【教學(xué)】第五章 影響生物修復(fù)的環(huán)境條件 污染環(huán)境生物修復(fù)工程

第五章影響生物修復(fù)的環(huán)境條件整理ppt從環(huán)境條件的角度看，污染物的生物可修復(fù)性并不是污染物本身固有的，而是環(huán)境狀態(tài)表現(xiàn)的結(jié)果，改變了環(huán)境狀態(tài)，本來難以生物修復(fù)的污染物可能變得易于修復(fù)了。環(huán)境條件的變化是通過生物的活性或者改變污染物的生物可利用性而影響到生物修復(fù)的。第五章影響生物修復(fù)的環(huán)境條件整理ppt第五章影響生物修復(fù)的環(huán)境條件生物因子

非生物因子

整理ppt第五章影響生物修復(fù)的環(huán)境條件影響微生物修復(fù)的生物因子

影響植物修復(fù)的環(huán)境因子

影響微生物修復(fù)的非生物因子

整理ppt第一節(jié)影響微生物修復(fù)的非生物因子一、溫度微生物生長的溫度范圍為-12～100℃，大多數(shù)微生物生活在30～40℃。任何一種微生物都有一個最適生長溫度。在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的上升，該微生物生長速率加快。微生物嗜冷性微生物（＜25℃）中溫性微生物（25～40℃）嗜熱性微生物（＞40℃）（對溫度的依賴）整理ppt1601401201008060402000122436486072三氯酚的降解/mg

g–1沉積物ABA:22oC,B:10oC,兩種溫度的起始濃度均為2.5

g

g–1沉積物兩種溫度下三氯酚降解的量時間/h1、生物反應(yīng)速率在微生物所能容忍的范圍內(nèi)隨著溫度的升高而增大

一個化合物在兩個溫度下的降解情況，其關(guān)系可用阿侖尼烏斯方程式來描述：y為溫度校正生物降解速率常數(shù)；A為與反應(yīng)有關(guān)的特性常數(shù)；Ea為反應(yīng)活化能；R為通用氣體常數(shù)；T為絕對溫度。整理ppt2、溫度影響有機污染物的物理狀態(tài)3、影響污染物的溶解度整理ppt二、酸堿度在細菌生長允許的范圍內(nèi)，適當提高pH值有利于硝基苯類化合物的生物降解。土壤的pH值往往決定何種微生物能夠參與烴類生物降解過程。有證據(jù)表明，微堿性條件下烴的生物降解總速率要高于酸性條件下的總速率整理ppt三、氧氣供應(yīng)

電子受體氧氣

有機物、硝酸鹽硫酸鹽或CO2

即只有在好氧條件下才能發(fā)生轉(zhuǎn)化作用或是只有專性好氧菌才能進行最迅速的轉(zhuǎn)化作用受汽油或石油污染的地下水，水相中的氧氣會迅速消耗，接著降解變緩，最后停止。因此，典型的修復(fù)策略是增加氧氣的供應(yīng)量，加強制供氣、供純氧或添加過氧化氫等。整理ppt四、營養(yǎng)物質(zhì)

（一）、碳源碳源對細菌和真菌的生長很重要。在土壤、沉積物或水體中通常含碳量很高（1%），但是許多碳以微生物不可利用的或緩慢利用的絡(luò)合形式存在，經(jīng)常出現(xiàn)碳源是微生物生長限制因子的情況。如果進入環(huán)境的有機污染物濃度較高，碳源不會成為生長的限制因子，但若較低時仍是限制因子。由于共代謝有機化合物的細菌和真菌需要生長基質(zhì)，所以向環(huán)境中添加有機物或單一化學(xué)品經(jīng)?？梢源龠M降解。（表6-1）

整理ppt基質(zhì)環(huán)境添加基質(zhì)基質(zhì)環(huán)境添加基質(zhì)BHC土壤蛋白胨MCPA土壤稻草間甲酚、4-氯苯酚湖水氨基酸萘土壤水楊酸DDT污水葡萄糖PCBs土壤聯(lián)苯DDT、七氯淹水土壤植物殘茬TCE含水層甲烷2,6-二氯苯胺土壤苯胺TCE生物反應(yīng)器酚馬拉硫磷土壤十七烷（表6-1）添加有機物或單一化學(xué)品促進基質(zhì)降解的例子：整理ppt（二）、氮和磷

對海洋原油泄漏事故和地下儲油罐泄漏事故造成的海洋和地下水污染進行生物修復(fù)，促進了原油和汽油等燃料與N、P之間關(guān)系的研究。向海水中加入的營養(yǎng)鹽在很大的濃度范圍內(nèi)都對降解有促進作用。環(huán)境中氮、磷的含量很低時生物降解速率也很低，但降解仍然可以繼續(xù)。當磷和無機氮濃度明顯低于1.0mg/L就可以抑制降解。除了氮、磷以外，鐵有時會限制微生物分解海上石油的速率，在海水中有效鐵濃度經(jīng)常很低。整理ppt（三）、生長因子

生長因子

微生物生長所不可缺少并且不能用簡單的碳源和氮源合成的微量有機物包括維生素、氨基酸、堿基、固醇、胺類等。含生長因子的天然物質(zhì)有酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿、動植物組織或細胞的浸出液等整理ppt1、分類（根據(jù)微生物與生長因子間的關(guān)系）

生長因子自養(yǎng)型微生物生長因子異養(yǎng)型微生物生長因子過量合成微生物微生物如多數(shù)真菌、放線菌和一些細菌如乳酸桿菌需要多種維生素、氨基酸和堿基，腸膜狀明串珠菌需要補充10種維生素、19種氨基酸、3種嘌呤以及尿嘧啶如橄欖鏈霉菌、灰色鏈霉菌可用作維生素B12的生產(chǎn)菌整理ppt五、共存物質(zhì)

（一）、多種基質(zhì)

作用的現(xiàn)象多種有機質(zhì)可以同時被利用一種基質(zhì)促進第二種基質(zhì)的降解速率一種基質(zhì)減慢第二種基質(zhì)的降解（原因如下）許多假說解釋一種化合物促進另一種化合物的降解，但是大多缺少實驗證據(jù)整理ppt一種基質(zhì)減慢第二種基質(zhì)的降解的原因：第一，在污染嚴重的地方，由于一種化合物的毒性很高，抑制微生物生長而造成另一種化合物的降解緩慢；也可能兩種化合物單個毒性都不高，但兩種化合物組合在一起的毒性超過微生物的耐受程度第二，一種化合物生成的產(chǎn)物不利于作用于第二種化合物的微生物群體第三，在兩種微生物分別降解兩種基質(zhì)時，由于微生物對低濃度磷的競爭作用，使得一種化合物或兩種化合物的生物降解速率下降。整理ppt第四，如果有兩種基質(zhì)存在，將使細菌細胞數(shù)目增加，其中較大的群體會促進捕食的原生動物增加，結(jié)果是被另一種微生物降解的另一種基質(zhì)的降解速率或降解程度將降低第五，如果一種微生物對兩種基質(zhì)的生物降解起作用，抑制作用來自于第一種基質(zhì)分解代謝產(chǎn)生的中間代謝物對另一種基質(zhì)分解代謝所需要酶的合成的阻抑（分解代謝產(chǎn)物阻抑），或者可能對已經(jīng)存在的酶的活性抑制，或者是一種基質(zhì)的吸收干擾、抑制另一種基質(zhì)的吸收。一種基質(zhì)減慢第二種基質(zhì)的降解的原因：

整理ppt（二）、鹽分

一、對于適合在海水或含鹽量高的環(huán)境中生長的，則需要鹽；二、淡水或非堿性土壤環(huán)境中的微生物不需要鹽，在含鹽條件下，它們的生物降解活性會受到抑制。鹽分對微生物的影響應(yīng)分兩個方面:整理ppt第二節(jié)影響微生物修復(fù)的生物因子一、微生物的協(xié)同作用1協(xié)同作用現(xiàn)象許多生物修復(fù)需要多種微生物的合作。這種合作在最初的轉(zhuǎn)化反應(yīng)和以后的礦化作用中都可能存在。協(xié)同不同的類型：1、單一菌種不能降解，混合以后可以降解；2、單一菌種都可以降解，但是混合以后降解的速率超過單個菌種的降解速率之和。整理ppt2協(xié)同作用機制

提供生長因子

一種或幾種微生物向其它微生物提供維生素B、氨基酸或其它生長因子分解不完全降解物

一種微生物可對某種有機物進行不完全降解，第二種微生物則使前者的產(chǎn)物礦化示例一分解共代謝產(chǎn)物

一種微生物只能共代謝有機物形成不能代謝的產(chǎn)物，另一種微生物則可以分解這些產(chǎn)物示例二分解有毒產(chǎn)物

第一種微生物產(chǎn)生的產(chǎn)物對自身有毒害作用，但是另一種微生物可以解除這種毒害，并將其作為碳源和能源利用示例三整理ppt示例一(CH2)11CH3十二烷環(huán)己烷紅球菌CH2COOH環(huán)己烷乙酸節(jié)桿菌礦化SO3HH2N假單胞菌1號6-氨基萘-2-磺酸OHH2N假單胞菌2號5-氨基水楊酸COOH礦化1號菌株ClClCOOH礦化假單菌株4-氯聯(lián)苯4-氯苯甲酸協(xié)同作用導(dǎo)致完全分解整理ppt示例二CHClClCH2COOHCl假單胞菌節(jié)桿菌CCl3DDT4-氯苯基乙酸CH3CH2OCH3CH2OPONO2HONO2S施氏假單胞菌銅綠假單胞菌對硫磷4-羥基硝基苯假單胞菌1號OH假單胞菌2號環(huán)己烷環(huán)己烷醇兩種菌協(xié)同作用注：第二種菌可以在DDT、對硫磷和環(huán)己烷的共代謝產(chǎn)物上生長。整理ppt示例三1、魚肝油青霉（P.piscarium）可以將N-（3,4-二氯苯基）丙酰胺（敵稗）轉(zhuǎn)化為3,4-二氯苯胺，后者可以抑制敵稗的進一步降解，但是白地霉（Geotrichumcandidum）可以使其轉(zhuǎn)化為二聚物3,3',4,4'-四氯偶氮苯，降低了毒性。2、代謝硝基化合物的物種經(jīng)常產(chǎn)生對自身有毒的亞硝酸鹽，但是許多細菌和真菌能夠分解亞硝酸鹽，使之轉(zhuǎn)化為氨、氮氧化物、氮氣和硝酸鹽。3、間氫轉(zhuǎn)移，即一種細菌產(chǎn)生的氫或其它還原物質(zhì)被另一種細菌使用，這是一種獨特的協(xié)同作用類型，表明在厭氧條件下不同種群之間的相互依賴關(guān)系，2CH3CH2OH＋2H2O→2CH3COOH＋4H24H2＋CO2→CH4＋2H2O總反應(yīng)為：2CH3CH2OH＋CO2→2CH3COOH＋CH4如：整理ppt二、生物的捕食作用環(huán)境中存在有大量的捕食、寄生、裂解微生物，它們常促進或抑制細菌和真菌的生物降解作用。原生動物是典型的以細菌為食的微生物。一個原生動物需要消耗l03～104個細菌才能生長繁殖，因此在環(huán)境中有大量原生動物時細菌數(shù)目顯著下降。原生動物還可以促進有限的無機營養(yǎng)（特別是磷和氮）的循環(huán)并分泌出必要的生長因子。整理ppt第三節(jié)影響植物修復(fù)的環(huán)境因子與微生物修復(fù)一樣，影響植物修復(fù)的環(huán)境因子仍是pH、Eh、共存物質(zhì)、污染物的交互作用、生物因子等，在此以重金屬污染的植物修復(fù)為例，闡述影響植物修復(fù)的環(huán)境因子。整理ppt(一)、酸堿度注：土壤溶液pH對重金屬的植物利用性影響可能不是單一的遞增或遞減關(guān)系。土壤酸度重金屬化合物的溶解與沉淀平衡重金屬元素的離子活度影響整理ppt(二)、氧化還原電位例如硫化物是重金屬難溶化合物的主要形態(tài)，硫的氧化還原電位：隨著Eh的減低，硫化物大量形成，土壤溶液中的重金屬離子就減少。整理ppt-150–5050150250350450Eh/mVCd釋放／%不溶性有機結(jié)合態(tài)可交換態(tài)H2O溶+交換態(tài)溶解結(jié)合態(tài)還原態(tài)Eh對鎘結(jié)合形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響6050403020100整理ppt(三)、共存物質(zhì)

絡(luò)合－螯合劑絡(luò)合劑首先與土壤溶液中的可溶性金屬離子結(jié)合，以防止金屬沉淀或吸附在土壤上。隨著自由離子的減少，被吸附態(tài)或結(jié)合態(tài)的金屬離子開始溶解，以補償平衡的移動。重金屬－螯合物整體吸收很可能是操縱強化吸取的主導(dǎo)機制，金屬螯合物可以從內(nèi)皮層裂口進入根系內(nèi)部，然后被迅速地轉(zhuǎn)移到莖葉。表面活性劑研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑對土壤中微量重金屬陽離子具有增溶作用和增流作用，而且表面活性劑的鏈越長，其效應(yīng)越高。整理ppt(四)、污染物間的復(fù)合效應(yīng)作用方式相加作用如以死亡率為指標，二種污染物毒性作用的死亡率分別為M1和M2（下同），則聯(lián)合作用的死亡率為M＝M1＋M2。協(xié)同作用M＞M1＋M2

拮抗作用M＜M1＋M2

獨立作用M＝M1＋M2（1－M1）或M＝l－（l－M1）（1－M2）（示例）整理ppt02.55.07.510450030001500含Cd量(mg/kg)Cd處理濃度/mg

L–1Cd單獨Cd+Zn（示例）加Zn前后鳳眼蓮的Cd含量與處理濃度的關(guān)系整理ppt(五)、植物營養(yǎng)物質(zhì)養(yǎng)分是影響植物吸收重金屬的要素，有些已成為調(diào)控重金屬植物毒性的途徑與措施。磷肥大多含有Cd，施用磷肥能夠增加植物體內(nèi)的Cd含量已成共識，但完全不含Cd的硝酸銨也能增加小麥對Cd的吸收，改變土壤腐殖質(zhì)的構(gòu)成也可強化植物對重金屬的吸收。重金屬非常容易與土壤中有機質(zhì)形成有機螯合物整理ppt(五)、植物營養(yǎng)物質(zhì)1.影響植物生物量2.調(diào)控重金屬吸收\轉(zhuǎn)化\分配整理ppt(五、)植物營養(yǎng)物質(zhì)1.N\P\K2.土壤腐殖質(zhì)氮肥促進了植物生長，而且NH4+進入土壤后將發(fā)生硝化作用，短期內(nèi)可使土壤pH明顯下降，增加了Cd的生物有效性，更重要的是NH4+還能與Cd形成絡(luò)合物而降低土壤對Cd的吸附。

整理ppt3、植物激素植物激素是在植物體內(nèi)合成的、對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生明顯調(diào)節(jié)作用的微量生理活性物質(zhì)。植物激素類除草劑強化了植物對重金屬的吸收。用低濃度或高濃度的激素處理植物引起植物代謝發(fā)生某些方面的變化，而這種變化可能加重了Ni或C