第七章 微生物对有机污染物的降解与转化

三、微生物降解污染物的方法与机理
1. 产生诱导酶具新的代谢功能； 2. 形成新的突变种（自发诱变、诱变突变、 工程菌的组建）； 3. 降解性质粒利用 4. 组建超级菌
5.共代谢


※※共代谢――微生物处在能生长的基质 中时，同时能将原来不能利用的物质氧化 的现象。 共代谢的方式：①依靠其他物质提供能量； ②依靠其他微生物的协同作用；③先经相 似物诱导产生诱导酶，使污染物得以降解。
三羧酸循环 CO2 + H2O
共代谢(Co-metabolism)，共氧化

共代谢被认为是酶缺乏专一性的一种表现 。一个共代谢反应 不能产生用于生长的能量，其之所以发生是因为基质(如氯代 化合物)能被已经产生的酶利用，共代谢脱氯细菌要求有另外 的生长基质作为生长的碳源和能源。
使非生长基质发生结构改变，不能彻底降解，改变结构后的 化合物可能更容易被其它厌氧微生物降解。



例如已发现多种微生物对合成有机物的降 解作用： 酚类已发现降解细菌有30个属，66种 卤素有机物降解细菌有27个属，40种 合成含氮有机物降解细菌有18个属，36种 合成表面活生剂降解细菌有18个属，43种 石油烃类降解细菌有100多个属，200多种



依据生物降解的难易： 1）可生物降解物质：单糖、蛋白质、淀粉、 核糖等降解快的物质 2）难生物降解物质：纤维素、农药、烃类、 降解慢的一类物质 3）极难生物降解物质：塑料、尼龙、腈纶、 涤纶、聚酯、氟里昂、多环，杂环芳烃、 高聚物等
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-oxidation
无支链环烷烃的降解
苯和酚的代谢

苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
萘 的 代 谢
菲的代谢
蒽的代谢

酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解 的后半段是相同的，可表示如下
苯 酚 萘 菲 蒽
氧化酶 邻苯二酚 + O2
酶 + O2 酮基己二酸 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的 复杂混合物。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．石油成分的生物降解性
与分子结构有关
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
第七章 微生物对污染物 的降解与转化
一、生物降解、转化的概念； 二、微生物降解、转化的研究方法与意义； 三、微生物降解、转化的机理与方法； 四、复杂有机物的生物降解
一、自然界中物质的降解有三种方式： 光降解、化学降解、生物降解。
降解――将复杂有机物分解为简单 物质的过程。 生物降解――微生物把有机物分解 产生无机物CO2和H2O的过程。

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四、微生物对复杂污染物（油脂）的 转化、降解

水中来源：纺织厂废水、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 灵杆菌

菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、

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
（三）石油的转化

提问：什么是石油？
2、降解实验 接种微生物后，通过一定时间的培养，培 养液中污染物含量的减少与原始浓度之比 即为降解率。 3、 BOD5/CODCr
﹥0.45，生化性较好； ﹥0.30，可生化； ﹤0.30，较难生化；（但如果BOD5较高， 仍可采用生化方法） ﹤0.25，不宜生化。
（二）可生物降解性研究的意义：

烷烃降解机理



末端氧化：通过末端甲基支链氧化是最普遍的正烷烃 降解途径。对细菌、真菌、酵母和细胞外体系的一些 研究表明，烷烃首先在C1位臵氧化形成一级醇，然后 生成同系的脂肪酸。 次末端氧化：虽然烷烃降解主要通过末端氧化发生， 仍然有许多微生物通过次末端氧化代谢烷烃生成二级 醇及相应的酮，然后进一步羧化成脂肪酸。 对以烷烃作为唯一碳源和能源的细菌而言，次末端氧 化可能是一种次要途径；而对共氧化代谢烷烃的微生 物来说，次末端氧化途径可能是主要途径。
（一）可生物降解性测定方法有： 1、耗氧量测定：
通过用瓦氏呼吸仪测定的耗氧量Biblioteka Baidu
基质的生化呼吸曲线——耗氧曲线。
实验数据绘出一条耗氧量或速度随时间变化的曲线.
呼吸曲线－－内源呼吸曲线与外源呼吸曲线的相对位置。
生化呼吸线位于内源呼吸线之上， 说明该有机物可能被微生物氧化分解。 两条呼吸线之间的距离越大，说明该 有机物的生物降解性越好 两条线基本重合，说明该有机物不 能被微生物氧化分解，但对微生物的 生命活动无抑制作用
可生物降解性物质——采用生物处理法； 难生物降解性——严格控制排放、改造工 艺和产品结构、寻找或驯化高效微生物菌 株； 不可生物降解性物质——只能停止生产。
微生物降解与转化的巨大潜力
环境中存在的各种天然产物，特别是 有机物，几乎都能找到可以使之降解 或转化它的微生物。 然而由于近几十年来许多人工合成的 化合物，是自然界中原来所没有的。 因此不可能存在有作用于它们能使之 分解的微生物和酶系，甚至对微生物 还有杀灭作用。 自然驯化与人工驯化


生物降解(biodegradation):复杂有机化合物 在微生物作用下转变成结构较简单的化合 物或被完全分解的过程.
生物转化(biotransformation):通过微生物代 谢导致有机或无机化合物的分子结构发生 某种改变,生成新的化合物的过程.

二、有机污染物生物降解性的测定方法及意义
生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有 机物对微生物产生了明显的抑制作用。 生化呼吸线越接近横坐标，表明毒害越大， 此时细菌已几乎停止呼吸，濒于死亡
相对耗氧速率－－有外源物质存在时，单位生物量 在单位时间内的耗氧量与内源呼吸的耗氧速率之比。

a. 底物无毒，但不能被微生物 所利用。 b. 底物无毒，能被微生物所利 用。 c. 底物有毒，可被微生物利用 ，但在浓度较高的情况下对微 生物发生抑制作用。 d.底物有毒，不能被微生物所 利用。