第十章微生物的有机物降解PPT课件
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第十章微生物的有机物降解(共80张PPT)
2）中间产物的抑制作用；
3）浓度低，不能维持生命代谢。
互不影响、促进作用、抑制作用（顺次利用）
1. 多基质同时被利用
2. 一种基质促进第二种基质的降解
• 甲苯促进假单胞菌对苯、二甲苯的降解 • 易降解物质的添加增加微生物浓度
3. 一种基质阻碍另一基质的降解
• 抑制作用
• 顺次利用（sequential use )：一种基质的分解只发生在另
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
有机质＋ 微生物＋氧
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O22O＋Q
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
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P
O
3 4
等 + 能量
细胞物质
产酸细菌的作用
CO2、CH4 + 能量 甲烷细菌的作用
17
一、有机物的生物分解性评价
1、意义：正确评价有机物的生物分解难易程度，即生物分 解性，对于评价有机污染物在环境中的迁移转化规律及其 生态与健康风险，预测其在污水生物处理和生物净化装置 中的去处效果等具有重要的意义。
R R
NH＋N
O
2
（’ 仲胺）
R N－N＝O R （’ 亚硝胺）（致癌、致畸）
3）浓度低，不能维持生命代谢。
互不影响、促进作用、抑制作用（顺次利用）
1. 多基质同时被利用
2. 一种基质促进第二种基质的降解
• 甲苯促进假单胞菌对苯、二甲苯的降解 • 易降解物质的添加增加微生物浓度
3. 一种基质阻碍另一基质的降解
• 抑制作用
• 顺次利用（sequential use )：一种基质的分解只发生在另
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
有机质＋ 微生物＋氧
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O22O＋Q
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
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P
O
3 4
等 + 能量
细胞物质
产酸细菌的作用
CO2、CH4 + 能量 甲烷细菌的作用
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一、有机物的生物分解性评价
1、意义：正确评价有机物的生物分解难易程度，即生物分 解性，对于评价有机污染物在环境中的迁移转化规律及其 生态与健康风险，预测其在污水生物处理和生物净化装置 中的去处效果等具有重要的意义。
R R
NH＋N
O
2
（’ 仲胺）
R N－N＝O R （’ 亚硝胺）（致癌、致畸）
微生物对有机污染物的降解
一、前言
1、微生物修复是通过微生物的作用 清除土壤和水体中的污染物，或是使污染 物无害化的过程。它包括自然和人为控制 条件下的污染物降级或无害化的过程，其 将环境中的有机污染物转化为CO2和H2O等 无毒无害或毒性较小的物质。 微生物对有机污染物的降解是目前治 理治理环境污染的最有效途径。
2、微生物修复优缺点
优点 微生物降解较为完全（为无机物），二次污染问题较小 处理形式多样，操作相对简单，有时可进行原位处理 对环境扰动小，不破坏植物生长所需要的土壤环境 费用较低 可同时处理不同种类的有机污染物
缺点 当污染物溶解性较低或者与土壤腐殖质和黏粒矿物结合 较紧时，微生物难以发挥作用，污染物不能被微生物降 解； 专一性较强 有一定的浓度限制
直接培养 法
1、DDT降解菌的筛选、分离纯化
样品采集：取自化工厂或者农药厂受DDT污 染的土壤，4℃下保存。 液体富集培养法： 称取污泥 10g 于 100mL 无机盐液体培 养基中，培养基中 DDT 的浓度为 20mg/L， 于 25℃，130r/min摇床培养，培养10d后， 以 10%的接种量接入新鲜培养液中，以后 10d转移一次，如此反复多次驯化（可逐渐 增加DDT含量）。最后，用涂布平板和划线 法进行分离纯化。
3、微生物降解方式
生长代谢：微生物直接以有机氯农药作为 生长基质，在分解代谢该有机物的过程中 获取生命活动所需的能量及本身物质更新 所需的原料； 共代谢：对于一些难降解的有机物，通过 微生物的作用能改变化学结构，但是不能 利用碳源和能源，必须从其他底物获取部 分或全部的碳源和能源； 种间协同代谢：指同一环境中的几种微生 物联合代谢某种有机氯农药。
对降解细菌的生长和降解 能力的影响
生物化学第十章核酸的酶促降解和核苷酸代谢
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶
②腺苷酸代琥珀酸裂医解学p酶pt ④GMP合成酶
19
• 嘌呤核苷酸从头合成特点
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 • IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。
AMP或GMP的合成又需1个ATP。
医学ppt
20
（3）嘌呤核苷酸合成补救途径
参与补救合成的酶:
医学ppt
27
（4）. dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
TMP合酶
dUMP
N5, N10-甲烯FH4
FH2
FH4 FH2还原酶 NADP+ NADPH+H+
脱氧胸苷一磷酸
dTMP
医学ppt
28
（5） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + PPi
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Sal I
‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
Sma I
‥ ‥
‥C ‥G
C G
CG GC
G C
G C
‥‥ ‥‥医学ppt
六核苷酸，平端切口 9
限制性内切酶的命名和意义
例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限
AMP
AT医P学ppt ADP
21
•补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨 基酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进 行补救合成。
医学ppt
微生物对污染物质的降解
微生物通过酶的作用，将大分子有机物分解为小分子，如二氧化碳和水， 或转化为微生物细胞的一部分。
微生物降解污染物质是自然界中有机物分解的主要过程，对于维持生态平 衡和环境健康具有重要意义。
微生物降解污染物质的过程
在细胞内，微生物通过酶的作用将有机物分解 为小分子。
微生物降解污染物质的过程可以分为好氧降解和厌氧 降解两种方式，根据污染物的性质和环境条件选择合
为人类生产和生活提供资 源
有些微生物能够降解有机物并产生有用的资 源，如生物燃料和生物材料，为人类生产和 生活提供新的资源。
02
微生物降解污染物质的种类
有机污染物质的降解
石油烃类
微生物通过降解石油烃类物质， 将大分子有机物转化为小分子有 机物，如脂肪酸和醇类。
农药残留
微生物能够降解农药残留，将其 分解为无毒或低毒性的物质，从 而降低对环境和人体的危害。
有机氯化合物
一些微生物能够降解有机氯化合 物，如二噁英和多氯联苯等，将 其转化为无害或低毒性的物质。
无机污染物质的降解
01
硫化物
微生物能够将硫化物转化为单质 硫、硫酸盐等，从而降低水体中 硫化物的含量。
02
03
氮氧化物
磷化物
微生物能够将氮氧化物转化为氮 气和水，从而降低大气中氮氧化 物的含量。
微生物能够将磷化物转化为磷酸 盐，从而降低水体中磷化物的含 量。
土壤修复
1 2 3
有机物污染
微生物通过分解有机物，将土壤中的有机污染物 转化为二氧化碳、水等无害物质，降低土壤中有 毒物质的含量。
重金属污染
微生物可以吸附、转化重金属离子，将其转化为 低毒或无毒的物质，降低重金属对土壤和植物的 影响。
农药污染
微生物降解污染物质是自然界中有机物分解的主要过程，对于维持生态平 衡和环境健康具有重要意义。
微生物降解污染物质的过程
在细胞内，微生物通过酶的作用将有机物分解 为小分子。
微生物降解污染物质的过程可以分为好氧降解和厌氧 降解两种方式，根据污染物的性质和环境条件选择合
为人类生产和生活提供资 源
有些微生物能够降解有机物并产生有用的资 源，如生物燃料和生物材料，为人类生产和 生活提供新的资源。
02
微生物降解污染物质的种类
有机污染物质的降解
石油烃类
微生物通过降解石油烃类物质， 将大分子有机物转化为小分子有 机物，如脂肪酸和醇类。
农药残留
微生物能够降解农药残留，将其 分解为无毒或低毒性的物质，从 而降低对环境和人体的危害。
有机氯化合物
一些微生物能够降解有机氯化合 物，如二噁英和多氯联苯等，将 其转化为无害或低毒性的物质。
无机污染物质的降解
01
硫化物
微生物能够将硫化物转化为单质 硫、硫酸盐等，从而降低水体中 硫化物的含量。
02
03
氮氧化物
磷化物
微生物能够将氮氧化物转化为氮 气和水，从而降低大气中氮氧化 物的含量。
微生物能够将磷化物转化为磷酸 盐，从而降低水体中磷化物的含 量。
土壤修复
1 2 3
有机物污染
微生物通过分解有机物，将土壤中的有机污染物 转化为二氧化碳、水等无害物质，降低土壤中有 毒物质的含量。
重金属污染
微生物可以吸附、转化重金属离子，将其转化为 低毒或无毒的物质，降低重金属对土壤和植物的 影响。
农药污染
第十章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢精品PPT课件
如牛胰脱氧核糖核酸酶 ( DNaseⅠ），可切割 双链和单链 DNA ，产物为 5′-磷酸为末端的寡核 苷酸。
三、限制性内切酶
限制性内切酶主要是从细菌中分离得到，能识
别特定的核苷酸顺序，细菌自身的DNA序列已被甲 基化（甲基化酶），不会被水解。因此这些酶仅限 于水解外源 DNA 以保护自身，故称为“限制性” 酶。
（一）核酸外切酶
➢ 作用于核苷酸链的一端，逐个水解下核苷酸。 ➢ 是非特异性的磷酸二酯键
3’-核酸外切酶：从3’-OH 端开始，生成 5’- 单
核苷酸，如蛇毒磷酸二酯酶。 5’-核酸外切酶：从5’-OH 端开始，生成3’单核苷酸，如牛脾磷酸二酯酶。
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
牛胰核酸酶（牛胰 RNase） 作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，其专一作用
于 RNA，对 DNA 不作用。
核酸酶促水解作用部位
二、脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解 DNA ，作用方式作为 内切酶，切断双链，或切断单链，作为外切酶有 5′ 3′切割或是 3′ 5′切割。
（1）5’端凸出（如EcoR I切点）
5’-
GAATTC
-3’
3’-
CTTAAG
-5’
5’-
G AATTC
-3’
3’-
CTTAA G
-5’
（2）3’端凸出（如Pst I切点）
5’-
CTGCAG
-3’
3’-
GACGTC
-5’
5’-
CTGCA
G
-3’
3’-
G
ACGTC
-5’
三、限制性内切酶
限制性内切酶主要是从细菌中分离得到，能识
别特定的核苷酸顺序，细菌自身的DNA序列已被甲 基化（甲基化酶），不会被水解。因此这些酶仅限 于水解外源 DNA 以保护自身，故称为“限制性” 酶。
（一）核酸外切酶
➢ 作用于核苷酸链的一端，逐个水解下核苷酸。 ➢ 是非特异性的磷酸二酯键
3’-核酸外切酶：从3’-OH 端开始，生成 5’- 单
核苷酸，如蛇毒磷酸二酯酶。 5’-核酸外切酶：从5’-OH 端开始，生成3’单核苷酸，如牛脾磷酸二酯酶。
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
牛胰核酸酶（牛胰 RNase） 作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，其专一作用
于 RNA，对 DNA 不作用。
核酸酶促水解作用部位
二、脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解 DNA ，作用方式作为 内切酶，切断双链，或切断单链，作为外切酶有 5′ 3′切割或是 3′ 5′切割。
（1）5’端凸出（如EcoR I切点）
5’-
GAATTC
-3’
3’-
CTTAAG
-5’
5’-
G AATTC
-3’
3’-
CTTAA G
-5’
（2）3’端凸出（如Pst I切点）
5’-
CTGCAG
-3’
3’-
GACGTC
-5’
5’-
CTGCA
G
-3’
3’-
G
ACGTC
-5’
有机物的微生物降解原理
有机物的生物化学降解有机物在微生物的催化作用下发生降解的反应称有机物的生化降解反应。
水体中的生物,特别就是微生物能使许多物质进行生化反应,绝大多数有机物因此而降解成为更简单的化合物。
如石油中烷烃,一般经过醇、醛、酮、脂肪酸等生化氧化阶段,最后降解为二氧化碳与水。
其中甲烷降解的主要途径为:CH4→ CH3OH → HCHO → HCOOH → CO2 + H2O较高级烷烃降解的主要途径有三种,通过单端氧化,或双端氧化,或次末端氧化变成脂肪酸;脂肪酸再经过其她有关生化反应,最后分解为二氧化碳与水。
能引起烷烃降解的微生物有解油极毛杆菌(pseudomonas oleovorans)、脉状菌状杆菌(mycobacterium phlei)、奇异菌状杆菌(mycobacterium rhodochrous)。
解皂菌状杆菌(mycobacterium smegmatis)、不透明诺卡氏菌(nocardia opaca)、红色诺卡氏菌(ncadia rubra)等。
有机物生化降解的基本反应可分为两大类,即水解反应与氧化反应。
对于有机农药等,在降解过程中除了上述两种基本反应外,还可以发生脱氯、脱烷基等反应。
● 生化水解反应生化水解反应就是指有机物在水解酶的作用下与水发生的反应。
例如,多糖在水解酶的作用下逐渐水解成二糖、单糖、丙酮酸。
在有氧条件下,丙酮酸能被乙酰辅酶A进一步氧化为CO2与H2O;在无氧条件下,丙酮酸往往不能氧化到底,只氧化成各种酸、醇、酮等,这一过程称为发酵。
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;第二步就是氮的亚硝化、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:许多酰胺类农药与无机酸酯农药如对硫磷、马拉硫磷等,在微生物的作用下,其分子中的酰胺与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。
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
第十章-微生物对环境污染物的降解和转化
开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）:
NaSO3
CH3 | C CH2
| CH3
ABS
CH3 |
CH3 |
CHCH2 C CH3
|
CH3 3
甲基分支干扰生物降解,链末端与4个碳原子相连的抗攻 击的能力更强。
15
• 危害:ABS可以在天然水体中存留800h以上,使这得接纳 他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。
• 为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线 性的直链烷基苯磺酸盐（LAS）：
CH3
CH3
CH3
N NaaSS OO 3 3
| C
CH2 CH|C（ HCC HH 2 2） C| 9
CC H3 H3
|
|
|
• 由于减少了分支,它的C生H3物AB分SC 解H 速3 度大为3提C 高H。3
16
A．降解洗涤剂的微生物
11
３影响石油降解的因素(p182)
• 石油烃的种类和组成 • 环境因素（溶解度、物理状态（油水界
面）、温度、氧气、养料）
12
（三）农药
• 如杀虫剂、除草剂等 • 化学成分:有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它
取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。
• 相比较其它取代基团而言,微生物对卤素取代基往往不适应，因而 随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。
引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动 物，数目之多令人触目惊心。 • （3）.影响景观
• 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解 速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些 成员。
19
* 如何制造完全生物可降解塑料 ？有哪些种类？发展前景如何？
NaSO3
CH3 | C CH2
| CH3
ABS
CH3 |
CH3 |
CHCH2 C CH3
|
CH3 3
甲基分支干扰生物降解,链末端与4个碳原子相连的抗攻 击的能力更强。
15
• 危害:ABS可以在天然水体中存留800h以上,使这得接纳 他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。
• 为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线 性的直链烷基苯磺酸盐（LAS）：
CH3
CH3
CH3
N NaaSS OO 3 3
| C
CH2 CH|C（ HCC HH 2 2） C| 9
CC H3 H3
|
|
|
• 由于减少了分支,它的C生H3物AB分SC 解H 速3 度大为3提C 高H。3
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A．降解洗涤剂的微生物
11
３影响石油降解的因素(p182)
• 石油烃的种类和组成 • 环境因素（溶解度、物理状态（油水界
面）、温度、氧气、养料）
12
（三）农药
• 如杀虫剂、除草剂等 • 化学成分:有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它
取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。
• 相比较其它取代基团而言,微生物对卤素取代基往往不适应，因而 随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。
引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动 物，数目之多令人触目惊心。 • （3）.影响景观
• 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解 速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些 成员。
19
* 如何制造完全生物可降解塑料 ？有哪些种类？发展前景如何？
微生物的有机物降解
酸性或碱性条件可能对微生物的生长和有机物降解产生不利影响。因此，在处理有机废物时，需要调 整pH值以适应不同微生物的生长需求。
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
微生物的代谢ppt课件
酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件
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。
第10章环境污染生物修复技术PPT课件
四、生物修复影响因素与基本措施
1. 用于生物修复的生物种类
土著微生物
A
用于生物修 复其它微生
物
D
外来微生物 B
微生物产品 和酶 E
基因工程菌 C
植物及超累 积植物 F
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土著微生物
• 自然界有大量微生物，环境受污染后会出现自然选择，使适 合的微生物不断增长。
• 生物降解通常是分步进行的，一种微生物的分解产物可成为 另一种微生物的底物。 • 污染物和其相应的降解菌请见下表
• 方法
• 水洗-生物反应器法 • 土壤通气-堆肥法
土壤蒸气浸提 原位工程生物修复 • 特点 生物强化修复
• 能扬长避短，应用前景好。
14
二、生物修复技术的条件特点
1. 生物修复条件：
• 必须具备有代谢活性的微生物； • 微生物必须能以相当速率降解污染物，并使污染物浓
度降低到要求范围内； • 过程中不产生有毒副产物； • 污染场地污染物对微生物无害； • 目标化合物需能被微生物利用； • 污染场地或反应器条件有利于微生物生长或保持活性； • 对于重金属污染，选择适合当地环境的植物； • 处理费用尽可能低。
01
土壤
02
水体
03
大气
04
固废
9
• 原位生物修复 （in-site bioremediation） • 异位生物修复 （ex-site bioremediation） • 原位-异位联合生物修复 （combined bioremediation）
10
• 概念
• 采取工程措施，有目的地操作环境系统中的生物过程，加快环境修复。
18
19
• 污染环境中，当土著微生物生长过慢，代谢活性不高，或者污染物造成 其数量下降时；可人为投加一些适宜该污染物降解、与土著微生物能相 容的高效菌。 • 投珊瑚色诺卡菌来处理含腈废水 • 用热带假丝酵母来处理油脂废水 • 用光合细菌加强硫、氮素的转化 • 用玉垒菌降解河底淤泥的有机物
《环境工程微生物学》PPT演示课件
生理生化试验
通过测定微生物的代谢产物、酶活性 等生理生化指标，推断其种类和代谢 特性。
培养法
通过特定的培养基和培养条件，使微 生物得以生长繁殖，进而观察其菌落 形态、生长速度等特征，进行微生物 的分离、纯化和计数。
现代微生物检测技术
分子生物学方法
利用PCR、基因芯片等技术，检测微生物特定基因序列的存在和表 达情况，实现快速、灵敏的微生物检测和鉴定。
常见环境工程微生物实验操作
微生物的分离与纯化
介绍从环境样品中分离和纯化微生物的方法和步骤，如平板划线 法、稀释涂布法等。
微生物的培养与计数
详细讲解微生物的培养条件、培养基的配制以及微生物的计数方法 ，如平板计数法、比浊法等。
微生物的生理生化实验
介绍常见的微生物生理生化实验，如糖发酵实验、蛋白质分解实验 等，用于鉴定不同种类的微生物。
微生物燃料电池在环境治理中潜力挖掘
微生物燃料电池原理
介绍微生物燃料电池的工 作原理及基本构造。
在环境治理中的应用
阐述微生物燃料电池在废 水处理、土壤修复等方面 的应用实例。
技术ห้องสมุดไป่ตู้战与解决方案
分析微生物燃料电池在实 际应用中面临的技术挑战 ，并提出相应的解决方案 。
未来发展方向
探讨微生物燃料电池在环 境治理中的未来发展方向 及潜在应用前景。
环境工程领域的微生物技术应用需要稳定的微生物群落支持，如何维持
群落稳定性是未来的研究重点。
03
环境因子对微生物技术的影响
环境因子如温度、pH值等对微生物的生长和代谢具有重要影响，如何
优化环境因子条件以提高微生物技术的处理效果需要进一步探讨。
THANKS
感谢观看
环境工程微生物学前沿研究
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对于生活污水和性质与之接近的工业废水，a一 般可取0.05~0.1，b可取0.05~0.1；污泥泥龄长，a值 取小，b值取大；污泥泥龄短，a值取大，b值取小。
生物处理构筑物内所增加的细胞物质也可约略 地以投入的有机物（以BOD5）的50%左右估算。
活性污泥法
空气
初次沉 淀池
曝气池 再生池
二次沉 淀池
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
1、有机物氧化和细胞物质合成的反应：
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O2 ＋0.5H2O＋Q
2、细胞物质的合成（包括有机物的氧化，并以 NH3作氮源）
3、细胞物质的氧化（内源呼吸）
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。
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。
各种色谱分析 官能团分析 毒性测试
各种色谱分析 官能团分析 毒性测试
有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O 等）的分解
总有机碳分析 产生的CO2分析
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2、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为 好氧分解和厌氧分解两种类型。与厌氧生 物分解相比，好氧分解往往具有分解速率 快、分解程度彻底、能量利用率高、转化 为细胞的比例大等特点。
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。
a和b的值可通过试验确定如下： 将式两侧各除去X，得：
△X/X= a △S/X-b
△S/X为横坐标， △X/X为纵坐标作图，可得一直线，其斜率即
a，纵轴上的截距为（-b）
就活性污泥来说，可用其挥发部分代表微生物、 曝气池内挥发性污泥量可作为X代入式中；此外，池 中所增加的微生物细胞的量可假定大致等于所排放的 剩余污泥挥发性部分的量。
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4、厌氧反应概括如下： • C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
• 二、有机物的好氧生物分解
有机质＋ 微生物＋氧
第十章 微生物对污染物的分解与转化
第一节 微生物对有机物的分解作用
一、生物分解的一般特点 （一）有机物生物分解的一般特点 1、概念：微生物对有机物的分解作用（或降解作用） 常简称为“生物分解”或“生物降解”。 2、特点：有机物经逐步分解后，产生能进入TCA途径 或能作为合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化 为小分子有机物、无机物等分解产物和微生物细胞。
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• 兼性微生物的代谢：DO>0.2~0.3mg/L条件下：好氧代谢 DO<0.2~0.3mg/L条件下：厌氧代谢
• 一些好氧微生物（好氧细菌，球衣细菌、真菌等）能在微氧 环境（DO接近于零）中生长。因此在微氧环境中占优势的 微生物常常是好氧微生物。
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3、 有机物的好氧生物分解
好氧分解过程：
（1）消化：由胞外酶把大分子分解为可以被细胞吸收的小分子。
（2）小分子的脱氢氧化：产生可进入TCA循环的乙酰－CoA。
（3）乙酰－CoA进入TCA循环和呼吸链被氧化成CO2和H2O
好氧分解的产物： 有机物CHONP
CO2、 H2O、 （NH3＋NO2＋NO3－）
H2SO4 、H3PO4
反应中的亚硝酸、硝酸、硫酸和磷酸可与水中的 碱性物质作用，形成相应的盐类。
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）
有机污染 物的生物 分解过程
污染物、细胞构成物 C、H、O、N、P、S、 矿物元素、维生素等
能源 化学能(污染物等)、光能
受氢体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
有机体分解(内源呼吸)
微生物体 生
微 合成
生物污泥
物 不 可
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）
生
降 解
残
物 分解
留 物
能&# NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
随水排出 3
二、生物分解的分类
1、根据生物分解的程度和最终产物的不同， 有机物的生物分解可分为生物去除（表观分 解）、初级分解、环境可接收的分解和完全分 解（矿化）等不同类型。
污 泥
回流污泥
剩余污泥
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P O
3 4
等 + 能量
细胞物质
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：
△X=a △S-Bx
△X表示新生长的细胞物质（Kg/d） △S表示所利用的食料（基质），即去除的BOD5（Kg/d） X表示构筑物内原有的细胞物质（Kg） a表示合成系数 b表示细胞自身氧化率或衰减系数。
生物处理构筑物内所增加的细胞物质也可约略 地以投入的有机物（以BOD5）的50%左右估算。
活性污泥法
空气
初次沉 淀池
曝气池 再生池
二次沉 淀池
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
1、有机物氧化和细胞物质合成的反应：
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O2 ＋0.5H2O＋Q
2、细胞物质的合成（包括有机物的氧化，并以 NH3作氮源）
3、细胞物质的氧化（内源呼吸）
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。
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。
各种色谱分析 官能团分析 毒性测试
各种色谱分析 官能团分析 毒性测试
有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O 等）的分解
总有机碳分析 产生的CO2分析
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2、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为 好氧分解和厌氧分解两种类型。与厌氧生 物分解相比，好氧分解往往具有分解速率 快、分解程度彻底、能量利用率高、转化 为细胞的比例大等特点。
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。
a和b的值可通过试验确定如下： 将式两侧各除去X，得：
△X/X= a △S/X-b
△S/X为横坐标， △X/X为纵坐标作图，可得一直线，其斜率即
a，纵轴上的截距为（-b）
就活性污泥来说，可用其挥发部分代表微生物、 曝气池内挥发性污泥量可作为X代入式中；此外，池 中所增加的微生物细胞的量可假定大致等于所排放的 剩余污泥挥发性部分的量。
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4、厌氧反应概括如下： • C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
• 二、有机物的好氧生物分解
有机质＋ 微生物＋氧
第十章 微生物对污染物的分解与转化
第一节 微生物对有机物的分解作用
一、生物分解的一般特点 （一）有机物生物分解的一般特点 1、概念：微生物对有机物的分解作用（或降解作用） 常简称为“生物分解”或“生物降解”。 2、特点：有机物经逐步分解后，产生能进入TCA途径 或能作为合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化 为小分子有机物、无机物等分解产物和微生物细胞。
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• 兼性微生物的代谢：DO>0.2~0.3mg/L条件下：好氧代谢 DO<0.2~0.3mg/L条件下：厌氧代谢
• 一些好氧微生物（好氧细菌，球衣细菌、真菌等）能在微氧 环境（DO接近于零）中生长。因此在微氧环境中占优势的 微生物常常是好氧微生物。
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3、 有机物的好氧生物分解
好氧分解过程：
（1）消化：由胞外酶把大分子分解为可以被细胞吸收的小分子。
（2）小分子的脱氢氧化：产生可进入TCA循环的乙酰－CoA。
（3）乙酰－CoA进入TCA循环和呼吸链被氧化成CO2和H2O
好氧分解的产物： 有机物CHONP
CO2、 H2O、 （NH3＋NO2＋NO3－）
H2SO4 、H3PO4
反应中的亚硝酸、硝酸、硫酸和磷酸可与水中的 碱性物质作用，形成相应的盐类。
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）
有机污染 物的生物 分解过程
污染物、细胞构成物 C、H、O、N、P、S、 矿物元素、维生素等
能源 化学能(污染物等)、光能
受氢体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
有机体分解(内源呼吸)
微生物体 生
微 合成
生物污泥
物 不 可
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）
生
降 解
残
物 分解
留 物
能&# NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
随水排出 3
二、生物分解的分类
1、根据生物分解的程度和最终产物的不同， 有机物的生物分解可分为生物去除（表观分 解）、初级分解、环境可接收的分解和完全分 解（矿化）等不同类型。
污 泥
回流污泥
剩余污泥
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P O
3 4
等 + 能量
细胞物质
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：
△X=a △S-Bx
△X表示新生长的细胞物质（Kg/d） △S表示所利用的食料（基质），即去除的BOD5（Kg/d） X表示构筑物内原有的细胞物质（Kg） a表示合成系数 b表示细胞自身氧化率或衰减系数。