微生物对污染物的降解与转化
北科大环境工程微生物学课件第4章 微生物对污染物的降解和转化
被动扩散： 营养物质顺浓度梯度，以扩散方式进 入细胞的过程。 特点： 1)微生物的细胞膜不是半透膜，是差异 膜，影响物质进出细胞的速度；2)微生物中的 部分细胞具有将营养物质转移功能或及时在酶系 统作用下转化功能，避免积累，保持内外的物质 浓度梯度，保证了物质运输的不断进行。 被动扩散分类： 包括简单扩散(不需要载体)和 促进扩散(需要载体)。
本章要点：
酶催化进行的反应称为酶促反应(Enzymatic reaction)，发生化学反 应的物质称为底物 (Substrate)物质称为产物(Product)。
酶(Enzyme)---在活 细胞内合成的具有高 度专一性和催化效率 的蛋白质，具有催化 生物化学反应的功 能，并传递电子、原 子和化学基团，又称 为生物催化剂。
( 1 )微生物酶的定义、分类、组成、固定化及影响酶活力的因素 (2)营养物质进入微生物细胞的方式和原理 (3)含碳、氮、硫、磷各自化合物以及难降解物质的微生物降解转化机理 (4)微生物降解动力学过程及其影响因素 (5)微生物的合成代谢过程和机制
第四章 微生物对污染物的降解转化
(Biological catalyst)
一、 基本概念：
反应生成的
二、 酶的催化特点：
按酶促反应的类型分类氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类 按酶在细胞的部位分类按酶在细胞的不同部位，分为胞内酶、胞外酶和表面酶 按酶蛋白结构的特点分类多酶复合体系、寡聚酶、单体酶 按酶生成与底物是否存在的关系分类组成酶(Constitutive enzymes)和诱导酶(Inducible enzymes)
活性中心：酶蛋白分子发生化学反应的小部分氨基酸微区
酶活性中心与底物作用
微生物治理污染的原理
微生物治理污染的原理
微生物治理污染的原理是利用微生物对污染物进行降解、转化或吸附，从而减少或去除污染物。
微生物是一类高度适应环境的生物，它们能够利用多种有机物和无机物为能源和营养源，通过代谢活动对污染物进行降解。
微生物治理可以分为两种类型：生物辅助治理和生物修复。
生物辅助治理是指利用微生物来转化或降解污染物，以达到减少或去除污染的目的。
生物修复则是指引入特定的微生物来修复受到污染的环境，使其恢复到原有的健康状态。
微生物治理污染的原理包括以下几个方面：
1. 吸附作用：一些微生物表面存在着吸附剂，可以吸附污染物，从而将其从环境中去除或减少其浓度。
2. 生物降解：微生物通过各种代谢途径，将有机污染物分解成无害的物质，如二氧化碳和水。
这可以通过微生物合成特定的酶来实现，这些酶可以将有机物转化成更小的分子。
3. 生物转化：微生物可以将一些有毒物质转化为相对无害的物质。
例如，某些微生物可以将重金属离子还原成零价态的金属，从而减少其毒性。
4. 生物吸收和富集：一些微生物可以通过吸收和富集污染物来减少其在环境中的浓度。
这些微生物可以在富集了污染物后被收集和处理。
微生物治理污染的原理在环境治理中具有广泛应用，例如在水体污染治理、土壤修复和废物处理中都有一定的应用。
但需要注意的是，微生物治理并非适用于所
有类型的污染物，对于一些特定的污染物可能需要结合其他方法来进行治理。
此外，在微生物治理中还需要考虑微生物的选择性、适应性和生态位等因素，以确保治理效果的稳定和持久。
微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物
污染物的生物降解
其原因在于：①在微生物混合群落中污染物的加入实际上是在定向地选择那些能够吸收和降 解污染物基质的微生物种属；这时滞后期是由于特定降解微生物的指数生长特性；同时，微 生物对污染物也有一个选择过程，所谓巴斯德效应。②微生物对污染物的适应要通过诱导酶 的合成，而且需要合成必需的辅酶或中间代谢产物。
（1）β-1,4葡聚糖酶又叫Cx酶，它不能水解天然纤维素，只能切割部分降解的多糖。它广泛分布在 细菌、放线菌和真菌中，可作用于包括很多葡萄糖单位的多糖分子，也可作用于寡糖分子，如纤维四糖 、纤维三糖。但它对寡糖比对多聚糖的水解作用 ①内切β-1，4葡聚糖酶，能随机切断β-1，4苷键，提供许多可供反应的末端，②外切β-1，4葡聚糖 酶，该酶又可分为从非还原性末端开始切下一个β-葡萄糖和切下一个β-葡聚二糖(纤维二糖)的两种
2020/11/26
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微生物对难降解物质的降解与转化污染控制微生物
1
有机污染物的生物降解性
生物降解度 根据污染物生物降解进行的程度，可将其分为三种（或3个阶段）。
1）初级生物降解是指有机污染物在微生物的作用下，母体化合物的化学结构发生变化 ，并改变了原污染物分子的完整性，即有机污染物本来的结构发生部分变化。
污染物的生物降解
前3种有机污污染物的生物降解 过程如图
污染物的生物降解
1）可以立即被微生物利用作为营养和能量来源的，包括糖、Pr(AA)、脂肪酸和一些涉及典型代 谢途径的污染物。
2)能够逐步被微生物分解利用的，此类污染物的生物降解需要一个驯化期，在些期间有机污染物 很少或根本不发生生物降解，故随时间的变化曲线中明显地有一个滞后期，它表示微生物对有机污染 物的适应过程所需要的时间。一般将微生物从开始接触有机化合物到有机化合物被明显分解的这段时 间称为化合物生物降解的驯化期。
微生物对环境污染物的降解作用
微生物对环境污染物的降解作用环境污染已经成为当今全球面临的最大挑战之一。
各种化学物质、有机物和无机物的排放使得环境质量不断下降，对人类和动植物的健康产生极大威胁。
而微生物可以通过其生物化学反应，对环境中的各种污染物进行有效的降解，成为解决环境污染问题的一种有效途径。
一、微生物降解的分类微生物降解可以分为生物吸附、生物转化和生物降解三种类型。
其中，生物吸附是指微生物把有机分子吸附到它们的表面；生物转化是指将有机分子分解成其组成部分，而生物降解是指微生物分解污染物来消耗这些有机物质并产生指定的有机分子。
生物降解是一种天然环境净化途径，可以通过生物降解分解有机物质和化合物为无毒化合物，并将其转换成微生物生长所必需的物质。
然而，在自然系统中，不是所有的化学物质都能被微生物降解，因为其高度化学稳定性。
例如，对氯苯和邻苯二甲酸（phthalates）不易降解。
二、微生物降解的体系微生物在降解过程中所产生的环境污染物可以分为两类：有机物和无机物。
其中，有机物被细菌转化成二氧化碳和水，并释放出能量。
对于这些有机物，微生物通常把它们分解成更小的碎片，然后再以碳源生长。
而无机物则被微生物通过化学还原、氧化、羧化等方式转化成二氧化碳、氨和水，帮助进行有机物的降解和消除。
这种转化作用还可以将一些典型的污染物、如重金属、氰气和石油中的多环芳烃（PAH）分解为无毒物质。
微生物所降解的污染物也有很大的差异。
例如，酚、苯、甲苯、甲醛等有机物容易被微生物降解，而油类、聚氯乙烯等则需要一定的条件、材料和生物反应器才能进行有效的降解。
在实践中，要根据污染物的性质、摆放条件，以及微生物特性等条件来设计合适的处理方案。
三、微生物降解的应用微生物降解已经被广泛应用于各种领域中，如市政废水处理、印染废水处理、工业废水处理、有机废物处理、浸出液处理等。
在市政废水处理中，微生物降解通常被用于二级生物处理，以去除污水中的大部分有机物。
在印染废水处理中，微生物降解可以去除颜料和垃圾颜料等有机污染物。
微生物对污染物的降解与转化
在自然界，完全的生物降解可能是由于混合种群的 作用而非单一菌种的活性。必须注意，在实验室条 件下可降解的化合物，在自然环境中未必能降解， 反之亦然。
生物降解过程可能产生顽固的中间体，在环境中长 期滞留，有的可能有致癌、致畸、致突变作用，威 胁人体健康，尽管这种情况是例外而不是规律。
Bacteria have evolved over millions of years to be able to get energy and nutrients from chemicals, in a process called biodegradation.
Bacteria grow by breaking down chemicals into smaller compounds, nutrients and water.
卤代作用能抗生物降解，卤素取代基愈多，抗性 愈强。
官能团的位置也影响化合物的降解性，如两个取 代基的苯化物，间位异构体往住最能抵抗微生物 的攻击，降解最慢。
（三）、温度
温度支配着酶反应动力学、微生物生长速度以及化 合物的溶解度等，因而对控制污染物的降解转化起 着关键作用。
在自然环境中地理和季节的变化能对微生物降解转 化污染物的速度和程度起支配作用。
It is nature's way of getting rid of wastes by breaking down organic matter into nutrients that can be used by other organisms.
As a result, the ability of a chemical to biodegrade is an indispensable element in the understanding of any risk posed by that chemical on the environment.
第二章 微生物对污染物质的降解1
速度 =
kc − dc = 1 dt k2 + c
第二节 微生物降解动力学
二、双曲线速度模型
速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 双曲线速度模型适用于通过表面吸附或表面与催化分子复 合而进行的催化反应。 合而进行的催化反应。
第二节 微生物降解动力学
第三节 石油的微生物降解
一、降解机理 （一）烷烃 （二）烯烃 （三）脂环烃类 （四）芳香烃 （五）多环芳烃 二、影响石油降解的因素
第三节 石油的微生物降解 降解机理
（一）烷烃 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 醛和酸，而后经β 氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO 醛和酸，而后经β-氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO2 最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化； 和H2O。最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化；此外还有两 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。
第一节 微生物降解转化物质的巨大潜力
四、微生物繁殖快，易变异，适应性强 微生物繁殖快，易变异， 繁殖快 由于微生物繁殖快，数量多， 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， 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。最为人所 过突变，改变原来的代谢类型而适应、降解之。 熟知的例子，是微生物产与赖药性的变异，当微 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后， 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后，先是经 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性， 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性，进而 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 却变为该菌所不可缺少的营养物质， 却变为该菌所不可缺少的营养物质，例如野生型的大肠埃 希氏菌变为链霉素依赖突变型
微生物对环境中有物质的降解与去除
微生物对环境中有物质的降解与去除微生物在自然界中起着至关重要的作用。
它们是地球生态系统不可或缺的一部分，可以对环境中的有害物质进行降解与去除。
在这篇文章中，我们将探讨微生物在环境中降解与去除有害物质的机制以及其应用。
一、微生物降解有害物质的机制1.1 水解作用微生物通过分泌水解酶来降解有机物。
这些酶可以将复杂的有机物分解为简单的可供微生物吸收和利用的物质。
例如，细菌可以分解油污，将其分解为较小的碳链和水。
对于水中的有机废弃物，微生物也可以通过水解作用将其降解为无害的成分。
1.2 氧化还原作用微生物可以通过氧化还原作用将有害物质转化为无害物质。
在这个过程中，微生物利用有机物或无机物作为电子受体来氧化有害物质，从而使其降解。
例如，硝化细菌可以将氨氮转化为硝酸盐，从而降低水体中的氨氮浓度。
还有一些微生物可以利用氯离子还原有机氯化合物，从而将其降解为无害的物质。
1.3 吸附作用微生物表面的菌体或细胞外多糖可以吸附有害物质，将其从环境中去除。
这种吸附作用可以提高微生物对有机物和重金属离子的去除能力。
一些微生物具有高度选择性的吸附能力，可以将重金属离子从废水中吸附并固定下来，起到净化水体的作用。
二、微生物降解与去除有害物质的应用2.1 废水处理微生物在废水处理中具有广泛的应用。
在生活污水处理中，微生物可以通过降解有机物、吸附重金属离子和氮磷去除等方式来净化废水。
此外，微生物在工业废水处理中也发挥着重要作用，可以降解有机废弃物、去除重金属和毒性物质，保护水环境的安全。
2.2 土壤修复土壤中的有机和无机污染物对环境和人类健康造成了潜在的威胁。
微生物通过降解有机物和稳定无机物的方式，可以修复受到污染的土壤。
微生物源于土壤是土壤中重要的有机物降解者和污染物转化者，通过活化土壤中生物、化学和物理过程来修复污染土壤。
2.3 油污处理微生物可以降解和去除油污，对防止油污滋生和保护海洋生态环境具有重要意义。
微生物能够分解石油中的碳链，并将其转化为无害的物质。
微生物对污染物的降解作用分析
微生物对污染物的降解作用分析随着工业化和城市化的发展，大量污染物排放已经成为日益凸显的环境问题。
而微生物可以通过降解污染物，有助于净化环境，保护生态系统的健康。
本文将对微生物对污染物的降解作用进行分析。
一、微生物的分类及其对污染物的降解能力微生物是一种非常广泛的生物类群，包括细菌、真菌、原生生物等。
不同类型的微生物在对污染物的降解方面有着不同的能力。
1. 细菌细菌是一类广泛存在的单细胞生物，有些细菌具有较强的降解污染物的能力。
例如一些细菌可以利用苯环化合物作为生长基质，促进苯环的降解。
此外，一些硝化细菌和反硝化细菌能够利用氨氮和硝酸盐等物质，参与氮循环过程中的氮去除，使得水体中的氮污染得到减缓。
2. 真菌真菌是一类多细胞生物，也有着较好的降解能力。
例如白腐菌和褐腐菌等木材降解菌能够降解树木中的纤维素和木质素，有助于种植园林和森林保护。
3. 原生生物原生生物属于单细胞生物，是一种广为存在的微生物，也能够参与污染物的降解过程。
例如，一些支原体可以降解有机物，促进土壤的微生物生长和代谢。
二、微生物对污染物的降解机制微生物通过代谢和代谢产物的酸性反应来降解污染物。
首先，微生物将污染物转化成可利用的能源，然后将能量转化为物质，从而促进污染物的降解和去除。
一些微生物能够直接通过代谢来降解有机物，例如细菌可以利用苯环化合物作为生长基质并促进其降解。
另一些微生物可以通过切割和氧化还原的过程降解有机物，例如一些真菌能够分泌酵素降解树木中的木质素和纤维素，降解树木中的有机物。
此外，氨氮和硝酸盐等物质在微生物代谢过程中也会被降解。
硝化细菌能够将氨氮转化为硝酸盐，然后反硝化细菌能够将硝酸盐转化为氮气和氧气等物质。
三、微生物在环境治理中的应用微生物在环境治理中有着广泛的应用。
例如在土壤污染治理中，添加细菌菌剂和真菌能够提高土壤颗粒结构、有机质含量和食物链的稳定性，有助于实现土壤污染的修复和治理。
在水体净化方面，添加硝化细菌和反硝化细菌能够将水中的氨氮和硝酸盐转化为氮气和氧气等物质，降低氮污染。
环境微生物-污染物的降解与转化
3、测定相对耗氧速率曲线 耗氧速率就是单位微生物量在单位时间内的耗氧量。
相对耗氧速率是指活性污泥对某浓度有机物的耗氧速率与 该浓度的内源耗氧速率之比。生物量可用微生物的重量、 浓度或含氮量来表示，如果测定时生物量不变，改变底物 浓度，便可测定某种有机物在不同浓度下的耗氧速率，把 它们与内源呼吸耗氧速率相比较，就可得出相应浓度下的 相对耗氧速率，据此可作出相对耗氧速率曲线。
已知降解不同芳香烃的细菌类别
微生物 名称
苯类 酚类
萘
菲
蒽
荧光假单胞 铜 绿 色 假 单 胞 菲 杆 荧光假单胞
菌 、 铜 绿 色 菌、溶条假单胞 菌、菲 菌和铜绿色
假 单 胞 菌 及 菌、诺卡氏菌、 芽孢杆 假单胞菌、
苯杆菌
球形小球菌、无 菌
小球菌及大
色杆菌及分枝杆
肠埃希氏菌
菌
苯和酚的代谢
• 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
（2）生化呼吸线与内源呼吸线几乎重叠平行，这 说明该有机物不能被微生物氧化分解，因为微生物 只进行内源呼吸，没有利用基质，同时也说明该有 机物基质对微生物的生命活动无抑制作用。
（3）生化呼吸线位于内源呼吸线以下，说明该 有机物不仅难于生物降解，而且对微生物产生了 抑制作用，使微生物的内源呼吸受到了影响，生 化呼吸线越接近横坐标，抑制作用就越大。
5、测COD30 取一定量的待测废水，接种少量活性污泥，
连续曝气，测起始CODcr（即COD0）和第30天 的CODcr（即COD30）。废水经生化处理后COD 的最高去除率大致为：
COD去除率（%） COD0 COD30 100% COD0
据此可推测废水的可生化性，及估计用生化 法处理可能得到的最高CODcr去除率。
微生物对污染物的降解与转化
微生物对污染物的降解与转化微生物的一大特点，是代谢类型的多样性，自然界存在的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。
就是随着工业发展，排入环境引起环境污染的许多人工合成物，由于微生物繁殖迅速，个体微小，比表面大等特点，它们较其他生物更易适应环境，已有不少证据表明，微生物“正学着”对付众多的“陌生的”人造化合物。
可见微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜力。
（1）微生物对无毒有机物的降解无毒有机物主要是生活废弃物。
很多微生物都有能力降解这为在污染物。
微生物通过好氧分解或厌氧分解来分解有机物。
（2）微生物对有毒有机物的降解有毒有机物一般属于难生物降解性物质和不可生物降解性物质。
研究这些有机物的可溶解性，从环境保护角度来看，具有重要的实践意义。
①农药农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药剂的总称。
由于农药对粮食生产的重要，目前全世界农药的总产量已达200多万吨，品种约有500余种，常用的也有100种。
而当前使用的农药多是有机氯制剂、有机磷制剂和有机汞制剂。
这些有毒化合物在环境中的存留时间一般较长。
因此，大量农药累积于自然环境中，对人和动物具有严重的危害。
微生物与农药之间的关系可概括成两个方面。
一方面农药抑制土著种群的数量和作用可用于杀害和抑制某些有害种类；另一方面，几乎全部现代农药都是有机的，因而可以想象微生物可以代谢这些药物，改变和破坏它们的毒性。
现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物的降解作用。
并已从土壤、水体、污泥、污水中分离到能降解农药的细菌、放线菌、真菌等微生物。
由此，可利用微生物降解有机污染物。
微生物以两种方式降解农药，一种方式是以农药作为生长的唯一碳源和能源，有时还作为唯一的氮源，而使农药降解，具有这种能力的微生物很多，其中假单胞菌属、诺卡氏菌属及曲霉属中的一些种类最为突出；另一种方式是通过共代谢作用，即微生物从其它化合物获得碳源和能源后，才能使农药转化甚至完全降解。
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的降解和转化•有机污染物生物净化(天然物质、人工合成物质）•无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理•净化本质——微生物转化有机物为无机物•依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解•细菌是其中的主力军•原理:好氧有机物呼吸•Ｃ→CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐• H →Ｈ2Ｏ• N → NＨ3→ HNO２→ HNO3•Ｓ→ H２SＯ４•P → H3PＯ4•二、厌氧分解•厌氧细菌•原理:发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCＯＯH（有机酸)→ＣH４ + ＣO2•Ｎ→ RCＨNH2ＣOOH → NH３(臭味）＋有机酸(臭味)•S →H2S（臭味)•P →PO３-4•水体自净的天然过程中厌氧分解（开始)→好氧分解（后续)第二节各类有机污染物的转化一、碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。
1.纤维素的转化•β葡萄糖高聚物,每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基(β１-4糖苷键）。
•来源:棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。
Ａ．微生物分解途径B.分解纤维素的微生物•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。
•需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。
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。
•分解过程•分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
•许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。
霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
3.木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌,疑似的有软腐菌。
黄孢原平毛革菌（Phaneroｃhａete 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。
微生物对污染物的降解和转化
•3、氧化反应
• 有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧 (1O2)，烷基过氧自由基(RO2·)，烷氧自由基(RO·)或羟 自由基(OH·)。这些自由基虽然是光化学的产物，但它 们是与基态的有机物起作用的，所以把它们放在光化学 反应以外，单独作为氧化反应这一类。
二、微生物的生物化学转化作用
（1）酶浓度对酶促反应速度的影响
在酶促反应中，如果底物浓度足够 大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓 度成正比。
底物分子浓度足够时，酶分子越多 ，底物转化的速度越快。
•（2）底物浓度对酶促反应速度的影响
当底物浓度很低时 ，有多余的酶没与底物 结合，随着底物浓度的 增加，中间络合物的浓 度不断增高。反应速度 也迅速增加。
•生物降解（biodegradation）•主要是 微生物降 •微生解物的代谢活动主要体现在以下几个方面：
1.氧化作用 （失电子，自身被氧化，化合价升高）
•Fe2+
Fe3+
•氧化亚铁硫杆菌
S
SO42-
•氧化硫硫杆菌
•NH3
NO2-
NO3•-亚硝化单胞菌属
•硝化杆菌属
•醇（糖类 C-OH） ）
醛（-CHO）
•二、微生物的生物化学转化作用
8. 缩合反应 两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合 成一个大分子，同时失化反应
•
-C=O
-CH-NH2 （酮基发生氨化）
• 丙酮酸转化为丙氨酸：
•
CH3COCOOH－CH3CHNH2COOH
•二、微生物的生物化学转化作用
•1、直接光解
•光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳 发射光谱在水环境中可利用的部分相适应。
微生物对环境污染物的降解与转化
l0.1.1.1 诱导酶的产生
微生物可能有降解某种污染物的基因， 但当该污染物不存在时，基因处于“关闭” 状态，污染物（诱导物）一旦出现，基因便 被“打开”，从而合成相应的酶，微生物即 可降解这种污染物。
例如：
增塑剂一直被认为是难以生物降解的有 机物，但已从环境中分离出了降解此物质的 微生物，其中气单胞菌分解增塑剂的酶正是 诱导酶；
②次级降解，降解得到的产物不再导致环境污 染；
③最终降解，完全转化为CO2、NH3、H2O等 无机物。
10.2.2.4 塑料的降解
一般认为，以颗粒淀粉或改性胶状淀粉 作为添加剂的塑料是较为理想的生物降解塑 料。
影响塑料降解的因素主要有微生物的种 类、温度、pH值及养分等。在黑暗、湿度较 大、有效碳源及大量无机盐存在的情况下， 塑料的生物降解容易进行。
与正烷烃相比，支链烷烃较难为微生物 所降解。支链的存在增强了烷烃的降解难度， 且支链越大越多，降解难度越大，支链烷烃 的氧化还会受到正烷烃氧化作用的抑制。
微生物对芳烃的降解，细菌借助双加氧
酶的催化作用把分子氧的两个氧原子结合到 底物中，使芳烃氧化成具有顺式－二氢二酚 类。顺式－二氢二酚类进一步氧化成儿茶酚 类，儿茶酚类在另一种催化芳环裂解的加双 氧酶的作用下进—步氧化裂解。与细菌相反， 真菌则借助于单加氧酶和环水解酶的催化作 用，把芳烃氧化成反式—二氢二酚类化合物。
(1)PCBs的好氧降解 均为共代谢过程。
(2)PCBs的厌氧生物降解 主要是一个还原脱氯过程。
10.2.2.6 偶氮化合物的降解 偶氮化合物广泛应用于纺织业和印刷业。
某些偶氮染料具有致突变和致癌作用。
微生物对环境污染物降解的影响与调控策略
微生物对环境污染物降解的影响与调控策略近年来，环境污染问题日益突出，给人类生活和生态环境带来了巨大的威胁。
为了解决这一问题，科学家们不断寻求新的方法和策略。
在这些方法中，微生物降解环境污染物的作用越来越受到重视。
本文将探讨微生物对环境污染物降解的影响，以及相关的调控策略。
一、微生物对环境污染物的降解作用微生物是生态系统中重要的组成部分，它们具有多样的代谢能力，能够利用有机物或无机物作为能源，同时也能将污染物转化为无害的物质。
在环境污染物降解中，微生物起着至关重要的作用。
微生物可以通过分解和转化作用将复杂的有机污染物降解为简单的无机物。
例如，一些微生物能够释放特定的酶来降解有机物，将其分解为CO2和水。
同时，微生物还能够利用一些特定的代谢途径来将有机污染物转化为无害的物质，例如氧化还原反应等。
微生物通过生物植入作用促进环境污染物的降解。
在一些特定的环境条件下，科学家们通过将具有降解能力的微生物引入到受污染的环境中，利用微生物的降解能力来净化环境。
这种方法被广泛应用于土壤和水体的污染修复中，效果显著。
二、微生物对环境污染物降解的调控策略为了提高微生物对环境污染物的降解效率，科学家们提出了一系列的调控策略，包括以下几个方面：1. 选择合适的菌株和基因不同类型的环境污染物需要适应性强的微生物菌株来进行降解。
因此，选择合适的菌株和基因是提高降解效率的关键。
科学家们通过筛选和改造微生物，使其具有更高的降解能力。
2. 调控环境条件环境中的生物物理化学因素对微生物的生长和代谢具有重要影响。
因此，科学家们通过调控环境条件，如调整温度、PH值、氧气含量等，来创造适合微生物活动的环境，提高降解效率。
3. 利用生物材料增强降解生物材料能够提供微生物生长所需的营养物质，并为微生物提供附着生长的环境。
因此，科学家们研究和开发各种类型的生物材料，用于增强微生物对污染物的降解能力。
4. 应用基因工程技术基因工程技术是提高微生物降解能力的重要手段。
微生物与环境污染物的相互作用
微生物与环境污染物的相互作用微生物是地球上广泛存在的生物体，它们在环境中发挥着重要的作用。
同时，环境污染物也对微生物产生了深远的影响。
本文将探讨微生物与环境污染物之间的相互作用，并对这种作用的影响进行分析。
1. 微生物对环境污染物的降解微生物在自然界中扮演着环境修复的重要角色。
它们具有许多酶系统，能够高效地降解多种有机和无机物质，包括石油、农药、重金属等环境污染物。
通过微生物代谢产物的作用，环境污染物可以被转化为无害的物质，从而减轻了对生态系统的破坏。
2. 环境污染物对微生物的影响环境污染物对微生物的生存和活动产生了负面影响。
有些化学物质具有毒性，可以直接杀死微生物，导致微生物数量的减少。
此外，部分环境污染物对微生物的生长和代谢产生了抑制作用，阻碍了微生物对其他环境物质的降解能力。
3. 微生物与重金属的相互作用重金属是一类常见的环境污染物，对生物体有毒性。
微生物通过多种机制对重金属起到一定的稳定和解毒作用。
其中，微生物能够通过吸附、沉淀、还原、离子交换等方式，促进重金属的转化和迁移，减少其在环境中的富集。
此外，一些微生物还能够通过产生特定的配体物质，与重金属形成络合物，降低重金属的毒性。
4. 微生物与有机污染物的相互作用有机污染物包括石油、农药、塑料等物质，对环境和生物体都具有潜在的危害。
微生物通过降解有机污染物的能力，在环境修复中发挥着重要作用。
它们通过产生酶类，将复杂的有机分子分解为较简单的化合物，进而实现有机污染物的降解和转化。
5. 微生物与污水处理的相互作用污水处理是一项重要的环境保护工作。
微生物在这个过程中扮演着关键的角色。
它们通过吸附、降解和沉淀等方式，将污水中的有机物质和氮、磷等污染物转化为无害的产物，并去除水体中的污染物。
同时，微生物还能够改善水体的生物降解能力，促进水体中其他微生物和生物体的生长。
综上所述，微生物与环境污染物之间存在着密切的相互作用。
微生物通过降解环境污染物发挥环境修复的作用，同时也受到环境污染物的影响。
微生物对污染物的降解机理
微生物对污染物的降解机理随着人类活动的不断扩大和加剧，环境污染已经成为了公认的全球性问题。
其中，水、土、空气等各种自然资源都受到了严重的破坏和污染，造成了极大的危害。
而微生物在这个人为制造的环境问题中，可以发挥很大的作用。
它们通过各种方式，可以将人类排放的各种有害物质转化为更为简单和可分解的物质，从而降低环境的污染程度。
本文将主要介绍微生物对污染物的降解机理。
1. 微生物在污染物降解中的作用机制微生物在污染物降解中，主要分为三个阶段：载体寻找、吸附和分解。
随着时间的流逝，微生物会逐渐地降解污染物，并且释放出大量的能量和废物。
在这个过程中，微生物的作用机制主要包括：氧化-还原反应、结合和分裂反应、羟化和酰氨基化反应等。
2. 微生物对不同种类的污染物的降解机理微生物可以对各种不同种类的污染物进行降解，例如有机物、重金属、氮和氢化物等。
这些污染物在微生物的作用下，可以被转化为更为简单和可分解的物质。
比如，有机物在微生物代谢中，很容易被分解为二氧化碳和水，通过微生物对有机物的分解，可以将其转化为对环境更加友好的物质。
3. 微生物的降解效率微生物对污染物的降解效率不同，主要取决于两个方面：微生物本身的特性和环境因素。
微生物的特性是指不同种类的微生物，在对污染物进行降解时的速度和效率差异。
而环境因素则包括温度、pH值、溶解氧浓度等。
通常情况下，微生物对污染物的降解效率越高，对环境的修复作用也就越明显。
4. 微生物对于环境修复的价值微生物在环境修复方面，其价值和作用是不可估量的。
通过微生物对人类排放造成的各种有害物质进行降解，可以将污染物转化为对环境更为温和的物质，从而达到环境修复的目的。
此外，在生态工程、水和土壤保持、城市污染治理等各种领域中，微生物都有着不可替代的作用。
总之，微生物在环境修复中具有重要的作用。
在人类不断增加的生活压力和工业化的推进过程中，如何利用微生物来进行环境修复，将是未来环境保护工作中的一个关键领域。
微生物对环境中有机污染物的降解与去除
微生物对环境中有机污染物的降解与去除有机污染物是指由碳、氧、氮、硫等元素构成的化合物，其存在对环境和生态系统造成了严重的威胁。
为了解决这一问题，科学家们发现了微生物在有机污染物降解过程中的重要作用。
本文将探讨微生物对环境中有机污染物的降解与去除。
一、微生物降解有机污染物的原理微生物降解有机污染物的过程通常包括三个阶段：吸附、生物降解和产物释放。
微生物中的酶可以将有机污染物降解为较小的分子，进而被其他微生物利用。
这些微生物可以利用有机污染物作为碳源和能量源进行生长，从而实现有机污染物的去除。
二、微生物降解有机污染物的种类微生物对不同类型的有机污染物具有不同的降解能力。
一些细菌如假单胞菌、铜绿假单胞菌等对芳香类化合物具有良好的降解能力。
另外，一些真菌如白念珠菌、木霉等对多环芳烃等化合物也有较高的降解能力。
微生物的多样性使得它们可以应对各种各样的有机污染物，从而实现了对环境的全面净化。
三、影响微生物降解能力的因素微生物降解有机污染物的能力受到多种因素的影响。
其中，环境条件是决定微生物降解效率的主要因素之一。
温度、pH值、氧气含量以及有机污染物的浓度等都会对微生物的降解能力产生影响。
此外，适宜的营养物质也是微生物降解能力的重要保障。
提供适当的碳源和氮源可以促进微生物的生长和有机污染物的降解。
四、应用前景与挑战微生物降解有机污染物的技术已经被广泛应用于废水处理、土壤修复等方面。
与传统的物理化学方法相比，微生物降解具有更好的经济性和生态可持续性。
然而，在实际应用中还存在一些挑战。
有机污染物的种类繁多，微生物对不同种类的有机污染物具有不同的降解能力，因此需要针对不同污染物选择合适的微生物。
此外，一些有机污染物具有较高的毒性，可能抑制微生物的生长和降解能力。
因此，进一步的研究还需要解决这些问题。
综上所述，微生物对环境中有机污染物的降解与去除具有重要的意义。
通过研究微生物的降解机制、优化环境条件以及选择合适的微生物菌株，我们可以更有效地降解和去除有机污染物，从而保护环境和生态系统的健康。
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Ø 共代谢特点
n 不导致细胞质量或能量的增加，不促进其本 身的生长。
n 使有机物得到修饰或转化，但不能使其分子完 全分解。
.
➢ 共代谢原理
靠降解其它有机物提供能源或碳源； 依靠其他微生物的协同作用； 相似物诱导产生相应的诱导酶，被转化为不完全氧化产物。
E1
E2 E3
A ——> B ——> C ——> D ——> E ——> CO2+能量
.
5.微生物具有巨大的降解能力
（1） 降解性质粒
降解难降解化合物的酶类大多是由质粒控制的， 这类质粒被称为降解质粒。
（2）共代谢 P282
石油—— 多环芳烃化合物
双环或三环 四环或多环
.
假单胞菌
×
假单胞菌 + 四环或多环芳烃化合物 + 双环或三环芳烃化合物
OK
n微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源）， 同时非生长基质B（不能从中获得能量、碳源或其他任 何营养）也伴随着发生氧化或其它反应——共代谢
第一阶段 化学氧化分解，历时数小时。 第二阶段 生物化学氧化分解一般要延续数日。 第三阶段 含氮有机物的硝化过程，延续一月左右。
.
1.微生物分解有机物的作用
净化本质——微生物转化有机物为无机物 依靠——好氧分解与厌氧分解
➢ 微生物分解有机物的作用可总括成如下图式：
好氧生物分解
需氧微生物 胞内酶 CO2、H2O
E1
E2
A’——>B’——>×
本质：最初的酶系作用的底物专一性较低（ E1），后面酶系作用 的底物专一性较高（ E2 ），无法识别前面酶系的产物( B’)。
.
（3）混合菌株作用（混合培养）P278/322
在自然界，第一个菌株的共代谢产物可在第 二个菌株的作用下继续共代谢或完全矿化。
n 混合培养菌株的降解能力大大高于单个菌株的纯培养。
第二章 微生物对污染物的降解与转化
第一节 微生物降解理论基础 第二节 微生物对常见污染物的降解与转化 第三节 有机物的结构与生物降解性
.
第一节 微生物降解理论基础
一、微生物对污染物降解与转化的特点
1.微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大 2.种类繁多，分布广泛，代谢类型多样 3.微生物具有多种降解酶 4.微生物繁殖快，易变异，适应性强 5.微生物具有巨大的降解能力
微生物
复杂有机物
简单有机物
胞外酶
CO2、H2O、H2、CH4、 厌氧微生物 H2S及有机酸、醇、
厌氧生物分解
胞内酶
酮、醛等未完全氧 化产物
.
（1）好氧分解
细菌是其中的主力军 原理：好氧有机物呼吸
C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐 H → H2O N → NH3 → HNO2 → HNO3 S → H2SO4 P → H3PO4
实际应用中，可根据需要调 控某些非生物因子，使生物 降解或矿化反应达到最佳。
.
第三章 微生物对污染物的降解与转化
第一节 微生物降解理论基础
第二节 微生物对常见污染物的降解与转化 第三节 有机物的结构与生物降解性
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第二节 微生物对常见污染物的降解与转化
阶段
.
→ 矿化盐
（2）厌氧分解
厌氧细菌 原理：发酵、厌氧无机盐呼吸
C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味） S → H2S（臭味） P → PO43-
.
2.微生物对各类有机污染物的分解
包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机 化合物等。
1.提供特殊营养物质
主要是生长因子类物质
假单孢菌属(Pseudomonas)
产生出生物素
诺卡氏菌属(Nocadia sp.)
Nocadia sp.才具备降解环己烷的能力
.
2.去除生长抑制物质
CH3OH
抑制
假单孢菌 氧化
该群落中的其他菌
CH4
该群落中的其他菌为：黄杆菌、不动小杆菌
.
3.改善单个微生物的基本生长参数
n 矿化
也称终极生物降解，指有机物生物降解为二氧化碳 和水的过程。
n 有机物的转化广义上可以定义为两种：
矿化作用和共代谢作用
.
Ø混合菌株作用的机制
n 互生机制
单独均可降解，混合培养增加效率 不同微生物产生的酶有差异，共同的作用提高了降解效率
n 共生机制
单独不能降解，共同培养可降解 彼此之间为对方提供：生长因子，能利用的碳源，消 除有毒中间产物，保持pH平衡，消除反馈抑制等。
产甲烷菌
CO2 + H2
.
CH4
7. 提供一种以上初级底物利用者
有一种以上初始利用者存在，每个初始利 用者都能完全代谢底物。
一类降解除草剂Fermon(N,N-二甲基-N-苯基
脲)的微生物群落，包括3种Corynforms菌、 1种假单孢菌和一种产碱菌(Alicaligenes
sp.)，它们均能够单独降解Fermon。混合培 养菌株的降解能力大大高于单个菌株的纯培 养。
.
（4）共代谢和混合菌株作用意义
n大大拓展对难降解有机污染物的作用范围 n提高复杂有机污染物的降解率
n 污染处理时，可以通过诱导共代谢作用的发 生，降解难降解污染物。
——给微生物生态系统添加可支持微生物生长 的、化学结构与污染物类似的物质，进而诱导 共代谢作用的发生。
.
二、微生物群落的代谢机制(P280)
微生物之间构成了类似食物链的关系 如降解苔黑酚的3种细菌之间的情况
苔黑酚 假单孢菌
中间代谢产物
扩展短杆菌、 短小杆菌
其他代谢物
.
4.对底物的协调利用
单个微生物对某种物质无降解能力，但混合后则 能够降解该物质。
除草剂茅草枯的降解
混合菌株的降解率比单个菌株的降解率高20%。
.
杀虫剂二嗪哝的降解
二嗪哝
Arthrobacter sp. Streptomyces sp.
Arthrobacter sp. Streptomyces sp.
被降解
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5.共代谢 6.电子转移
n两种紧密结合的产甲烷菌群落
（methanobacillus omelianski）：
产氢产乙酸菌
CH3CH2OH
CH3COOH + H2
.
三、影响微生物对物质降解转化作用的因素
1.微生物的代谢活性
（1）种类 （2）生长时期 （3）适应与驯化
Ø驯化
一种定向选育微生物的方法与过程，通过人工 措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得具有 较高耐受力和代谢活性的菌株。
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2.目标化合物特征
有机物的结构与生物降解性的关系
3.环境因素
n营养 n温度 npH n溶解氧