《环境工程微生物》PPT课件
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• 石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。
1．石油的生物降解性
• 与分子结构有关
A．链长度
链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链
B．链结构
• 直链 ? 支链 • 不饱和 ? 饱和
>
• 烷烃 ? 芳烃
• 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以 及多环芳烃极难降解
• 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等。
1）微生物分解途径
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
2）分解纤维素的微生物
油脂的转化途径
水解 脂肪
脂肪酶
丙酮酸
三羧酸循环
磷酸化
酵解
甘油 脱氢 磷酸二羟丙酮
β-氧化
脂肪酸
乙酰辅酶A+（丙酸）
三羧酸循环
CO2+H2O
（三）石油的转化
• 提问：什么是石油？
• 石油是含有烷烃（直链和支链）、环烷烃（多数是烷基环戊烷、烷 基环己烷）、芳香烃（多数是烷基苯）及少量非烃化合物（硫醇、硫 醚、二硫化物、噻吩、环烷酸、酚、吡啶、吡咯、喹啉 和胺类）的复杂混合物。
白腐—树皮上木质素被该 菌分解后漏出白色的纤维 素部分。
（二）油脂的转化
• 水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂 废水、制革厂废水含有大量油脂
• 降解油脂较快的微生物 • 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌
• 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉
• 途径：水解+β氧化
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放线菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
2. 半纤维素的转化
• 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维 废水中含半纤维素。
1）分解过程
好氧分解
二、含碳化合物分解转化
糖类 脂类（石油） 蛋白质 人工合成的有机化合物
（一）糖类的转化
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量
较大时才会使自净时间大大增加，从而对 环境造成污染。这类多糖主要是纤维素、 半Leabharlann Baidu维素、果胶质、木质素、淀粉。
1．纤维素的转化
• 分子结构：葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β-1,4糖苷键 ）。
2）淀粉的分解途径
淀粉
葡萄糖
三羧酸循环（好氧分解）
乙醇发酵
丙酮丁酸发酵
厌氧发酵
丁酸发酵
5．木质素的转化
•木质素存在于除苔藓 和藻类外所有植物的 细胞壁中，是由松柏 醇、香豆醇和芥子醇 聚合而成的高度分枝 多聚物。
木质素 空腔 纤维素
木质素模式图 香豆醇
松柏醇
芥子醇
聚合 交联
• 自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢 ？
C．芳香烃的降解
• 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内 它们可以不同程度的被微生物分解。 已知降解不同芳香烃的细菌类别
第二章
微生物在环境 物质循环中的作用
第一节 碳循环
6.0× 1011t
6.0× 1010t
一、二氧化碳的固定—碳的有机化
二氧化碳固定是二氧化碳还原到碳水化合物的生化反应过程，这主要是通过光合作用来 实现的。光合作用是地球上最重要的生物学过程之一，其实质是转化光能为化学能，把 空气中的二氧化碳还原为细胞有机碳。能进行光合作用的细菌统称为光合细菌（photos ynthetic bacteria，缩写PSB）。
➢ 含果胶质废水：造纸废水、制麻废水
1） 分解果胶质的微生物 ➢细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等好氧菌和
蚀果胶菌等厌氧菌;
➢真菌：青霉、曲霉、木霉、毛霉和根霉等
➢放线菌
2） 果胶质的分解途径
原果胶
H2O
可溶性果胶
果胶酸
半乳糖醛酸
H2O
H2O
好氧分解 丁酸发酵
4. 淀粉的转化
➢ 含淀粉废水：酿洒废水、印染废水、发酵废水等 1）分解淀粉的微生物 ➢ 细菌：枯草芽孢杆菌 ➢ 真菌：根霉、曲霉 ➢ 放线菌
EMP途径
聚糖酶 半纤维素 单糖 + 糖醛酸
（ATP/CO2 + H2O）
H2O
各种发酵产物
厌氧分解
2）分解微生物
分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素
细菌:芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌 霉菌:根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉
放线菌
3. 果胶质的转化
➢ 由D—半乳糖醛酸以α-1,4糖苷键构成的直链高分 子化合物
• 主要是真菌，包括白腐菌、褐腐菌和软腐菌 三类，能把木质素彻底降解为CO2 和水。
• 此外还包括放线菌和细菌。
• 白腐菌在木质素的生物降解中占有十分重要的 地位。黄孢原毛平革菌是研究最多的木质素降解 菌。
黄孢原毛平革菌(Phaner
ochaete chrysosprium)是白 腐真菌的一种，隶属于担 子菌纲、同担子菌亚纲、 非褶菌目、丝核菌科。
2．降解石油的微生物
• 降解石油的微生物很多，据报道有200多种 • 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆
菌属 • 放线菌 —— 诺卡氏菌 • 酵母菌 —— 假丝酵母 • 霉 菌 —— 青霉属、曲霉属 • 藻 类 —— 蓝藻和绿藻
3．石油的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2 R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH β-氧化
CO2 + H2O CH3-COOH + R-COOH
B．无支链环烷烃的降解
• 以环己烷为例
OH
+O2 +2H
－2H
－H2O
O +O2 +2H
－H2O
O
OH
-2H HOOC-（CH2）4-COOH
ω氧化
HOOC-（CH2）4-CH2OH
CO2 + H2O
+ H2O
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮， 另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧 化环己烷，在两类以上微生物的协同作用下将 污染物彻底降解。——这称为微生物的共代谢。
★光合细菌的类群和特性
按光合细菌所含光合色素系统的不 同，分为紫色细菌、绿色细菌和蓝细 菌。
紫硫细菌 绿硫细菌
• 紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照
CO2 + H2S → [CH2O]（糖） + H2O + 2S↓
菌绿素（与叶绿素大同小异）
（H2S类似植物光合作用中的H2O）
提问：在自然界的作用是什么呢？ 早期无氧地球，清除H2S
1．石油的生物降解性
• 与分子结构有关
A．链长度
链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链
B．链结构
• 直链 ? 支链 • 不饱和 ? 饱和
>
• 烷烃 ? 芳烃
• 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以 及多环芳烃极难降解
• 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等。
1）微生物分解途径
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
2）分解纤维素的微生物
油脂的转化途径
水解 脂肪
脂肪酶
丙酮酸
三羧酸循环
磷酸化
酵解
甘油 脱氢 磷酸二羟丙酮
β-氧化
脂肪酸
乙酰辅酶A+（丙酸）
三羧酸循环
CO2+H2O
（三）石油的转化
• 提问：什么是石油？
• 石油是含有烷烃（直链和支链）、环烷烃（多数是烷基环戊烷、烷 基环己烷）、芳香烃（多数是烷基苯）及少量非烃化合物（硫醇、硫 醚、二硫化物、噻吩、环烷酸、酚、吡啶、吡咯、喹啉 和胺类）的复杂混合物。
白腐—树皮上木质素被该 菌分解后漏出白色的纤维 素部分。
（二）油脂的转化
• 水中来源：毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂 废水、制革厂废水含有大量油脂
• 降解油脂较快的微生物 • 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌
• 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉
• 途径：水解+β氧化
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放线菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
2. 半纤维素的转化
• 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维 废水中含半纤维素。
1）分解过程
好氧分解
二、含碳化合物分解转化
糖类 脂类（石油） 蛋白质 人工合成的有机化合物
（一）糖类的转化
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量
较大时才会使自净时间大大增加，从而对 环境造成污染。这类多糖主要是纤维素、 半Leabharlann Baidu维素、果胶质、木质素、淀粉。
1．纤维素的转化
• 分子结构：葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β-1,4糖苷键 ）。
2）淀粉的分解途径
淀粉
葡萄糖
三羧酸循环（好氧分解）
乙醇发酵
丙酮丁酸发酵
厌氧发酵
丁酸发酵
5．木质素的转化
•木质素存在于除苔藓 和藻类外所有植物的 细胞壁中，是由松柏 醇、香豆醇和芥子醇 聚合而成的高度分枝 多聚物。
木质素 空腔 纤维素
木质素模式图 香豆醇
松柏醇
芥子醇
聚合 交联
• 自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢 ？
C．芳香烃的降解
• 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内 它们可以不同程度的被微生物分解。 已知降解不同芳香烃的细菌类别
第二章
微生物在环境 物质循环中的作用
第一节 碳循环
6.0× 1011t
6.0× 1010t
一、二氧化碳的固定—碳的有机化
二氧化碳固定是二氧化碳还原到碳水化合物的生化反应过程，这主要是通过光合作用来 实现的。光合作用是地球上最重要的生物学过程之一，其实质是转化光能为化学能，把 空气中的二氧化碳还原为细胞有机碳。能进行光合作用的细菌统称为光合细菌（photos ynthetic bacteria，缩写PSB）。
➢ 含果胶质废水：造纸废水、制麻废水
1） 分解果胶质的微生物 ➢细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等好氧菌和
蚀果胶菌等厌氧菌;
➢真菌：青霉、曲霉、木霉、毛霉和根霉等
➢放线菌
2） 果胶质的分解途径
原果胶
H2O
可溶性果胶
果胶酸
半乳糖醛酸
H2O
H2O
好氧分解 丁酸发酵
4. 淀粉的转化
➢ 含淀粉废水：酿洒废水、印染废水、发酵废水等 1）分解淀粉的微生物 ➢ 细菌：枯草芽孢杆菌 ➢ 真菌：根霉、曲霉 ➢ 放线菌
EMP途径
聚糖酶 半纤维素 单糖 + 糖醛酸
（ATP/CO2 + H2O）
H2O
各种发酵产物
厌氧分解
2）分解微生物
分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素
细菌:芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌 霉菌:根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉
放线菌
3. 果胶质的转化
➢ 由D—半乳糖醛酸以α-1,4糖苷键构成的直链高分 子化合物
• 主要是真菌，包括白腐菌、褐腐菌和软腐菌 三类，能把木质素彻底降解为CO2 和水。
• 此外还包括放线菌和细菌。
• 白腐菌在木质素的生物降解中占有十分重要的 地位。黄孢原毛平革菌是研究最多的木质素降解 菌。
黄孢原毛平革菌(Phaner
ochaete chrysosprium)是白 腐真菌的一种，隶属于担 子菌纲、同担子菌亚纲、 非褶菌目、丝核菌科。
2．降解石油的微生物
• 降解石油的微生物很多，据报道有200多种 • 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆
菌属 • 放线菌 —— 诺卡氏菌 • 酵母菌 —— 假丝酵母 • 霉 菌 —— 青霉属、曲霉属 • 藻 类 —— 蓝藻和绿藻
3．石油的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2 R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH β-氧化
CO2 + H2O CH3-COOH + R-COOH
B．无支链环烷烃的降解
• 以环己烷为例
OH
+O2 +2H
－2H
－H2O
O +O2 +2H
－H2O
O
OH
-2H HOOC-（CH2）4-COOH
ω氧化
HOOC-（CH2）4-CH2OH
CO2 + H2O
+ H2O
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮， 另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧 化环己烷，在两类以上微生物的协同作用下将 污染物彻底降解。——这称为微生物的共代谢。
★光合细菌的类群和特性
按光合细菌所含光合色素系统的不 同，分为紫色细菌、绿色细菌和蓝细 菌。
紫硫细菌 绿硫细菌
• 紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照
CO2 + H2S → [CH2O]（糖） + H2O + 2S↓
菌绿素（与叶绿素大同小异）
（H2S类似植物光合作用中的H2O）
提问：在自然界的作用是什么呢？ 早期无氧地球，清除H2S