【环境工程微生物学】微生物在环境物质循环中的作用.ppt

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1、第八章第八章 微生物在环境微生物在环境 物质循环中的作用物质循环中的作用天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质l有机污染物的生物净化机理 净化本质净化本质微生物转化为微生物转化为依靠依靠好氧分解与厌氧分解好氧分解与厌氧分解 厌氧细菌厌氧细菌发酵、厌氧无机盐呼吸发酵、厌氧无机盐呼吸 细菌是其中的主力军细菌是其中的主力军 好氧有机物呼吸好氧有机物呼吸 第一节第一节 碳循环碳循环 包括包括:糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等合物等。提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时

2、才会使自，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。净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多糖主要是这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。葡萄糖高聚物葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含每个纤维素分子含140010000个个葡萄糖基（葡萄糖基（1-4糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城棉纺印染废水、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。市垃圾等，其中均含有大量纤维素。微生物微生物 好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 厌氧细菌厌氧细菌

3、产纤维二糖产纤维二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。及嗜热纤维芽孢梭菌。放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。需要时可以向需要时可以向有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买或或自行筛选自行筛选 存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。纤维废水中含半纤维素。TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解 分解纤维素的微生物大

4、多数能分解半纤维素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。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素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由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。分枝多聚物。自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有，疑

5、似的只有软软腐菌。腐菌。(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。非褶菌目、丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分解后漏出白色白色的纤维素部分。*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木质素呢？解木质素呢？水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂厂废水含有大量油脂 降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：细细 菌菌 荧

6、光杆菌、绿脓杆菌、荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌灵杆菌 丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌 真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉 途径：途径：水解水解+氧化氧化 降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多种多种 细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌 酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母 霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属 藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻 +O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化氧化 CO2+H2O CH2-COOH +R-

7、COOH OH O O +O2+2H 2H +O2+2H H2O H2O +H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧化氧化 CO2+H2O OH以环己烷为例以环己烷为例 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可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。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已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假

8、单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下的后半段是相同的，可表示如下 提问：提问：为什么这些有机物难于生物降解？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微生物缺乏相应的水解酶 难难对于对于自然生态环

9、境自然生态环境系统系统,如果一种化合物如果一种化合物滞留滞留可达几个月或几年可达几个月或几年之久之久,或在或在人工生物处理系人工生物处理系统统,几小时或几天之内还未能被分解或消除几小时或几天之内还未能被分解或消除 种类：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。1.氯苯类氯苯类 用用 途途：稳定剂稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）载体、油墨等都含有）危危 害：害：急性中毒，是急性中毒，是一种致癌因子一种致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件）降降 解解 菌：菌：产碱杆菌、不动杆菌、产碱杆菌、不动

10、杆菌、假单胞菌假单胞菌、芽孢杆菌以、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体及沙雷氏菌的突变体*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现共代谢研究进展及其成果对环保的应用现状状？可分为可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。四类。我国目前生产的洗涤剂属于我国目前生产的洗涤剂属于。较早。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：）：CH3 CH3 CH3|NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3|CH3 CH3 3甲基分支干扰生物降解甲基分支干扰生物降解，链末端与，链末端与4个碳原子相连的季碳个碳原

11、子相连的季碳原子抗攻击的能力更强原子抗攻击的能力更强。细细 菌菌假单胞菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌 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剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。加。因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染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洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添

12、加剂聚磷酸盐造成的水体盐造成的水体富营养化富营养化问题问题。COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末端端氧氧化化-氧氧化化、脱脱磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 开开环环分分解解 SO3-苯苯乙乙酸酸CO2+H2O蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。水中来源：水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等革废水等 好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌 好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢

13、杆菌、蜡状芽孢杆菌 兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆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此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌)。第二节第二节 氮循环氮循环反硝化反硝化N2 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物腈类化合物及及硝硝基化合物基化合物 水中来源：水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危危 害：害：生物毒害生物毒害、环境积累、环境积累 细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌 放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌 真真 菌菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀茄科病镰刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH