第六章微生物对污染物的降解与转化

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。
（二）影响微生物降解与转化的因素
化学结构：链长、官能团、取代基、异构体。 共代谢： 环境理化因素：微生物的生长条件（温度、水
第八章 微生物对污染 物的降解与转化
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。
生物降解——指由生物对污染物进行的分解或降 解。
降解――将复杂有机物分解为简单物质的过程。 终极降解――微生物把有机物分解产生无机物
CO2和H2O的过程。
第一节 有机污染物的生物降解
可生物降解性——复杂有机物在微生物作用下 分解为简单物质的可能性。
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：
可生物降解性物质——采用生物处理法；
难生物降解性和不可生物降解性物质——首先严格控制排 放，继而改造工艺和产品结构、寻找或驯化高效微生物菌 株，最后只能停止生产。
分、光照、有害物）；污染物的溶解度。 中间产物或终产物：结构变化、毒性改变。
二、有机污染物生物降解性的测定方法及意义
（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可以计算3个 指标： 生物氧化率－－耗氧量与其理论完全需氧量之
比。受降解条件的影响
▪呼吸曲线－－内源呼吸曲线与外源呼吸曲线的相对位置。
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
TCA循环
聚糖酶
半纤维素
单糖 + 糖醛酸
CO2 + H2O
H2O
各种发酵产物
厌氧分解
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。
依可生物降解性的大小可将所有的物质范围： 可生物降解性物质；如淀粉、蛋白质 难生物降解性物质；如纤维素 不可生物降解性物质；尼龙、塑料
一、微生物降解与转化污染物的巨大潜力
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
❖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
❖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
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
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
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。
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。
只有软腐菌。
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。
（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
Байду номын сангаас
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• 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
木质素模式图
3．木质素的转化
香豆醇
松柏醇
芥子醇
•木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松
柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。
Lignin 木质素 聚合 交联
木质素
空腔 纤维素
*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降
解自木然质界素中呢哪？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
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
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。
第二节 微生物降解污染物的途径
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。
（一）糖类污染物
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会
使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多 糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。