最新微生物对污染物的降解和转化
微生物对环境污染物的生物转化机制
微生物对环境污染物的生物转化机制近年来，环境污染日益严重，给人类的生活环境和健康带来了巨大的威胁。
而微生物作为自然界中的重要组成部分，对环境污染物的生物转化起着重要的作用。
本文将重点探讨微生物在环境污染物降解中的生物转化机制。
1. 微生物降解的基本原理微生物降解是指微生物利用环境中的有机化合物，通过生物化学反应将其转化为无机物或者较简单的有机物的过程。
这种生物转化的基本原理在于微生物通过代谢活动产生的酶类，可以降解复杂的有机化合物为较简单的分子。
这些酶类可以分解各类有机物，使得其分子结构发生改变，并最终将有机污染物转化为无害的物质。
2. 微生物降解的类型微生物降解可分为不同的类型，包括生物氧化、生物还原、生物酸化、生物甲烷化等。
其中，生物氧化是最常见的一种类型。
通过微生物的代谢活动，有机化合物与氧发生反应，产生CO2和H2O。
而生物还原则是指微生物利用底物作为电子受体，将有机化合物还原为较简单的产物。
生物酸化则是指微生物利用有机物进行代谢，产生酸性化合物。
生物甲烷化是一种细菌将有机物转化为甲烷气体的过程。
3. 微生物降解机制的影响因素微生物降解机制的效率受多种因素的影响。
其中，环境因素是一个重要的影响因素。
温度、湿度、pH值等环境条件的变化都会对微生物降解机制产生影响。
此外，污染物的特性也会对微生物降解机制产生影响。
不同种类的微生物对不同的污染物有着不同的适应能力，因此在实际应用中，应根据具体情况选择合适的微生物种类来进行降解处理。
4. 应用前景与挑战微生物降解技术在环境治理中具有广阔的应用前景。
相比于传统的物理化学方法，微生物降解技术具有成本低、无二次污染等优势。
同时，在生物转化的过程中，微生物还会产生一些有益的降解产物，如土壤改良剂、肥料等。
然而，微生物降解技术也面临着一些挑战。
例如，某些环境污染物存在难降解性，需要寻找更具活性的微生物菌种来进行降解；同时，微生物的不受控性也使得其在实际应用中存在一定的风险。
微生物对污染物的降解和转化
（3）酶的分类
❖ 根据酶蛋白分子的特点又可将酶分为三类 单体酶 (monomericenzyme)：只有一条多肽链。 寡聚酶 (oligomericenzyme)：由几个甚至几十
个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链， 也可以是不同的多肽链。 多酶体系 (multienzyme system)：是由几种酶 彼此嵌合形成的复合体。
•1.酶和一般催化剂比较
（1）用量少而催化效率高； （2）不改变化学反应的平衡点 （3）可降低反应的活化能
•2.酶作为生物催化剂的特性
催化效率高： 反应速度是无酶 催化或普通人造 催化剂催化反应 速度的10的6次 方至10的16次方 倍。
（三）酶的催化特性
酶催化的专一性
一种酶仅能作用于某一种物质或一类结构相似的物质并催化某 种类型的反应，这种特性称为酶的专一性。
4.影响酶活的因素
米歇里斯－门坦公式（酶促反应速度方程）
ν = K3[E][S]
Km+[S]
( Km=
K2+K3 K1
)
米氏常数Km表示反应速度为最大速度一半时的底物 浓度（又称为半速度常数）。
Km值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km值 越大，表明酶与底物的反应越不完全。
（1）酶浓度对酶促反应速度的影响
（一）什么是酶？
酉每
与发酵有关的过程，酒、醋、酱等。
（一）什么是酶？
酶是生物体内产生的一类具有特殊催 化作用的蛋白质。
1)离体的酶同样具有高效催化作用； 2)通过各种理化方法分离提取生物体合
成的酶所得到的酶制品称为“酶制剂”。
酿酒行业：酵母（酶催化大麦芽发酵成酒） 造纸行业：脂肪酶，纤维素酶，半纤维素酶，淀粉酶
（3）温度对酶反应速度的影响
微生物对环境污染物的降解
微生物对环境污染物的降解一、引言环境污染是当前全球面临的一大挑战，许多污染物对生态系统和人类健康产生了极大的威胁。
然而，幸运的是，自然界中存在着许多微生物，它们具备特殊的降解能力，可以有效地分解和降解环境中的污染物，为环境的修复和恢复提供了有力支持。
二、微生物对有机污染物的降解1. 微生物的分类和功能微生物包括细菌、真菌、古菌和病毒等，它们对不同类型的有机污染物具备不同的降解能力。
其中，细菌是目前最为常见的污染物降解微生物，具有分解有机化合物的能力；真菌则擅长降解木质素和多环芳烃等有机物；而古菌则对极端环境下的有机废物降解具备独特的适应能力。
2. 微生物降解机制微生物在降解有机污染物时，主要通过产生特定的酶来分解化合物的化学键，将其转化为无毒或较低毒的物质。
这些酶可以在特定环境条件下诱导合成，因此可针对具体的污染物进行调控。
此外，微生物还能通过多种途径将有害物质转化为有益物质，如转化为能量、气体或更稳定的形式。
三、微生物对重金属污染的降解1. 微生物的选择途径重金属是一类有害而难以处理的污染物，但微生物却能通过吸附、还原、沉淀和转化等方式对其进行有效降解。
此外，通过改变土壤或水体的酸碱度、氧化还原条件等环境因素，也可以促进微生物的降解作用。
2. 微生物的降解机制微生物对重金属的降解主要通过酶的催化作用实现，它们可以使重金属形成难溶性或稳定的沉淀物，从而减少其对环境的毒性。
例如，某些细菌可以产生硫酸盐还原酶，将含有重金属的化合物还原成相对稳定的硫化物，从而将有毒的重金属转化为较为安全的形式。
四、微生物对农药污染的降解1. 微生物的降解机制农药是农作物生产中广泛使用的化学物质，但其残留会对土壤和水体产生严重的污染。
微生物通过产生特定的酶类分解农药分子的连接键，降低其残留浓度。
此外，微生物的活性代谢产物也能进一步分解和转化农药残留物，从而减少环境中的农药污染。
2. 微生物的应用前景利用微生物进行农药污染治理是一种环保、经济、高效的方法。
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.
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的落解和转化•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•净化实质——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、人造纤维废水及都市垃圾等，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、曲曲折折曲曲折折折折霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
•需要时能够向有菌种库的研究机构购置或自行筛选。
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、曲曲折折曲曲折折折折霉、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落解呢？•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(Phanerochaetechrysosprium)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。
微生物对污染物的分解与转化
计算例题
某城市混合废水用活性污泥法处理，其曝气池的有 效容积为340m3，进水流量为150m3/h，进水BOD5 为200mg/L，出水BOD5为20mg/L，曝气池内污泥浓 度为4g/L（其中挥发份占75%），①计算剩余污泥 量；②若剩余污泥含水率为99.2%，剩余污泥体积 是多少？（取a=0.6 b=0.075）
处理污泥则用厌氧法。 若处理高浓度有机废水，则往往先采用厌氧生物处理，将有
机污染降至一定浓度后，再采用好氧法处理至达到排放标准。 厌氧处理还有可能使难以好氧生物降解的有机物转化为较易 好氧降解的物质。
二、污水中有机物的好氧分解
污水
曝气池 污泥回流
二沉池
排水
剩余污泥
微生物的增殖与剩余污泥量的计算
若处理系统仅为去除碳源污染物则b为零，只计 第一项和第二项。
三、有机物的厌氧生物分解
主要用于高浓度的有机 废水与剩余污泥的处理
有机物的厌氧分解过程 4% 早期认为分为两个阶段：
酸性发酵阶段和碱性发
酵或产甲烷阶段——两 阶段理论
H2 + CO2
有机物
（多糖、脂肪、 蛋白质）
（1）发酵细菌
丙酸、丁酸等脂肪 酸及乳酸、芳香酸 等有机酸、醇类等
三大有机物有氧呼吸代谢途径示意图
污水中有机物生物分解的过程
CO2 SO42NO3……
H2S、CH4、乙醇、 低级脂肪酸……
微生物体Βιβλιοθήκη 有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最 终将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的 过程。
微生物对环境污染物降解的作用与机制
微生物对环境污染物降解的作用与机制近年来，随着环境污染问题日益严重，寻找有效的污染物降解方法成为了一项紧迫的任务。
在这些寻找过程中，微生物降解技术得到了广泛的关注。
微生物具有独特的降解能力和机制，能够有效地降解各种有机和无机污染物。
本文将重点探讨微生物在环境污染物降解中的作用与机制。
一、微生物在有机污染物降解中的作用与机制有机污染物是目前环境中的主要污染源之一，如石油烃类、农药、有机溶剂等。
微生物在有机污染物降解中发挥着不可替代的作用。
首先，微生物能够利用有机污染物作为能源和碳源，通过代谢途径将其分解为无害物质。
其次，微生物具有多样的降解酶系统，如氧化酶、脱氢酶等，能够有效地催化有机污染物的降解反应。
此外，微生物还能够通过生物合成新的酶和代谢产物，进一步促进有机污染物的降解过程。
以石油烃类为例，微生物降解是其最主要的自然去除方式之一。
石油烃类污染物可以被微生物降解为二氧化碳和水，并释放出能量以供微生物生长。
这一过程主要依赖于微生物产生的酶系统，如脱氢酶和氧化酶等，能够将石油烃类分解为更小的分子，并最终降解为无害物质。
同时，微生物还能够通过生物膜等特殊结构的形成，在抑制外界影响下，提高降解效率。
二、微生物在无机污染物降解中的作用与机制除了有机污染物，无机污染物（如重金属离子、氮、磷等）也给环境带来了严重的污染。
微生物在无机污染物的降解中同样发挥着重要作用。
首先，部分微生物能够利用无机污染物为能源，并将其还原为无害的形态。
其次，微生物能够通过螯合、沉淀等作用，将无机污染物从环境中去除。
此外，微生物还能够通过菌体表面的吸附作用，将无机污染物固定在细胞表面，从而达到去除的目的。
以重金属离子为例，微生物降解是目前重金属污染修复技术中的重要手段之一。
一些特殊的微生物具有对重金属离子高度选择性的吸附能力，在根际微生物和土壤微生物的共生作用下，可以有效地抑制重金属离子的固溶转化并减少其毒性。
此外，一些微生物还具有还原重金属离子的能力，通过还原反应将重金属离子转化为不溶于水的沉淀物。
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。
微生物对食品中污染物的降解与清除
微生物对食品中污染物的降解与清除食品安全一直是人们关注的焦点之一，而食品中的污染物也是影响食品安全的一个重要因素。
微生物，作为一类重要的生物资源，具有许多优秀的降解和清除污染物的能力。
本文将探讨微生物在食品中污染物降解和清除方面的应用，以及一些常见的微生物降解污染物的例子。
一、微生物对食品中污染物的降解微生物在食品中降解污染物的过程中起到了关键作用。
它们可以分解和转化食品中的有机污染物，将其转化为无毒的物质，从而保护食品的质量和安全。
1. 微生物对农药的降解农药在农田使用过程中往往会残留在农产品中，给人们的健康带来潜在威胁。
许多微生物，如细菌、真菌和放线菌等，具有对农药进行降解的能力。
它们可以通过酶的作用将农药分解为无毒的物质，或通过吸附和转化过程将农药从食品中清除。
2. 微生物对重金属的降解重金属在食品中的积累对人体健康有潜在的危害。
许多微生物，如铜绿微囊藻、蓝绿藻和微生物泥球等，具有对重金属进行降解的能力。
它们可以通过吸附和转化的方式将重金属离子从食品中去除，减少对人体的损害。
3. 微生物对致病菌的降解食品中的致病菌是食品安全的一个重要威胁。
许多微生物，如乳酸菌和产生抗菌物质的细菌等，具有对致病菌进行降解的能力。
它们可以通过产生抑制物质或竞争性生长的方式，抑制或清除食品中的致病菌，保证食品的安全性。
二、微生物对食品中污染物的清除除了直接降解污染物，微生物还可以通过其他方式清除食品中的污染物，从而提高食品的质量和安全。
1. 微生物的降解代谢产物微生物在降解食品中有机污染物的过程中，会产生一些代谢产物。
这些代谢产物对原有的有毒物质进行进一步的转化和分解，从而清除食品中的污染物。
例如，一些细菌在降解乙醛时会产生乙酸，乙酸对人体无毒，可以有效地清除乙醛对人体健康的影响。
2. 微生物的吸附作用微生物表面具有一些特殊的吸附结构，可以吸附食品中的污染物。
这些微生物可以通过与食品中的污染物结合，从而将污染物固定在微生物上，并随微生物一同被排出体外，实现清除污染物的效果。
07微生物对污染物的降解与转化
DDT:
功
臣
还
是 灾
自DDT问世以来，各种化学合成农药不断被合成和应用、化学农药的种类和产
难 量不断增加。到20世纪70年代中期，世界农药产品已达1300种，年产量达
5000t(按100％纯度计)的大吨位产品达30—40个，农药产量达200万t(按100
％纯度计)。
Organic Pollutants - DDT
1940年，瑞士的嘉基公司成功地开发了DDT杀虫剂产品， 从此DDT在世界范围内得到了广泛地应用。
DDT的杀虫功效
DDT具有很好的广普杀虫作用。能够有效地消灭森林害虫、棉花害虫、蔬菜害虫 等、在防治棉花蕾期害虫、越冬红蛉虫、果树害虫和粘虫等效果尤为突出。作 为有机合成农药，DDT的效率高、用量少，易于使用。DDT还能有效地消灭蚊、 蝇、蚤、虱、臭虫等卫生害虫，在防治致命的传染病如斑疹伤寒和疟疾中屡建 奇功。
由于DDT的神奇作用、使用的范围和场所越来越广，在20世纪40年代DDT的使用量达 到了顶峰。我国在1946年开始小规模地生产DDT，新中国成立后，农药工业开始快速 地发展、1951年首次用飞机喷洒DDT，消灭蚊子。
功 臣 还 是 灾 难
DDT:
根据联合国粮农组织(FAO)统计资料表明，全世界由于使用农药防治病虫害挽 回的农产品的损失占世界粮食总产量的30％左右。我国粮食作物由于使用化学 农药，每年挽回的粮食损失占总产量的7％左右、以1987年粮食总产量4019 亿kg计算，其中281亿kg是农药的贡献，对我国这样一个在世界上人口最多， 人均耕地最少的人口大国、农药对缓解人口与粮食的矛盾中发挥了重要作用。
第4章 微生物对污染物 的降解与转化
第一节 概述
1
一、生物降解与生物转化
微生物对土壤污染物的降解
微生物对土壤污染物的降解土壤污染是一个全球性的环境问题，直接影响人类健康和生态系统的稳定性。
为了解决土壤污染问题，科学家们经过不懈努力，发现了微生物在土壤污染物降解中的重要作用。
本文将介绍微生物对土壤污染物的降解机制，并探讨微生物在污染修复中的应用前景。
一、微生物降解土壤污染物的机制1. 生物矿化微生物降解土壤污染物的主要机制之一是通过生物矿化。
微生物通过代谢活性产生酶，这些酶能够分解有机污染物为无机物，比如CO2、H2O和无机盐等。
这种转化过程是通过生物化学反应催化完成的，有效降低了土壤中有机污染物的浓度。
2. 生物吸附微生物还具有生物吸附的能力，能够通过表面反应将污染物吸附在其细胞表面。
微生物的细胞壁通常富含负电解质和有机物质，这些负电荷有助于与带正电荷的污染物相互吸附。
生物吸附可以迅速去除土壤中的重金属和有机物污染物。
3. 微生物降解微生物通过新陈代谢将土壤污染物转化为无害物质。
例如，一些细菌和真菌能够利用有机污染物作为碳源和能源，通过氧化反应将其分解为较低毒性的物质。
这种微生物降解的过程能够迅速降低土壤中有机污染物的浓度，达到修复土壤的效果。
二、微生物在污染修复中的应用前景1. 生物修复技术生物修复技术是利用微生物来降解土壤污染物的一种有效手段。
通过选择适宜的微生物种类和调控环境条件，可以提高微生物对污染物的降解效率。
例如，通过引入具有特定代谢途径的菌株来针对性地修复特定种类的有机污染物。
2. 生物扩散技术生物扩散技术是通过将微生物投放到污染土壤中，利用其自身特性和活性降解污染物。
这种技术可以通过改变微生物的生长环境来增强其降解能力。
此外，生物扩散技术还可以与其他修复技术相结合，如土壤通气和植物修复等，形成综合修复措施。
3. 基因工程技术基因工程技术是一种新兴的修复方法，通过改变微生物的基因组来提高其降解能力。
科学家们通过基因重组技术，将具有高效降解能力的基因导入到微生物中，使其能够降解特定的污染物。
微生物群落对环境污染物的生物降解机制与应用
微生物群落对环境污染物的生物降解机制与应用随着人类社会的快速发展，环境污染已经成为人们不得不面对的重大问题之一。
环境污染物对人体健康和生态系统的影响日益明显，必须采取有效的治理和修复措施来减轻其影响。
在环境治理和修复中，微生物群落技术已经被广泛应用，其生物降解机制和应用前景备受关注。
一、微生物群落的生物降解机制微生物群落是由多个微生物种群组成的复杂生态系统，其中的微生物在环境中分解、转化和降解有机和无机物质。
这些微生物可以利用化学能、光合作用或者氧化还原反应来转化有机物，最终将有机物降解为简单的无害物质。
微生物群落的生物降解机制主要包括以下几个方面：（一）多样性的微生物群落微生物群落中存在着丰富的生物多样性和多种代谢途径。
这些微生物可以利用不同的代谢途径将有机物转化为不同的代谢产物。
不同的微生物具有不同的代谢功能和降解能力，可以协同作用来完成复杂的有机物降解过程。
（二）协同代谢微生物群落中的多种微生物之间可以通过协同代谢来完成有机物的降解。
协同代谢是指一种微生物无法将污染物降解为显性代谢产物时，可通过其他微生物间接协助完成降解过程。
不同的微生物代谢途径之间存在着交叉和连接的关系，它们可以利用代谢产物完成进一步降解。
（三）生态配合微生物群落中的微生物之间存在着生态配合关系。
不同的微生物可以通过合作或竞争来协同完成有机物的降解。
例如，一些微生物以某种物质为基础生长，而其他微生物则使用这种物质来代谢有机物。
（四）环境因素影响微生物群落的降解能力受到多种环境因素的影响，如温度、pH值和营养物等。
因此，在使用微生物群落技术进行环境治理和修复时，必须根据不同的环境条件选择合适的微生物种类和生态系统配置。
二、微生物群落技术的应用前景微生物群落技术在环境污染治理和修复中具有广泛的应用前景，其中包括：（一）工业固体废弃物处理工业固体废弃物中含有大量的有机物和重金属等污染物，对环境和人体健康造成影响。
微生物群落技术可以应用于工业固体废弃物的生物降解处理，将污染物转化为无害物质。
微生物对环境污染物降解和转化的研究进展
微生物对环境污染物降解和转化的研究进展人类的工业活动、农业生产和生活污水排放等都会导致环境污染，这些污染物会对环境、生态系统和人类健康造成不可逆的影响。
然而，微生物作为一种天然的生物降解剂，有着广泛的降解和转化污染物的能力。
在生物科学领域中，越来越多的研究者开始借助微生物来探究环境污染问题，为环境污染治理提供新的思路和方法。
本文将对微生物对环境污染物降解和转化的研究进展进行探讨。
一、微生物对常见环境污染物的降解微生物在自然界中广泛存在，包括细菌、真菌、放线菌、藻类等。
这些微生物可以利用环境中的污染物作为能量来源并将其转化成无害物质，从而减缓或消除环境污染。
下面我们将重点讨论微生物对常见环境污染物的降解。
1. 石油类化合物的降解由于石油的开采、运输、储存和使用等过程中往往伴随着泄露和溢漏事件，石油类化合物就成为一类常见的环境污染物。
研究表明，细菌能够利用石油类化合物作为碳源、能源和维生素，将其转化成二氧化碳和水等无害物质。
例如，石油脱氮菌、石油脱硫菌和石油酸性物质降解细菌等都能够有效地降解石油类化合物。
此外，真菌也被发现具有降解石油类化合物的能力，特别是白腐真菌和土壤放线菌等。
2. 氯化有机物的降解氯化有机物是一类广泛应用的化学物质，例如农药、染料、溶剂等。
然而，氯化有机物具有较强的毒性和耐久性，对环境和人类健康造成潜在的风险。
不过，许多微生物促进了氯化有机物的降解。
许多细菌和真菌都能降解氯代烷烃、氯化芳香烃和氯代丙烯酸酯等。
其中，脱氯菌是一类具有特殊能力的细菌，能够催化氯代烷烃的脱氯反应。
3. 难降解有机物的降解环境中还存在许多难降解的有机物，如多环芳香烃、半挥发性有机物和化学需氧量高等。
这些有机物可导致污染土壤、空气和水体，对生态系统和人健康造成重大危害。
幸运的是，细菌和真菌具有对这些难降解有机物进行降解的能力。
许多研究者利用这些微生物开发了一系列生物技术来降解这些有机物，例如生物滴滤池、生物氧化沟以及土壤生物修复等。
微生物与环境中的污染物降解
微生物与环境中的污染物降解污染物是当今社会面临的重要环境问题之一，对人类健康和生态系统稳定产生了巨大影响。
在环境污染治理的过程中，微生物被广泛应用于降解污染物的处理中。
本文将探讨微生物在环境中降解污染物的机制和应用，旨在加深对微生物在污染治理中的重要性的了解。
一、微生物降解污染物的机制微生物降解污染物是一种生物修复的方法，通过微生物的代谢活动和生物酶的作用，将有机物质转化为无害的物质。
微生物降解污染物的机制主要包括以下几个方面：1. 生物酶的作用：微生物产生的生物酶可以将污染物分解成更简单的物质，进而降低毒性和活性。
2. 微生物代谢：微生物通过摄取、吸附和降解污染物，利用其作为能源或生长因子进行代谢，将污染物转化为无害物质。
3. 生态系统协同作用：微生物与其他生物体之间存在复杂的相互作用关系，例如微生物与植物的根系共生，可以增加降解污染物的能力。
二、微生物在环境污染治理中的应用微生物在环境污染治理中具有许多优势，包括高效降解、环境友好、成本低等。
以下是微生物在不同污染物治理中的应用案例：1. 石油污染治理：微生物可以降解石油类污染物，包括原油、石油烃和石油中的有毒物质。
在石油泄漏事故中，通过引入具有石油降解能力的微生物，可以加速石油的降解，减少对环境的影响。
2. 有机废水处理：微生物通过降解废水中的有机物质，将有害物质转化为无害物质，达到净化水体的目的。
例如，厌氧条件下的微生物可以将有机废水中的有机物质转化为甲烷等可再生能源。
3. 重金属污染治理：微生物可以降解重金属离子或将重金属转化为低毒性形态，从而减少对环境的危害。
例如，一些微生物可以将铬离子转化为不溶于水的铬沉淀，降低了其毒性。
三、微生物降解污染物的应用前景随着对环境污染治理需求的不断增加，微生物降解污染物的应用前景日益广阔。
一方面，随着生物技术的发展，可以通过改良微生物基因工程技术，提高微生物降解污染物的效果和效率。
另一方面，微生物降解污染物的应用也可以结合其他治理方法，形成多种治理技术的综合应用，提高治理效果。
微生物对污染物的降解与转化
6.1 有机污染物的生物降解
6.1.1 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。
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6.2.2 降解石油的微生物 能降解石油的微生物有100属，200多种，包括：细菌、放线菌、霉
菌、酵母、藻类及蓝细菌。 6.2.3 生物降解石油污染物的工艺方法： A/O法、A2/O、AB、A1-O1-A2-O2、SBR等。
6.3 微生物对农药的降解
我国每年使用农药50～100万吨，利用率只有10%，大量农药残留 土壤中，有的被土壤吸附，有的扩散入大气，有的转移到水体河 流、湖泊、海洋，引起全球性污染。
由于微生物个休小、繁殖迅速、比表面大等特点。它们较之其它生物更易适 应环境，并可通过自然灾变产生新菌种，产生新的酶系统，具有新的代谢功 能，从而可参与对人工新合成化合物的降解与转化作用。因此微生物对降解 污染物具有巨大潜力。
6.1.1 微生物降解与转化的巨大潜力
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
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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。
白腐—树皮上木质素被该菌分解后漏出白色的纤维素部分。
*木质素降解的意义何在呢？（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（三）石油的转化•提问：什么是石油？•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B．无支链环烷烃的降解C．芳香烃•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。
（四）人工合成的难降解有机化合物的生物降解1.氯苯类•用途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）•危害：急性中毒，是一种致癌因子（米糠油事件）•降解菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体•通过共代谢完成氯苯的完全降解。
2．洗涤剂•可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。
我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。
较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：甲基分支干扰生物降解，链末端与4个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强。
•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（L A S）：•由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。
A．降解洗涤剂的微生物•细菌——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌•放线菌——诺卡氏菌•由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。
因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染。
洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化问题。
B．洗涤剂的降解机理3.塑料•塑料在环境中积累有哪些危害？•危害：白色污染•对微生物无影响•（1）.土地板结•（2）. 被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，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。
•提问：如何解决塑料的难降解问题？•（1）限制使用不可降解塑料•（2）开发可降解塑料•光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑料、化学合成或用微生物、转基因植物直接生产可生物降解的塑料；4.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。
水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水•危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）•最典型的一个例子就是杀虫剂DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。
•降解农药的微生物：•细菌——假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌•放线菌——诺卡氏菌•真菌——曲霉•这些微生物往往需共代谢将农药逐级降解。
二、氮源有机污染物的转化•蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。
•（一）蛋白质的转化•水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等1．降解蛋白质的微生物•种类很多•好氧细菌——链球菌和葡萄球菌•好氧芽孢细菌——枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌•兼性厌氧菌——变形杆菌、假单胞菌•厌氧菌——腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌•此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。
2．降解机理3.典型含氮有机物的转化•氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物•水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。
•危害：生物毒害、环境积累A．降解这些物质的微生物•细菌——紫色杆菌、假单胞菌•放线菌——诺卡氏菌•真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等B．降解机理第三节无机污染物的转化•主要的无机污染物有•磷酸盐、氨氮及硝酸盐、金属离子等•水中来源及危害：•磷酸盐——洗涤剂中作为软水剂使用的磷酸盐、土壤•危害：富营养化•氨氮硝酸盐——工业废水和使用硝酸盐化肥的农田冲蚀水•危害富营养化•金属离子——采矿、冶金、化工等行业的废水•危害：生物中毒一、磷酸盐的转化•洗涤剂中的磷酸盐为可溶性的磷酸钠•土壤中的磷酸盐则主要是难溶的磷酸钙微生物产酸同化作用合成自身土壤中的难溶磷酸盐—————→可溶性磷酸盐————→卵磷脂、核酸、ATP•洗涤剂中的可溶性磷酸盐————→卵磷脂、核酸、ATP•厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原为PH3。
（自燃—鬼火）二、氨氮及硝酸盐的转化1．同化作用•被大多数微生物作为无机氮源营养物，产物为蛋白质、核酸等2．异化作用•硝化细菌及反硝化细菌•硝化作用＋反硝化作用→ N2↑三、金属离子（一）金属离子的毒性•提问：影响金属离子毒性的因素有哪些？•种类、浓度、存在状态（包括价态、络合态、共存离子性质）•例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有机锡比无机锡毒，有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。
•（二）微生物转化•主要是氧化还原和甲基化作用。
1.汞的形式•无机汞（多难溶）：•Hg22+→ Hg0 + Hg2+•注：Hg22+= Hg+—Hg+•零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶•二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解•有机汞（易溶）：•通式——R H g X和R2H g•其中R为有机原子基团，X为无机离子如卤素原子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等。
2．汞化合物的毒性•难溶的汞——生物吸收困难，毒性很小•易溶的汞——容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒性最强）•毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。
•日本的水俣湾甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。
这类汞中毒一般都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物链积累并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。
水中的甲基汞到底是怎么来的？3.汞的甲基化•汞的甲基化是由微生物依靠甲基化辅酶形成的。
•汞甲基化微生物：•细菌——甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌•真菌——粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。
•过程如下：甲基化辅酶甲基化辅酶Hg2+——————→ Hg+ -CH3—————→ Hg(CH3) 2-CH3 -CH3•鱼类体表粘液中有许多含有甲基化辅酶的微生物，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和人体肠道中的细菌大部分也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。
提问：为什么微生物进行汞的甲基化？趋利避害—解毒4.甲基汞的降解•甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、隐球菌•提问：为什么微生物进行甲基汞的降解？•以甲基作为碳源和能源•汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。
•但是，在有机污染严重、p H较低的环境中，更容易形成和释放甲基汞，对生物的危害巨大。
•提问：为什么此时甲基汞的形成更严重？•答案：甲基汞降解菌营养品味提高•后果：一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩，向食物链上游传递；另一方面甲基汞还会逸出水体，进入大气，使污染扩大•防治汞污染必须先控制有机污染（三）其它重金属的转化•其它重金属的转化与汞的情况十分相似，重金属普遍可以被微生物甲基化，而且甲基化的重金属普遍毒性大为提高，这些金属包括砷、硒、铅、锡、镉、锑等。
•＊如何治理水中的重金属污染？•（微生物法）。