微生物对有机物的降解作用
微生物对有机物的高效降解效率
微⽣物对有机物的⾼效降解效率微⽣物降解转化物质的⾼效率 来源：作者： 2007-7-27⼀、微⽣物个体微⼩，⽐表⾯积⼤，代谢速率快 微⽣物个体微⼩，以细菌为例，3000个杆状细菌头尾衔接的全长仅为⼀粒籼头的长度，⽽60个～80个杆菌“肩并肩”排列的总宽度，只相当于⼀根⼈头发的直径，2×1012个细菌平均重仅1g。
物体的体积越⼩，其⽐表⾯积（单位体积的表⾯积）就越⼤。
显然，微⽣物的⽐表⾯积，⽐其他任何⽣物都⼤。
将⼤肠杆菌与⼈体相⽐，前者的⽐表⾯积约为后者的30万倍。
如此巨⼤的表⾯积与环境接触，成为巨⼤的营养物质吸收⾯，代谢废物排泄⾯和环境信息接受⾯，故⽽使微⽣物具有惊⼈的代谢活性。
有⼈估计，⼀些好氧细菌的呼吸强度按重量⽐例计算要⽐⼈类⾼⼏百倍。
⼆、微⽣物种类繁多，分布⼴泛，代谢类型多样 微⽣物的营养类型、理化性状（见第三章）和⽣态习性（见第四章）多种多样，凡有⽣物的各种环境，乃⾄其他⽣物⽆法⽣存的极端环境中，都有微⽣物存在，它们的代谢活动，对环境中形形⾊⾊污染物的降解转化，起着⾄关重要的作⽤。
三、微⽣物降解酶 微⽣物能合成各种降解酶，酶具有专⼀性，⼜有诱导性，对环境中的污染物，微⽣物通过其灵活的代谢调控机制⽽降解转化之。
四、微⽣物繁殖快，易变异，适应性强 巨⼤的⽐表⾯积，使微⽣物对⽣存条件的变化具有极⼤的敏感性；⼜由于微⽣物繁殖快，数量多，可在短时间内产⽣⼤量变异的后代。
对进⼊环境的“陌⽣”污染物，微⽣物可通过突变，改变原来的代谢类型⽽适应、降解之。
五、微⽣物体内还有另⼀种调控系统——质粒（plasmid） 五、微⽣物体内还有另⼀种调控系统 质粒是菌体内⼀种环状的DNA分⼦，是染⾊体以外的遗传物质。
降解性质粒编码⽣物降解过程中的⼀些关键酶类，抗药性质粒能使宿主细胞抗多种抗⽣素和有毒化学品如农药和重⾦属等。
在⼀般情况下，质粒之有⽆对宿主细胞的⽣死存亡和⽣长繁殖并⽆影响。
但在有毒物等的情况下，由于质粒能给宿主带来具有选择优势的基因，因⽽具有极其重要的意义。
微生物在环境净化中的作用
微生物在环境净化中的作用环境净化是指通过一系列的物理、化学和生物手段，将污染物质从环境中去除或转化为无害物质，以恢复环境的自然状态。
在环境净化过程中，微生物发挥着重要的作用。
微生物通过各种途径参与到环境净化中，包括生物降解、生物修复、生物吸附、生物转化等，有效地帮助人类保护和改善环境质量。
1. 微生物的生物降解作用微生物具有生物降解有机物的能力，能够将有机物分解为简单的无机物或低分子量的化合物。
例如，细菌和真菌能够降解有机废弃物、危险废物和污水中的有机物质，将其转化为二氧化碳、水和无害物质。
这一过程被称为生物降解，是环境中有机物的重要去除方式。
微生物的生物降解作用在废水处理、土壤修复和生活垃圾处理等领域发挥着巨大的作用。
2. 微生物的生物修复作用生物修复是指利用微生物来修复受到污染的环境。
微生物能够通过分解有机物和转化无机物等方式，将环境中的污染物质转化为无害的物质或降解为低毒性的物质。
例如，部分细菌能够吸附和转化重金属离子，将其转化为稳定形态并降低其毒性。
微生物修复技术在土壤污染修复、油污处理和水源净化等方面发挥着重要作用。
3. 微生物的生物吸附作用微生物具有吸附污染物质的能力，可以通过吸附作用将环境中的污染物质吸附在其表面，从而实现污染物的去除。
微生物的吸附作用不仅可以去除重金属、有机化合物等污染物质，还可以吸附细菌和病毒等微生物污染物。
这一特性使得微生物可以应用于水质净化、废气治理和土壤修复等领域。
此外，微生物的生物吸附作用还可以与其他净化方法结合使用，提高环境净化效果。
4. 微生物的生物转化作用微生物通过代谢和酶的作用，能够将环境中的污染物质转化为其他形态的物质。
例如，微生物能够将氨氮转化为硝态氮，将硫化氢转化为硫酸盐等。
微生物的生物转化作用在自然界中起着重要的调节作用，能够改变环境中的化学平衡，从而降低污染物质对生物体的毒性和危害。
最后，“微生物在环境净化中的作用”这一主题充分体现了微生物在环境净化中的重要性。
微生物在环境修复中的作用和应用
微生物在环境修复中的作用和应用环境修复是指对受到污染或破坏的环境进行恢复和修复的过程。
微生物在环境修复中起着至关重要的作用。
本文将探讨微生物在环境修复中的作用和应用，并分析其优势和挑战。
一、微生物在土壤修复中的作用和应用1. 有机物降解：微生物可以分解有机物质，将其转化成无机物质，从而加速污染物的降解过程。
例如，石油污染环境中的微生物能够分解石油，转化为二氧化碳和水，减少对环境的影响。
2. 污染物转化：微生物可以将一些有害物质转化成无毒或低毒的物质，减少对环境的危害。
例如，重金属离子可以通过微生物的还原作用转化为无毒的金属沉淀物，从而将其稳定固定在土壤中。
3. 生态系统恢复：微生物可以促进土壤的生物结构恢复，增加土壤的肥力和保水能力。
微生物通过分解有机物质，释放出养分，供给植物的生长。
同时，微生物的活动还能加强土壤结构，改善土壤通气性和水分渗透性。
二、微生物在水体修复中的作用和应用1. 水体富营养化控制：微生物可以降解水体中的营养物质，如氮、磷等，减少水体中的富营养化现象。
通过使用合适的微生物种群，可以有效降低水中藻类的生长速率，维持水体的生态平衡。
2. 有机物降解：微生物对水体中的有机物质具有很强的降解能力。
通过增加适宜的微生物数量，可以促进有机物的降解，减少水体中的有机污染。
3. 水质净化：微生物可以吸附和降解有机和无机污染物，净化水质。
例如，微生物可以将水中的重金属污染物吸附在其表面，从而达到净化水质的效果。
三、微生物在空气修复中的作用和应用1. 挥发性有机物（VOCs）降解：微生物可以分解和降解空气中的VOCs，减少空气污染。
通过使用适当的微生物菌剂，可以有效降低工业废气和汽车尾气中的VOCs浓度。
2. 空气质量监测：微生物可以作为环境中气体污染物的“生物传感器”，通过监测微生物的变化反映空气质量。
例如，某些细菌对于臭氧敏感，当空气中的臭氧浓度升高时，这些细菌的数量会减少。
四、微生物修复的优势和挑战微生物在环境修复中具有以下优势：1. 传统修复方法的补充：微生物修复是一种低成本、高效率的修复方法，可以与传统的物理和化学修复方法相结合，互补优势。
微生物对环境中有物质降解的作用
微生物对环境中有物质降解的作用微生物对环境中有机物降解的作用微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌和原生动物等，在自然界中广泛存在。
它们以其独特的代谢能力，对环境中的有机物质具有显著的降解作用。
本文将探讨微生物对环境中有机物降解的作用及其重要性。
一、微生物的降解能力微生物具有多样化的代谢途径，可以降解包括石油、农药、重金属等在内的不同种类有机物。
其中，细菌在有机物降解中的作用尤为突出。
细菌通过分泌酶类，将有机物分解为较小的分子，然后利用这些分子作为能源和营养来源。
真菌则利用特殊的酶类系统，降解复杂的有机物质。
细菌和真菌的共同作用，能够高效地分解和降解环境中的有机物质。
二、微生物降解的重要性1. 保持环境生态平衡有机物质的降解是维持环境健康和生态平衡的重要环节。
微生物通过降解有机物质，防止其在环境中积累，从而降低有机物对生物体的毒性和影响。
微生物的降解过程有助于减少环境中的有害物质含量，维护生态系统的稳定性。
2. 减少污染物对人类的威胁许多有机物质，如农药、化肥、工业废水等，对人类健康构成潜在威胁。
微生物通过降解这些污染物质，将其转化为无害物质，减少了对人体的危害。
微生物降解污染物质的过程被广泛应用于生态修复和环境治理领域。
3. 提高资源回收利用效率微生物降解有机物质的过程中，产生的一些中间产物能够被其他生物体利用。
例如，微生物降解废弃物产生的沼气可以作为生物燃料使用，降解过程中生成的有机肥料能够用于植物生长等。
通过微生物降解有机物质，可以实现资源的回收与再利用，提高资源利用效率。
三、微生物降解的应用领域1. 生态修复微生物降解技术被广泛应用于水体、土壤等环境的污染修复。
例如，利用微生物降解能力处理污染水体中的有机物质，减少水体富营养化和化学污染，恢复水体生态平衡。
2. 生物燃料生产微生物降解废弃物产生的沼气被广泛应用于生物燃料的生产。
通过生物发酵和微生物降解等过程，将废弃物转化为能源，提高能源利用效率和可持续发展性。
微生物降解动力学
微生物降解动力学微生物降解动力学是研究微生物对有机物降解速率和过程的科学。
在自然环境中，微生物扮演着重要的角色，通过分解和降解有机物质，维持着生态系统的平衡。
了解微生物降解动力学对于环境保护和资源回收利用具有重要意义。
一、微生物降解过程微生物降解是指微生物利用有机物质作为能源和碳源，通过一系列代谢反应将有机物质转化为无机物质的过程。
微生物降解过程可分为两个阶段：生长阶段和稳定阶段。
在生长阶段，微生物通过分解有机物质获得所需的能量和营养物质，并迅速繁殖。
在此过程中，微生物的降解速率较快，有机物质被迅速分解为简单的化合物。
当有机物质浓度降低到一定程度时，微生物进入稳定阶段。
此时，微生物的降解速率减慢，有机物质的降解过程趋于平衡。
在稳定阶段，微生物仍然存在并进行降解作用，但降解速率相对较低。
二、微生物降解动力学研究方法微生物降解动力学研究通常采用实验室培养和野外观测相结合的方法。
实验室培养可以控制实验条件，提供稳定和可重复的实验结果。
野外观测可以更好地模拟自然环境中微生物降解的过程。
在实验室培养中，研究人员通常收集自然环境中的样品，将其接种到培养基中，并优化培养条件，使微生物得到良好的生长。
通过监测培养物中有机物质浓度的变化，可以得到微生物降解动力学的相关参数，如降解速率常数和最大降解速率。
野外观测通常通过采集自然环境中的样品，利用现场分析技术或实验室分析来监测有机物质的降解过程。
通过长期观测和分析，可以得到微生物降解过程的动态变化规律。
三、微生物降解动力学的应用微生物降解动力学的研究对环境污染治理和资源回收利用具有重要意义。
了解微生物降解动力学可以帮助我们更好地理解自然环境中有机物质的降解过程，并为环境污染治理提供科学依据。
通过研究微生物降解动力学，可以预测和评估有机物质的降解速率和过程，为环境污染的治理和修复提供指导。
微生物降解动力学的研究对于资源回收利用也具有重要意义。
许多有机废弃物可以通过微生物降解转化为有用的产物，如生物能源和有机肥料。
cod微生物降解反应
cod微生物降解反应
微生物降解是指微生物利用有机物进行代谢和生长的过程，常常伴随着有机物的分解和转化。
微生物降解反应可以分为以下几个步骤：
1. 接触：微生物与有机物接触，通常是通过吸附在微生物细胞表面的酶或细胞表面的结合物质完成的。
2. 初始降解：微生物通过酶的作用将有机物转化为更小的化合物，例如碳水化合物的降解产物可能是简单的糖。
3. 主要降解：在主要降解阶段，微生物进一步分解有机物，产生酶进一步降解有机物，生成一系列较小的化合物，如有机酸、醇和气体等。
4. 最终降解：在最终降解阶段，微生物继续分解产生的小分子化合物。
最终产物可能是无机物，如二氧化碳和水，或者是微生物自身的生物质。
微生物降解反应可以应用于废水处理、土壤修复、有机废物处理等领域。
微生物降解具有高效、环保等优点，但也面临一些挑战，如微生物的生长环境要求、微生物种类的选择等。
不同的有机物对微生物的降解能力也存在差异，一些有机物可能对微生物具有抑制作用。
总的来说，微生物降解反应是一种通过微生物利用有机物进行
代谢和生长的过程，可以将有机物分解、转化为更小的化合物或最终降解为无机物，具有广泛的应用前景。
微生物有机物降解
OH Cl
减慢
4）甲基分支越多越不易降解
－CH3 >
H －C－CH3 >
CH3
微生物有机物降解
CH3 －C－CH3
CH3
5）脂肪族：分子量越大越不易降解
6）芳香族<脂肪族（小分子）
7）复环芳烃中环越多越难降解 8）好氧条件下的降解规律与厌氧有时不同
polycyclic
9）化学品的生物降解性预测
物理化学性质～生物降解性/QSBR (Quantitative Structure Biodegradability Relationship)
在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分 是相当稳定的，一般可用下列实验式表示： 细菌，C5H17NO2；真菌，C10H17NO6；藻 类，C5H8NO2；原生动物，C7H14NO3。
微生物有机物降解
4、一般情况下，生物处理构筑物内新生长（增加）的细胞物 质等于所合成的细胞物质减去由于内源呼吸而耗去的细胞物 质，可用于下列算式表示：
微生物有机物降解
第二节 有机物的生物分解性
三、值得注意的几个问题
（一）生物分解性与浓度的关系 有些有机物在浓度低时可以降解，高于某一浓度时不 能降解（产生抑制作用）。
－
－
sz
S
S
毒性较大的污染物的生物降解需稀释。 微生物有机物降解
抑制浓度
（二）共代谢现象 单独存在时不能被降解，只有在其它物质被降解时才能被 降解的现象。（不能作为能源或碳源的化合物的代谢）
O
O
B : N H 2 , O C H 3 , O H , C O H , C O
能使降解性降低的基团称异源基团。（xenophore）
2）异源基团数目增加，降解性越差。
降解池的原理
降解池的原理降解池是一种对有机物进行微生物降解处理的设备，常用于处理废水和有机废弃物。
它利用微生物的代谢能力来降解有机物，将其转化为无害的物质。
降解池的原理主要包括以下几个方面：1. 微生物的降解作用：降解池中存在着各种微生物，如细菌、真菌和藻类等。
这些微生物具有各自不同的代谢途径和能力，能够分解不同类型的有机物质。
其中，细菌主要负责分解有机物的碳骨架，而真菌则可以分解复杂的聚合物和高分子有机物。
这些微生物通过吸附有机物，分泌酶将其降解为小分子有机物，再通过呼吸、吸收和过程物质排泄等途径将其转化为能量和新生物体。
2. 微生物群落结构与稳定性：降解池中的微生物群落结构具有较高的多样性，不同类型的有机物质引起了不同微生物菌株的选择性增殖。
这种群落结构的多样性是降解池能够有效降解多种有机物质的重要原因。
同时，微生物群落的稳定性也是降解作用的一个关键因素。
当降解池中的微生物群落受到外界因素的干扰时，如温度、pH值和营养物质浓度的变化，其降解能力可能会受到一定程度的影响。
3. 物理化学处理作用：除了微生物的降解作用外，降解池还可以通过一些物理化学处理方式加速有机物的降解过程。
例如，通过增加搅拌和通氧设备，提高降解池中溶氧浓度，促进微生物呼吸代谢和有机物的降解速度。
此外，还可以通过pH调节和溶液循环等措施，提供合适的环境条件和养分浓度，促进一些微生物菌株的生长和降解活性。
4. 降解产物与副产物的控制：降解池在降解有机物的过程中会产生一些降解产物和副产物。
其中，降解产物主要是由微生物的代谢产物组成，如溶解性有机物、二氧化碳和水。
而副产物是一些无法完全降解的物质，包括一些有机酸、氨氮和硫化物等。
为了控制和减少这些产物的生成，一般需要对降解池进行相应的设计和操作措施。
总体来说，降解池的原理是通过构建适宜的环境条件，利用微生物的降解能力，将有机物降解为无害的物质。
降解池具有处理效率高、操作简便、成本低廉等优点，被广泛应用于废水处理、厨余垃圾处理和生活垃圾处理等领域，可以有效降低有机物的污染程度，保护环境和人类健康。
微生物对有机物的降解作用
四 存在问题及发展方向
1.存在问题
（1）微生物对有机物的降解有一定的选择性； （2）微生物不能将有机物彻底降解； （3）某些有机物经生物降解后，毒性增加。如三氯乙 烯 （TCE）降解的产物之一氯乙烯（VC）是致癌物。
2.发展方向
（1）通过基因工程，培养“超级菌”和“混合菌”，使其可
同时
分解多种有机污染物；
（3）污染物的性质
有机物的分子量、空问结构、取代基的种类及数量 等都影响到微生物对其降解的难易程度。一般情况下， 高分子化合物比低分子量化合物难降解，聚合物、复合 物更能抗生物降解；空间结构简单的比结构复杂的容易 降胞解 菌W；B苯C环-3上所有降-解0H。或-NH2 的化合物都比较容易被假单
（4）环境条件
对于各种杀虫剂的微生物降解途径已比较清楚，表1 列举了几种主要的降解途径。
2.影响因素
（1）营养物质
微生物分解有机物一般利用有机污染物作为碳源， 但同时需要其他的营养物质，如氮源、能源、无机盐和 水。
（2）电子受体
有机污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度 极大地影响着污染物降解的速率和程度。微生物氧化还 原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中间 产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根等）三大 类。
有机质
CO2
以多环芳烃（PAHs）和农药的降解为例来说明。
①微生物对PAHs降解主要有两种代谢方式
a.以PAHs为唯一碳源和能源代谢机理 在多环芳烃的诱导和微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶
的催化作用下，把氧加到苯环上，形成C-0键，再经过加氢、 脱水等作用使C-C键断裂，苯环数减少。
b.与其它有机质共代谢机理 PAHs苯环的断开主要是靠加氧酶的作用：加氧酶把氧加
生物对环境中有害物质的降解
生物对环境中有害物质的降解环境中的有害物质对人类和生物多样性造成了严重威胁，因此，寻找和发展有效的降解方法至关重要。
生物的降解能力得到了广泛关注，因为生物能够通过各种机制将有害物质转化为无害物质。
下面将介绍一些生物对环境中有害物质进行降解的方式。
一、微生物降解微生物是自然界中最常见的降解有害物质的生物。
它们通过代谢和分解有害物质来将其转化为无害物质。
微生物群落中的多样性可以提供不同种类的降解微生物，从而拓宽了降解的物质范围。
例如，细菌、真菌和酵母菌等微生物可以降解有机废弃物、油类、农药以及污水中的有害物质等。
二、植物吸收和分解植物通过吸收和分解环境中的有害物质来清洁土壤和水体。
植物的根系可以吸收土壤中的有害金属离子，并将其转化为无害或难溶的形式。
此外，一些植物还能分解有机污染物，将其降解为无害化合物。
植物吸收和分解有害物质的能力被广泛应用于植物修复和自然保护领域。
三、动物的生物降解能力除了微生物和植物，一些动物也具有生物降解能力。
例如，蚯蚓是土壤中重要的降解生物，它们通过消化和分解有机物来改善土壤品质。
昆虫也被广泛研究，因为它们可以降解木材、粪便和其他有机废物。
此外，一些海洋动物如贝类和海绵也能够通过过滤和分解来降解有害物质。
四、生物技术的应用生物技术是利用生物体的降解能力来处理有害物质的高效手段。
通过基因工程，科学家可以改造微生物和植物的基因，使其具有更强的降解能力。
这种方法被广泛用于处理有机废弃物、有机溶剂和重金属等污染物。
此外，生物技术还可以通过生物吸附等方法将有害物质从水中去除。
五、生物对环境中有害物质降解的影响生物对环境中有害物质的降解具有重要意义。
首先，生物降解可以有效清理土壤、水体和空气中的污染物，保护生态系统的完整性和健康。
其次，生物降解可以降低环境中有害物质的浓度，减少对人类和其他生物的危害。
此外，生物降解也能够转化有害物质为对生物有益的物质，为生态系统提供养分。
总结：生物对环境中有害物质的降解具有重要的意义，它可以通过多种方式将有害物质转化为无害物质，保护生态环境的平衡。
微生物降解有机废弃物的机理
微生物降解有机废弃物的机理随着地球人口的不断增加和经济的发展，废弃物越来越多，其中有机废弃物是造成环境污染的重要来源。
为了解决这个问题，许多研究人员一直致力于寻找有效的废弃物处理方法。
而微生物降解是一种被认为非常有效的方法，可以将有机废弃物转化为有用的物质，同时减少对环境的损害。
微生物降解是一种生物技术，通过利用微生物代谢的能力来消化有机物质。
这种技术可以降解许多有机物质，包括生物和非生物性有机物质，如植物和动物残骸、一般和危险废物、污泥等。
微生物降解的机理是通过微生物分解有机物质，将其分解为小分子化合物和水，从而消除有机物质的污染，同时将有机物转化为有益的物质。
微生物降解的机理与有机物质的化学特性密切相关。
有机物质通常由一系列的有机化合物组成，包括糖类、蛋白质、脂肪和纤维素等。
微生物降解的机理是针对这些化合物的。
首先，微生物将大分子化合物分解成小分子化合物，如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等。
然后，这些小分子化合物可以被微生物进一步代谢，以产生能量和合成新分子。
最终产物是水和一些简单的分子，如二氧化碳和甲烷等。
微生物降解的机理还涉及到微生物的类型和数量。
微生物可以分为厌氧和好氧两类。
厌氧微生物可以在缺氧的环境中生长和代谢，如在污水厂中使用的溶菌酶、硫酸盐还原菌等。
好氧微生物则需要氧气，可以利用容易获得的有机物来生长和代谢。
在微生物降解的过程中，这些微生物可以相互协作，形成微生物群落。
这种微生物群落的形成可以促进微生物的代谢、降解速度和效率。
除了微生物和有机物质的化学特性，微生物降解的机理还与其他因素有关。
比如，pH值、温度、水分和营养物质的含量等环境因素也会影响微生物降解的效果。
当环境适宜时，微生物可以更好地生长，代谢和降解废弃物。
在实际应用中，可以通过优化这些环境因素来提高微生物降解的效率。
总的来说，微生物降解是一种被广泛认可的方法，可以有效地处理有机废弃物，使其转化为有用的物质，同时减少对环境的负面影响。
微生物的生物降解技术
微生物的生物降解技术一、引言生物降解技术是一种环境友好的处理污染物的方法，其中微生物在这一过程中扮演着重要的角色。
微生物利用其代谢途径中的酶来降解有机物，将其转化为无害的产物。
本文将探讨微生物的生物降解技术，包括其工作原理、应用领域以及未来发展方向。
二、酶的作用微生物在生物降解过程中产生的酶是实现该技术的关键。
酶是一类生物催化剂，能够催化有机物分子的降解反应。
微生物通过合成特定的酶来降解不同类型的污染物，例如有机溶剂、农药和石油产品。
酶的作用是高效而选择性的，因此微生物生物降解技术在处理多种污染物方面具有广泛的应用前景。
三、微生物的应用领域1. 土壤与水体污染处理：微生物生物降解技术被广泛应用于土壤和水体的污染物处理。
例如，一些细菌和真菌可以降解含氯有机溶剂，将其转化为无毒的产物。
此外，微生物还可以处理油污染，将石油碳化物降解为二氧化碳和水。
2. 工业废水处理：工业废水中含有大量有机物，传统的处理方法效果有限。
微生物生物降解技术通过调节微生物的生长环境，利用其消化有机废水中的有害物质，将其转化为无害的产物。
这种方法不仅可以有效处理废水，还可以减少污染物对环境的影响。
3. 垃圾处理：微生物生物降解技术也可应用于有机废物的处理。
某些微生物可以将有机废物中的蛋白质、碳水化合物和脂肪降解为可再利用的物质，例如肥料和生物燃料。
这不仅减少了垃圾的堆积，还提供了可持续利用的资源。
四、未来发展方向微生物生物降解技术具有巨大的潜力，但在实际应用中仍面临一些挑战。
未来的研究应重点解决以下问题：1. 提高降解效率：微生物生物降解技术需要不断改进以提高降解效率。
通过基因工程或筛选适应性强的菌株，可以获得更高效的降解能力。
此外，优化微生物生长环境，如调节温度、溶解氧和营养物浓度等，也可以改善降解效率。
2. 拓宽降解范围：目前微生物生物降解技术主要应用于有机物的降解，但对于其他类型的污染物的降解仍相对欠缺。
未来的研究应将重点放在更多类型化合物的降解方面，如重金属离子和农药等。
微生物的有机物降解
有机物浓度的影响
有机物浓度对微生物的生长和有机物 降解速率具有重要影响。在一定范围 内，有机物浓度的增加会促进微生物 的生长和有机物降解速率的提高。
但当有机物浓度过高时，可能会对微 生物的生长和有机物降解产生抑制作 用，甚至导致微生物死亡。
06
微生物有机物降解的前 景与挑战
微生物有机物降解的前景
1 2 3
环境保护
微生物有机物降解能够将有机废弃物转化为无害 物质，减少环境污染，降低生态破坏。
资源化利用
通过微生物有机物降解，可以将废弃物转化为有 价值的产品，如生物燃料、生物塑料等，实现资 源循环利用。
生物技术应用
微生物有机物降解技术可以应用于工业废水处理、 农业废弃物处理等领域，为生物技术的发展提供 有力支持。
微生物有机物降解的挑战
降解效率低
有些有机物难以被微生物分解，降解效率低下，需要寻找高效的降 解菌种或优化降解条件。
产物毒性
在某些情况下，微生物有机物降解的产物可能具有毒性或生物活性， 对环境和人类健康造成潜在威胁。
技术成本高
微生物有机物降解技术需要投入大量的人力、物力和财力，成本较高， 需要进一步降低成本才能广泛应用。
分解氮气
有些古菌能够将氮气还原 成氨，对氮循环具有重要 意义。
藻类的降解能力
转化光能
藻类能够吸收光能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
合成蛋白质和脂肪
藻类能够利用葡萄糖合成蛋白质和脂肪等有机物，为生物提 供营养物质。
03
微生物有机物降解的机 理
微生物对有机物的吸附
有机物的微生物降解原理
烯烃的水解反应可表示如下:蛋白质在水中的降解分两步进行；第一步蛋白质先在肽键上断裂、脱羧、脱氨并逐步氧化, 有机氮转化为无机氮；第二步是氮的亚硝化、硝化等使无机氮逐渐转化。
可示意如下：其中氨基酸的水解脱氨反应如下:许多酰胺类农药和无机酸酯农药如对硫磷、马拉硫磷等，在微生物的作用下，其分子中的酰胺和酯键也容易发生水解。
•生化氧化反应在微生物作用下，发生有机物的氧化反应称为生化氧化反应。
有机物在水环境中的生物氧化降解，一部分是被生物同化，给生物提供碳源和能量，转化成生物代谢物质；另一部分则被生物活动所产生的酶催化分解。
自然水体中能分解有机物的微生物菌种很多。
对特定的有机物有特定的优势菌种，这类微生物可分为两组，一组是能在缺氧条件下分解有机物的，称为厌氧微生物；另一组是能在氧气存在下分解有机物的，称为好氧微生物。
受有机物严重污染的水体往往缺氧，在这种情况下有机物的分解主要靠厌氧微生物进行。
有机物生物降解过程研究得较多，许多研究成果已用于废水处理技术的开发。
有机物的生化氧化大多数是脱氢氧化。
脱氢氧化时可从-CH0H或-CH-CH,基团上脱氢：脱去的氢转给受氢体，若氧分子作为受氢体，则该脱氢氧化称有氧氧化过程；若以化合氧（如CO、SQ-、NO等）作为受氢体，即为无氧氧化过程。
在微生物作用下脱氢氧化时，从有机物分子上脱落下来的氢原子往往不是直接把氢交给受氢体，而是首先将氢原子传递给氢载体NAD有机物+NAD —有机氧化物+NADH然后在有氧氧化时，氢原子经过一系列载氢体的传递，最后与受氢体氧分子结合形成水分子。
无氧氧化的大多数情况是，NADH直接把氢传递给含氧的有机物或其他受氢体。
如在甲烷细菌作用下，CQ作为受氢体接受氢原子形成甲烷。
CQ + 4NADf —CH4 + 2H 2Q + 4NAD硫酸盐还原菌对有机物实行无氧氧化时，可以把SQ2-作为受氢体，接受氢原子最终形成硫化氢：SQ2-+10 H—H2S+4HQ水体中各类有机物氧化时按照一定的程序演变，形成某种固定的格式。
微生物对有机物的降解作用.
微生物对有机物的降解作用.高致癌的物质可以很容易在重工业区周围的土壤中被检测到，而且超过国家标准多倍。
处理有机物的一般方法可分为三大类[1]：物理方法：主要有吸收法、洗脱法、萃取法、蒸馏法和汽提法等；化学方法：如光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法、以及声化学氧化法等，这一方法应用较多；生物方法：包括植物修复，动物修复和微生物降解三类技术。
与其他处理方法相比，微生物降解有机物具有无可比拟优势：（1）微生物可将有机物彻底分解成CO2和H2O，永久的消除污染物，无二次污染；（2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用的30%～50%；（3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。
2 微生物降解有机物的机理及影响因素2.1 微生物降解有机物的机理用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化[2]。
以多环芳烃（PAHs）[3~4]和农药[5]的降解为例来说明。
2.1.1 微生物对多环芳烃（PAHs）的降解微生物之所以能降解多环芳烃依赖于它们对多环芳烃的代谢。
微生物通过两种方式对PAHs进行代谢：1 ) 以PAHs作为唯一的碳源和能源：2 ) 把PAHs与其它有机质进行共代谢降解。
研究表明许多微生物能以低分子量的PAHs (双环或三环) 作为唯一的碳源和能源，并将其完全矿化。
而四环或多环的PAHs的可溶性差，比较稳定，难以降解，一般要通过共代谢方式降解。
研究又表明，微生物在有氧和无氧条件下都能对多环芳烃进行降解。
（1）共代谢降解高分子量的多环芳烃的生物降解一般均以共代谢方式开始。
共代谢作用可以提高微生物降解多环芳烃的效率，改变微生物碳源和能源的底物结构，增大微生物对碳源和能源的选择范围，从而达到难降解的多环芳烃最终被微生物利用并降解的目的。
在有其他碳源和能源存在的条件下，微生物酶活性增强，降解非生长基质的效率提高，也称为共代谢作用。
微生物的有机物降解
生物处理构筑物内所增加的细胞物。
活性污泥法
空气
初次沉 淀池
曝气池 再生池
二次沉 淀池
有机物的生物分解类型及其特点
生物分解类型
生物去除 （Bioelimination）
初级分解（Primary biodegradation）
环境可接收的分解 （Environmentally acceptable biodegradation）
完全分解 （Ultimate biodegradation）
特点
分解对象有机物 的分析方法
由于微生物细胞、活性污泥等的吸附作用使 化学物质浓度降低的一种现象。这里所说的 “生物去除”不是真正意义上的分解，而是 一种表观现象，也可称为“表观生物分解”。
各种色谱分析 有机碳分析
在分解过程中，化学物质的分子结构发生变 化，从而失去原化学物质特征的分解。
经过生物分解，化学物质的物理化学性质和 毒性达到环境安全要求的程度。
根据分解 条件分类
好氧分解：在好氧条件下进行的分解 厌氧分解：在厌氧条件下进行的分解
好氧呼吸 厌氧呼吸 发酵
微生 物的 分类
好氧微生物（aerobe）：只能在有氧条件下生长， 没有氧气无法生存.
厌氧微生物（anaerobe）：只能在没有氧气的环境 下生长，有氧气反而不能生长。
兼性微生物（facultative aerobe）：即可在有氧条 件下，也可在无氧条件下生长。在自然 界中，大多数微生物属于这一类。
细胞物质（微生物的生长）
生物分解后的去向 分解产物（CO2、小分子有机物等）
微生物对有机物的降解作用只是分享
3. 氯代脂肪族化合物的降解
如分枝杆菌TA5和TA27能以乙烷、乙醇和其他含碳化合物为能源 ，可降解初始浓度为75mg/L的三氯乙烷。大肠杆菌、假单胞菌、 Shewanella putrefaciens 200可使四氯化碳降解脱氯。
4. 腈类化合物的降解
（3）污染物的性质
有机物的分子量、空问结构、取代基的种类及数量等都影响到微 生物对其降解的难易程度。一般情况下，高分子化合物比低分子量化 合物难降解，聚合物、复合物更能抗生物降解；空间结构简单的比结 构复杂的容易降解；苯环上有-0H或-NH2 的化合物都比较容易被假单 胞菌WBC-3所降解。
（4）环境条件
这主要包括酸碱度（PH一般应在6.5～8.5的范围内）、温度、湿 度。
（5）微生物的协同作用
自然界中，多数微生物降解过程需要两种或更多种类微生物的协 同作用才能完成。微生物之间的这种协同作用主要体现在：（ⅰ）一 种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素、氨基酸及其他生长因 素；（ⅱ）一种微生物将目标污染物分解为中间产物，第二种微生物 继续分解中间产物；（ⅲ）一种微生物通过共代谢将目标产物进行转 化，只有在其他微生物存在条件下才能将其彻底分解；（ⅳ）一种微 生物分解目标产物形成有毒中间物，使分解率下降，其他微生物可能 以这种有毒中间产物为碳源。
2. 处理方法
（1）物理方法
如光催化降解，其机理为当半导体光催化剂(如Ti02等)受到能量大于 禁带宽度的光照射时，其价带上的电子(e-)受到激发，跃过禁带进人导带 ，在价带留下带正电的空穴(h+)。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有 强还原性，二者可形成氧化还原体系。
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微生物对有机物的降解作用摘要：本文介绍了有机物的性质、污染状况及处理方法；以多环芳烃和农药为例阐述了微生物降解有机物的机理及影响因素；综述了国内外研究较多的几种生物难降解污染物微生物处理技术的进展，并对今后的几个研究发展方向进行了展望。
关键词：微生物有机物降解作用1 引言有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物，主要包括酚类化合物、芳香族化合物、氯代脂肪族化合物和腈类化合物等。
目前，由于大量工业废水和生活污水未达标排放，以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物质，使我国水体和土壤受到不同程度的污染，严重的破坏了地球的生态平衡。
七大水系的411个地表水监测断面中，水质为Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类的断面比例分别为41％、32％和27％。
其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。
而农业土壤中15 种多环芳烃（PAHs）总量的平均值为4.3mg/kg，且主要以4环以上具有致癌作用的污染物为主，占总含量的约85 %，仅有6%的采样点尚处于安全级。
而工业区附近的土壤污染远远高于农业土壤：多氯联苯、多环芳烃、塑料增塑剂等，这些高致癌的物质可以很容易在重工业区周围的土壤中被检测到，而且超过国家标准多倍。
处理有机物的一般方法可分为三大类[1]：物理方法：主要有吸收法、洗脱法、萃取法、蒸馏法和汽提法等；化学方法：如光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法、以及声化学氧化法等，这一方法应用较多；生物方法：包括植物修复，动物修复和微生物降解三类技术。
与其他处理方法相比，微生物降解有机物具有无可比拟优势：（1）微生物可将有机物彻底分解成CO2和H2O，永久的消除污染物，无二次污染；（2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用的30%～50%；（3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。
2 微生物降解有机物的机理及影响因素2.1 微生物降解有机物的机理用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化[2]。
以多环芳烃（PAHs）[3~4]和农药[5]的降解为例来说明。
2.1.1 微生物对多环芳烃（PAHs）的降解微生物之所以能降解多环芳烃依赖于它们对多环芳烃的代谢。
微生物通过两种方式对PAHs进行代谢：1 ) 以PAHs作为唯一的碳源和能源：2 ) 把PAHs与其它有机质进行共代谢降解。
研究表明许多微生物能以低分子量的PAHs (双环或三环) 作为唯一的碳源和能源，并将其完全矿化。
而四环或多环的PAHs的可溶性差，比较稳定，难以降解，一般要通过共代谢方式降解。
研究又表明，微生物在有氧和无氧条件下都能对多环芳烃进行降解。
（1）共代谢降解高分子量的多环芳烃的生物降解一般均以共代谢方式开始。
共代谢作用可以提高微生物降解多环芳烃的效率，改变微生物碳源和能源的底物结构，增大微生物对碳源和能源的选择范围，从而达到难降解的多环芳烃最终被微生物利用并降解的目的。
在有其他碳源和能源存在的条件下，微生物酶活性增强，降解非生长基质的效率提高，也称为共代谢作用。
烃类的降解的初始阶段都是通过加氧酶的作用在碳链上加上氧原子，再经过一系列的反应使烃链断开，最终完成降解。
选择诱导物(基质类似物)应该考虑：毒性相对较低，价格低廉，可以作为微生物生长所需的碳源和能源，可以提高微生物内加氧酶的含量和活性的物质，如水杨酸、邻苯二甲酸、联苯等。
矿物油中含有很多有机物，其中有些成分可以起到共代谢的作用。
共代谢是多环芳烃降解的一个重要特征，它普遍存在，扩展了微生物所能降解的有机物范围。
研究表明把苯并芘和原油混合后投入清洁土壤，用土著微生物进行降解，降解苯并芘的菌在菲和荧葸的存在下降解滞后期缩短，降解速度提高。
（2）加氧酶降解途径原核微生物和真核微生物对多环芳烃的微生物降解都需要氧气的参与，产生氧化酶，加氧酶把氧原子加到C-C键上形成C-O 键，再经过加氢、脱水等作用而使C-C键断裂，苯环数减少。
多环芳烃苯环的降解取决于微生物产生加氧酶的能力，且由于酶对于多环芳烃的专一性，环境中的多环芳烃的多样性，多环芳烃的降解需要多种微生物的参与。
微生物加氧酶分单加氧酶和双加氧酶两种它们的活性程度对多环芳烃的降解有很大影响，微生物加氧酶对多环芳烃的作用见图1。
丝状真菌一般产生单加氧酶，对多环芳烃降解的第一步是羟基化多环芳烃，即把一个氧原子加到底物中形成芳烃化合物，继而氧化为双氢乙醇和酚类：细菌主要产生双加氧酶，对多环芳烃降解的第一步是苯环的裂解，把两个氧原子加到底物中形成双氧乙烷，进一步氧化成顺式双氢乙醇，双氢乙醇可继续氧化为儿茶酚、原儿茶酚和龙胆酸等中间代谢物，接着苯环断开，产生琥珀酸、延胡羧酸、乙酸、丙酮酸和乙醛。
降解中的产物被微生物用来合成自身的生物量，同时产生CO2和H2O。
多环芳烃最初的氧化即苯环的加氧是多环芳烃微生物降解反应的速控步，此后间接进程加快，没有或很少有中间代谢物的积累。
多环芳烃的酶降解具有很强的区域性和选择性。
在环境中，还存在着其他多环芳烃降解机制，如甲烷单氧酶、几丁质超氧化酶等酶代谢。
图1 微生物在加氧酶的作用下氧化多环芳烃的途径2.1.2 微生物对农药的降解降解农药的微生物有细菌、真菌、放线菌、藻类等。
细菌由于其生化上的多种适用能力以及容易诱发突变菌株从而占了主要的位置。
（1）细菌降解农药的本质是酶促反应，即化合物通过一定的方式进入细菌体内，然后在各种酶作用下，经过一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小化合物的过程。
如莠去津作为假单胞菌ADP 菌株的唯一碳源，有三种酶参与了降解莠去津的前几步反应，第一个酶是A tzA，催化莠去津水解脱氯的反应，得到无毒的羟基莠去津，此酶是莠去津生物降解的关键酶。
第二个酶是A tzB，催化羟基莠去津脱氯氨基反应，产生N－异丙基氰尿酰胺。
第三个酶是A tzC，催化N－异丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和异丙胺。
最终莠去津被降解为CO2和NH2[6]。
由于降解酶往往比产生该类酶的微生物菌体更能忍受异常环境条件，酶的降解效率远高于微生物本身，特别是对低浓度的农药，所以，人们想利用降解酶作为净化农药污染的有效手段。
但是，降解酶在土壤中容易受非生物变性、土壤吸附等作用而失活，难以长时间保持降解活性，而且酶在土壤中的移动性差等等，这限制了降解酶在实际中的应用。
现在许多试验已经证明，编码合成这些酶系的基因多数在质粒上，如2，4－D的生物降解，即由质粒携带的基因所控制。
通过质粒上的基因与染色体上的基因的共同作用，在微生物体内把农药降解[7]。
（2）微生物在农药转化中的作用一是矿化作用。
有许多化学农药是天然化合物的类似物，某些微生物具有降解它们的酶系。
它们可以作为微生物的营养源而被微生物分解利用，生成无机物、二氧化碳和水。
矿化作用是最理想的降解方式，因为农药被完全降解成无毒的无机物，如石利利等[9]研究了假单胞菌DLL-1在水溶液介质中降解甲基对硫磷的性能及降解机理后指出，DLL-1菌可以将甲基对硫磷完全降解为无机离子NO2-、NO3-[8]。
二是共代谢作用。
有些合成的化合物不能被微生物降解，但若有另一种可供碳源和能源的辅助基质存在时，它们则可被部分降解，这个作用称为共代谢作用。
如门多萨假单胞菌DR-8菌株降解甲单脒产物为2,4－二甲基苯胺和NH3，而DR-8菌株不能以甲单脒作为碳源和能源而生长，只能在添加其它有机营养基质作为碳源的条件下降解甲单脒，且降解产物未完全矿化，属于共代谢作用类型[9]。
共代谢作用在农药的微生物降解过程中发挥着主要的作用。
目前，对于各种杀虫剂的微生物降解途径已比较清楚，表1列举了几种主要的降解途径。
表1 微生物降解农药的主要途径降解机理作用机理适用对象水解作用在微生物作用下，酯键和酰胺键水解，使得农药脱毒如马拉硫磷、敌稗、毒死蜱脱卤作用卤代烃类杀虫剂，在脱卤酶的作用下，其取代基上的卤被H、羧基等取代，从而失去毒性如DDT降解变为DDE；二氯苯氧化作用微生物通过合成氧化酶，使分子氧进入有机分子，尤其是带有芳香环的有机分子中，插入1个羧基或形成1个环氧化物如多菌灵和2,4-D硝基还原在微生物作用下，农药中的NO2转变为NH2如2,4-二硝基酚其降解产物为2-氨基-4-硝基酚；对硫磷转化为氨基对硫磷；2,4-二硝基酚甲基化有毒酚类加入甲基使其钝化如四氯酚、五氯酚去甲基化含有甲基或其他烃基，与N、O、S相连，脱去这些集团转化为无毒如敌草隆的降解即脱去两个N-甲基；苯脲去氨基脱氮无毒如醚草通、莠去津2.2影响因素（1）营养物质微生物分解有机物一般利用有机污染物作为碳源，但同时需要其他的营养物质，如氮源、能源、无机盐和水。
一般来说，为了达到完全降解，适当的添加营养物常常比接种特殊的微生物更为重要。
但在添加营养盐之前，必须确定营养盐的形式、合适的浓度以及适当的比例。
另外，一些微量元素也许考虑。
例如，在对土壤中多氯联苯生物降解的研究中发现，作为亲核剂的维生素B12可催化多氯联苯所有位置上的脱氯反应，30℃下40天内多氯联苯分子脱氯率达40%；相比之下，在缺乏维生素B12，其脱氯率小于10%。
（2）电子受体有机污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度极大地影响着污染物降解的速率和程度。
微生物氧化还原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根等）三大类，第一种为有氧过程，而后两种为无氧过程。
因此，溶解氧的情况不仅影响污染物的降解速率，也决定着一些污染物的最终降解产物，如某些氯代脂肪族和化合物在厌氧降解时，产生有毒的分解产物，但在好氧条件下这种情况却很少见。
（3）污染物的性质有机物的分子量、空问结构、取代基的种类及数量等都影响到微生物对其降解的难易程度。
一般情况下，高分子化合物比低分子量化合物难降解，聚合物、复合物更能抗生物降解；空间结构简单的比结构复杂的容易降解；苯环上有-OH或-NH2的化合物都比较容易被假单胞菌WBC-3所降解。
例如农药的生物降解性由易到难依次为脂肪酸类、有机磷酸盐类、长链苯氧基脂肪酸类、短链苯氧基脂肪酸类、单基取代苯氧基脂肪酸类、三基取代苯氧基脂肪酸类、二硝基苯类、氯代烃类。
（4）环境条件这主要包括酸碱度（PH一般应在6.5～8.5的范围内）、温度和湿度。
Sarfraz等研究了假单胞菌对硫丹的降解，证明了温度和pH 对微生物降解硫丹的影响，指出上述三菌株降解硫丹的最佳温度为3 0℃，p H为8.0。
Rhodes研究了不同土壤对2，4-二氯苯酚降解的影响，发现微生物或其产生的酶系降解农药都需要适宜的温度、pH及底物浓度。