間甲酚、鄰苯二酚、苯、二甲苯、異丙苯、異丙甲苯、萘、菲、蒽等水中來源：煉油廠、煤氣廠、焦化廠、化肥廠等的廢水芳香烴普遍具有生物毒性，但在一定濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。以下是目前已知降解不同芳香烴的細菌類別a.苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝萘的代謝菲的代謝蒽的代謝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:七.人工合成的難降解有機化合物的生物降解種類：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。為什么這些有機物難于生物降解？由于微生物已有的降解酶不認識其結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵序列，不能有效的催化反應(yīng)將其降解。1.多氯聯(lián)苯多氯聯(lián)苯是人工合成的有機氯化物用途：穩(wěn)定劑（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）危害：有毒，是一種致癌因子長期的自然誘變作用下，一些微生物的突變菌種已經(jīng)可以降解多氯聯(lián)苯，目前從自然界以及實驗室誘變出的此類突變菌既有好氧菌也有厭氧菌。降解菌：產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體！通常好幾種微生物協(xié)同作用，通過共同代謝（又稱共代謝）完成多氯聯(lián)苯的完全降解。2．洗滌劑根據(jù)表面活性劑在水中的電離特征，洗滌劑可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四大類。我國目前生產(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個碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強。危害：ABS可以在天然水體中存留800h以上，使得接納他的水體長時間保持表面活性，產(chǎn)生大量泡沫，引起一系列的問題。為使洗滌劑易于生物降解，人們將ABS的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€性的直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）：由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。A．降解洗滌劑的微生物細菌——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引起環(huán)境的污染。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養(yǎng)化問題，目前已經(jīng)開發(fā)出無磷洗滌劑系列，有望解決這一問題。B．洗滌劑的降解機理3.塑料提問：塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？危害：（1）土地板結(jié)（2）被海鳥及海洋哺乳動物誤食，致使這些動物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡。具報道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥和海洋哺乳動物，數(shù)目之多令人觸目驚心。（3）影響景觀目前發(fā)現(xiàn)能降解塑料的微生物，種類很少，而且降解速度緩慢。他們主要是細菌、放線菌、曲霉中的某些成員。提問：對于難降解的有機合成物應(yīng)該如何生物處理？（1）用聚合酯等可生物降解基團添加于塑料分子中或通過減少塑料分子甲基分支、鹵代基團的數(shù)量，增強其生物降解性；（2）用微生物直接生產(chǎn)可生物降解的塑料英國、美國和日本都已開發(fā)出用產(chǎn)堿菌制造出的多羥基聚脂塑料。美國甚至將產(chǎn)堿菌DNA中控制多羥基聚脂生成的基因傳移到了植物上，據(jù)預(yù)測到了21世紀末，可以實現(xiàn)從田地中生長塑料取代用石油制造的塑料。這種方法將有望完全解決塑料污染問題。4.農(nóng)藥如殺蟲劑、除草劑等化學(xué)成分：有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的簡單烴骨架。相比較其它取代基團而言，微生物對鹵素取代基往往不適應(yīng)，因而隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。水中來源：農(nóng)田土壤的灌溉水或雨水危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸變）最典型的一個例子就是殺蟲劑DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長達半年以上，由于DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動物脂肪組織中堆積，并沿著食物鏈在逐級向上不斷積累，引起生物各種急慢性中毒。降解農(nóng)藥的微生物：細菌——假單胞菌、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌放線菌——諾卡氏菌真菌——曲霉這些微生物往往需共代謝將農(nóng)藥逐級降解。第六節(jié)氮循環(huán)自然界中氮素蘊藏量豐富，以三種形態(tài)存在：分子氮N2，占大氣的78%；有機氮化合物；無機氮化合物（氨氮和硝氮）。盡管分子氮和有機氮含量多，但植物不能直接利用，只能利用無機氮。微生物、植物和動物三者的協(xié)同作用下將三種形態(tài)的氮相互轉(zhuǎn)化，構(gòu)成氮循環(huán)，其中微生物起著重要作用。自然界的氮素循環(huán)是各種元素循環(huán)的中心，這是由于氮元素在整個生物界中所處的重要地位所決定的。微生物又是整個氮素循環(huán)的中心，尤其是一些固氮微生物更可稱作開辟整個生物圈氮素營養(yǎng)源的“先鋒隊”。氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五種：銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機含氮物和氮氣。在以上五種形式的氮素進行循環(huán)轉(zhuǎn)化過程中，微生物起著關(guān)鍵的作用。Nitrogencycle1.蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化1.1降解蛋白質(zhì)的微生物種類很多好氧細菌——鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細菌——枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯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)。1.2降解機理在這一系列作用下蛋白質(zhì)大部分被無機化，還有一部分組成了微生物的軀體。1.3尿素的氨化A．降解尿素的微生物細菌——尿八疊球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。B．降解機理

尿素降解機理很簡單，只有一種酶參與反應(yīng)的催化。

NH2

尿素酶

O=C+2H2O（NH4）2CO32NH3+CO2+H2ONH22．硝化作用氨基酸脫下的氨在有氧條件下，經(jīng)亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，稱為硝化作用。3．反硝化作用厭氧硝酸鹽呼吸（反硝化細菌）+2H+2H+HHNO3HNO2HNO1/2N2↑H2OH2OH2O4.固氮作用在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮轉(zhuǎn)化為氨，進而合成為有機氮化合物。固氮N2NH3工廠N2NH3閃電N2NH3固氮微生物工業(yè)固氮:高能固氮:生物固氮:5.硝酸鹽同化作用綠色植物和多種微生物利用硝酸鹽作氮素營養(yǎng)源，在利用過程中，硝酸鹽被重新還原成NH4+后再被利用于合成各種含氮有機物，這就是硝酸鹽的同化作用。6.銨鹽同化作用所有綠色植物和許多微生物進行的以銨鹽作為營養(yǎng)，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和其他含氮有機物的作用，稱為銨鹽同化作用。7.亞硝酸氨化作用亞硝酸通過異化性還原可以經(jīng)羥氨而轉(zhuǎn)變成氨，這就叫亞硝酸氨化作用。具有這種作用的微生物主要是一些細菌，例如Aeromonas（氣單胞菌屬）、Bacillus（芽孢桿菌屬）、Enterobacter（腸桿菌屬）、Flavobacterium（黃桿菌屬）、Nocardia（諾卡氏菌屬）、Staphylococcus（葡萄球菌屬）和Vibrio（弧菌屬）等。第七節(jié)硫循環(huán)硫是生命物質(zhì)所必需的元素，其需要量大約是氮素的十分之一（在生物體內(nèi)C∶N∶S=100∶10∶1）。硫元素在自然界中的貯量十分豐富。硫素循環(huán)類似于氮素循環(huán)，其各個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的微生物參與。Sulfurcycle（1）同化性硫酸鹽還原作用由植物和微生物引起?？砂蚜蛩猁}轉(zhuǎn)變成還原態(tài)的硫化物，然后再固定到蛋白質(zhì)等的成分中（主要以巰基形式存在）。（2）脫硫作用（desulfuration）在厭氧條件下，通過一些腐敗微生物的作用，把生物體蛋白質(zhì)或其他含硫有機物中的硫礦化成H2S的作用。（3）硫化作用：在好氧條件下，H2S可由Beggiatoa、Thiothrix（發(fā)硫菌屬）等細菌氧化成硫或硫酸，游離的硫還可被硫化細菌Thiobacillus（硫桿菌屬）的一些種氧化成硫酸。而在厭氧條件下，H2S可被光合細菌Chlorobium（綠菌屬）的一些種氧化成硫，或被Chromatium（著色菌屬）的一些種氧化成硫酸。（4）異化性硫酸鹽還原作用：在厭氧條件下，硫酸可通過Desulfovibrio（脫硫弧菌屬）、Desul-fotomaculum（脫硫腸狀菌屬）等細菌還原成H2S。（5）異化性硫還原作用：硫通過Desulfuromonas（脫硫單胞菌屬）等的一些菌種還原成H2S的過程，稱異化性硫還原作用。第八節(jié)無機污染物的轉(zhuǎn)化種類：主要有磷酸鹽、硝酸鹽、金屬。水中來源及危害：磷酸鹽——洗滌劑中作為軟水劑使用的磷酸鹽、土壤

富營養(yǎng)化硝酸鹽——工業(yè)廢水和使用硝酸鹽化肥的農(nóng)田沖蝕水富營養(yǎng)化金屬——采礦、冶金、化工等行業(yè)的廢水

生物中毒一、磷酸鹽的轉(zhuǎn)化洗滌劑中的磷酸鹽為可溶性的磷酸鈉土壤中的磷酸鹽則主要是難溶的磷酸鈣微生物產(chǎn)酸土壤中的難溶磷酸鹽可溶性磷酸鹽洗滌劑中的可溶性磷酸鹽卵磷脂、核酸、ATP厭氧條件下，磷酸鹽還可以被梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌等還原為PH3。（自燃—鬼火）+8HH3PO4PH3↑4H2O二、金屬（一）金屬的毒性影響因素：濃度、金屬的存在狀態(tài)例如，六價鉻比三價鉻毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有機錫比無機錫毒，有機錫中的烷基錫比芳香基錫毒，烷基錫中三烷基又比其他烷基錫毒。（二）微生物轉(zhuǎn)化微生物對金屬的毒性轉(zhuǎn)化，主要是氧化還原和甲基化作用。1.汞的轉(zhuǎn)化1．汞的存在形式無機汞：

Hg2+2Hg0+Hg2+注：Hg2+2=Hg+

—Hg+零價的金屬汞與一價汞鹽幾乎不溶二價汞鹽除了硫化汞、碘化汞外幾乎均可溶解有機汞：汞具有一種能與有機基團形成化合物的異常能力，通常是以共價鍵連接在碳原子上形成有機汞。通式——RHgX和R2Hg其中R為有機原子基團，X為無機離子如鹵素原子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羥基等。2．汞化合物的毒性難溶的汞——生物吸收困難，毒性很小易