微生物降解的污染物

－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
共代 不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作用下将污染物 彻底降解—— 谢。
二、芳香族与卤代烃类
三、有机污染物的可生物降解性
有机污染物的分解途径：光分解、化学分解和生物分解
（一）可生物降解性：化合物被生物降解的可能性及其难易程度。 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.不可生物降解物质：塑料、尼龙、腈纶、涤纶、聚酯、氟里昂、 多环，杂环芳烃、高聚物等
2非酶促作用——微生物代谢中使pH降低引起农药溶解，或产生某些化学物质促 进农药转化。
3 微生物代谢引起农药参与系列生化反应：脱卤作用、脱烃作用、酰胺及脂的水 解、氧化还原作用、环裂解、缩合或共轭效应等使农药逐渐降解。例对硫磷 的降解：
有机磷农药的降解
S C2H5O P O C2H5O
S
对硫磷 NO2
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
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
C2H5O
P OH＋HO
水解酶 C2H5O
NO2
微生物代谢将对硫水解变成较小分子，然后进一步分解生成R-COOH、 H2O、HNO3，仍可再进一步分解转化为CO2、H2S、N2等。
四、合成洗涤剂的降解
合成洗涤剂：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质 四大类。 –阴离子型表活剂包括：脂肪酸衍生物、烷基磺酸盐、烷基
小球菌及大
色杆菌及分枝杆
肠埃希氏菌
菌
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
（四） 人工合成的难降解有机化合 物的生物降解
难———对于自然生态环境系统,如果一种化合
物滞留可达几个月或几年之久,或在人工生物处理 系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除 • 种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、 杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。
直链 、 支链 不饱和、饱和 烷烃、芳烃
链末端有季碳原子的烃以及多环芳烃极难降解
2. 烃的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2
R-CH2- CH2-CH3
R- CH2-CH2-COOH
H2O CH2-COOH + R-COOH
β-氧化
CO2 +
B．无支链环烷烃的降解
以环己烷为例
OH
+O2 +2H
－2H
（二）共代谢 （三）环境物理化学因素 （四）微生物降解或转化污染物后生成的中间体或 终产物
微生物对有机污染物的降解
一、石油烃 二、芳香族与卤代烃类 三、化学农药 四、合成洗涤剂 五、化学塑料
– 其它： – 偶氮化合物、氰和腈、亚硝胺类、黄曲霉毒素B1等。
一. 石油烃的降解
1．烃的种类
长链烃（C24以上）、中等长度烃（C10~C24）、短链烃
三、化学农药
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
微生物降解农药的途径
1酶促作用 1）酶促作用——需先经诱导产生特殊酶而后才能使农药降解，有的可直接利 用农药作能源和碳源。 2）共代谢作用——对于难降解顽固复杂的农药，通过先培养容易降解其中一 种农药，促使对其它农药的降解作用。 3) 去毒代谢——微生物不直接利用农药作营养，而是摄取其它有机物作营养和 能源，在其中发展了为保护自身的生存解毒作用。
第一节 概 述
一、生物降解与生物转化的概念 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化合物或被完全 分解的过程。
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
狄氏剂、七氯、六氯化苯、多氯联苯、毒沙芬。
抗生物降解的原因
不存在降解抗生物降解分子的酶系 对细胞的不可透过性 酶的活性中心与基质特定部位的不可接近性 不能对必要的酶进行诱导 共代谢 环境因素 基质的生物有效性 阈值
微生物降解污染物的一般途径
(一） 矿化作用：有机污染物在一种或多种微生物的利用下彻底分 解成CO2、水和简单的无机化合物的过程。
持久性有机污染物
人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链累积,并对人类 健康及环境造成有害影响的化学物质(Persistent organic pollutants，POPs)。 – 2001年5月签署“关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约”
禁止或限制的12种对人体健康和自然环境特别有害的POPs： – 灭蚁灵、滴滴涕、呋喃、二恶英、异狄氏剂、艾氏剂、氯丹、
• 提问：为什么这些有机物难于生物降解？
• 微生物缺乏相应的水解酶
卤代烃——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 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。
*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现 状？
(二）共代谢作用：有些合成的化合物不能被微生物降解，但若有 另一种可供碳源和能源的辅助基质存在时，它们则可被部分降 解。 – 降解其它有机物提供能源等； – 靠其它微生物协百度文库作用； – 经别的物质诱导等。
影响微生物降解转化的因素
（一） 物质的化学结构 1.结构的复杂程度 2.芳香基团的数量与种类 3.其他修饰基团或功能基团的种类和数量 4.有机碳的直连及支链组成 5.分子链上的元素组成