污染物的生物降解和轉(zhuǎn)化詳解演示文稿

污染物的生物降解和轉(zhuǎn)化詳解演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)優(yōu)選污染物的生物降解和轉(zhuǎn)化目前二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)第一節(jié)微生物對(duì)污染物的作用目前三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)一、有機(jī)污染物的生物降解性地球上所有天然合成的有機(jī)物都可被微生物不同程度地降解，在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過(guò)程中，微生物被這些物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生分解酶；人工合成的一些復(fù)雜大分子聚合物（如有機(jī)氯農(nóng)藥、洗滌劑、多氯聯(lián)苯、塑料、尼龍等），由于微生物與之接觸時(shí)間短，尚未誘導(dǎo)出特定的完整酶系統(tǒng)，成為十分關(guān)注的問(wèn)題；研究生物降解性的意義：（1）數(shù)十萬(wàn)種環(huán)境污染物中絕大多數(shù)是有機(jī)物，這些物質(zhì)的生物可降解性研究是控制物質(zhì)生產(chǎn)、排放和生物處理工藝設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；目前四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）有助于深入認(rèn)識(shí)污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和了解這些染物對(duì)自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化循環(huán)的影響，為控制污染、保護(hù)環(huán)境提供理論依據(jù)；（3）與保護(hù)人類(lèi)健康和自然界生態(tài)平衡有密切關(guān)系；1.污染物降解微生物（1）土著微生物——從自然界（土壤、水體）篩選馴化，對(duì)污染物降解和轉(zhuǎn)化過(guò)程較復(fù)雜，通常分布進(jìn)行，多種微生物和酶共同作用；目前五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)

圖4-1

有機(jī)污染物降解的典型微生物目前六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）外來(lái)微生物——人為投加特種微生物以促進(jìn)污染物的降解；一般條件下，外來(lái)微生物與土著微生物應(yīng)具有良好的相容性；如：有機(jī)垃圾堆肥投菌、珊瑚諾卡氏菌處理含氰廢水；熱帶假絲酵母處理油脂廢水目前，用于生物修復(fù)的高效降解菌大多系多種微生物混合而成的復(fù)合菌群；

例1：光合細(xì)菌多為紅螺菌科光合細(xì)菌的復(fù)合菌群，已商業(yè)化。例2：美國(guó)CBS公司開(kāi)發(fā)的復(fù)合菌劑，內(nèi)含光合細(xì)菌、酵母菌、放線菌、硝化菌等，在成都府南河、重慶桃花溪等河道應(yīng)用；目前七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)

例3：玉壘環(huán)境技術(shù)公司生產(chǎn)的高溫放線菌為主的復(fù)合菌劑（YL活性生物復(fù)合劑H15）用于蘇州河程家橋河段污水處理，180天內(nèi)對(duì)底泥中有機(jī)物降解率為20%左右，促進(jìn)了底泥的礦化（3）基因工程菌——將具有降解性的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水和污染土壤中生存的菌體內(nèi)，定向構(gòu)建高效降解污染的工程菌細(xì)菌的降解能力由質(zhì)?？刂?，目前已發(fā)現(xiàn)降解性質(zhì)粒30多種；如：假單胞菌屬中的石油降解質(zhì)粒目前，世界上已構(gòu)建出多種降解難降解化合物的工程菌；目前八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)例：超級(jí)細(xì)菌——Chapracarty等將假單胞菌屬中不同菌株的CAM、OCT、SAL、NAH四種降解性質(zhì)粒結(jié)合轉(zhuǎn)移到同一個(gè)菌株中，構(gòu)建成一株能同時(shí)降解芳香烴、多環(huán)芳烴和脂肪烴的“超級(jí)細(xì)菌”，用于海上溢油污染消除。該菌能將天然菌要花一年以上才能消除的浮油縮短為幾個(gè)小時(shí)，被譽(yù)為在污染治理工程菌的構(gòu)建上的第一塊里程碑?；蚬こ叹h(huán)境釋放后的安全性控制方法：遺傳缺陷、自殺基因理想的基因工程菌特征目前九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（a）對(duì)自然界的微生物和高等生物不構(gòu)成威脅；（b）基因工程菌有一定的壽命；（c）基因工程菌進(jìn)入凈化系統(tǒng)之后，其適應(yīng)期比土著種的馴化期要短得多；（d）基因工程菌降解污染物功能下降時(shí)，可以重新接種；（e）基因工程菌易適應(yīng)生存，不會(huì)被目標(biāo)污染物殺死目前十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)

圖4-2

某些基因工程菌的降解活性目前十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（4）其他微生物與植物包括藻類(lèi)、微型生物、植物等對(duì)污染物具有作用，可用于環(huán)境修復(fù)；如：污染水體中的藻類(lèi)的放氧；微型動(dòng)物對(duì)病原菌和過(guò)多藻類(lèi)的吞噬采用鳳眼蓮為主的污水處理系統(tǒng)去除水體中的氮磷；利用蘆葦田處理污水可殺死大腸桿菌，去除某些金屬離子，減少有機(jī)物及氮磷；水花生、細(xì)綠萍、黑麥草人工濕地及氧化塘處理系統(tǒng)；目前十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)二、微生物對(duì)污染物的作用微生物通過(guò)氧化（β-氧化、環(huán)氧化、硫氧化、甲基氧化等）、

還原（硫酸鹽還原、雙鍵還原、三鍵還原）、水解、脫基（脫鹵、脫氨基、脫羧基）、羥基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)以及代謝（氨代謝、肟代謝、腈氨代謝）等一種或多種生理生化反應(yīng)，使有機(jī)物發(fā)生轉(zhuǎn)化、分解或降解。微生物與污染物間會(huì)發(fā)生共代謝、激活、去毒、吸著作用；污染物在被微生物降解時(shí)存在著閾值現(xiàn)象；目前十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.微生物的共代謝作用（1）定義：某些有機(jī)物在其生物降解過(guò)程中不能作為微生物的惟一碳源，而只能依靠另一種有機(jī)物作為碳源與能源的前提下才能被降解的現(xiàn)象。（2）共代謝基質(zhì)與微生物見(jiàn)圖4-3目前十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-3

純培養(yǎng)中的一些共代謝基質(zhì)及其產(chǎn)物目前十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）共代謝的原因提出了各種假設(shè)，但都有局限性，主要原因有：微生物的吸收與同化能力

微生物不能在某種基質(zhì)上生長(zhǎng)的原因并不是由于微生物無(wú)法分解代謝這種物質(zhì)，而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化產(chǎn)物的能力。有毒產(chǎn)物的積累

該機(jī)制僅能應(yīng)用于芳香烴化合物。如：2,3,6-三氯甲苯的共代謝會(huì)導(dǎo)致3,5-二氯兒茶酚的積累，最終形成對(duì)細(xì)胞有毒害的環(huán)境。目前十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)C.酶的專(zhuān)一性與抑制作用

鹵代二羥基苯與催化芳香核加氧作用的酶活性中心的鐵離子發(fā)生螯合作用，抑制了酶系統(tǒng)的活性。2.微生物的解毒作用（1）定義：通過(guò)微生物對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化、降解、礦化等作用，使污染物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低或去除污染物的毒性的過(guò)程。目前十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）解毒產(chǎn)物的去處A.解毒產(chǎn)物直接分泌到細(xì)胞外；B.經(jīng)酶反應(yīng)進(jìn)入正常代謝途徑，碳以CO2的形式釋放；C.經(jīng)酶反應(yīng)進(jìn)入正常代謝途徑，以有機(jī)廢物的形式分泌到胞外。目前十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-4

化學(xué)品解毒歷程目前十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（3）解毒作用A.對(duì)酯鍵或酰胺鍵的水解脫毒；B.苯環(huán)或脂肪鏈上的羥基化，以O(shè)H取代H使毒物失去毒性；C.殺蟲(chóng)劑中氯和其他鹵素的脫鹵；D.殺蟲(chóng)劑中與氯、氧或硫相連甲基和烷基的去甲基和去烷基；E.對(duì)有毒酚類(lèi)物的甲基化，使酚類(lèi)物鈍化；F.將硝基還原成氨基，以減輕基質(zhì)的毒性；G.醚草通脫氨基，變?yōu)闊o(wú)毒物；目前二十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)H.鹵代苯氧羧酸類(lèi)除草劑在植物體內(nèi)斷裂醚鍵，降解成相應(yīng)的酚，消除其對(duì)植物的毒害；I.將腈轉(zhuǎn)化為酰胺，降低毒性；J.軛合作用，利用植物體內(nèi)的中間代謝產(chǎn)物和異生素的反應(yīng)合成無(wú)毒產(chǎn)物目前二十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.微生物的激活作用（1）定義

：無(wú)害的前體物質(zhì)通過(guò)微生物的作用轉(zhuǎn)化成有毒產(chǎn)物的過(guò)程。致癌物致畸物致突變物急性毒物植物毒物抗菌素?zé)o毒化合物活化迅速礦化緩慢礦化持久性圖4-5

無(wú)毒物的活化作用目前二十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)例如：

脫鹵作用，三氯乙烯（TCE）在厭氧環(huán)境中會(huì)發(fā)生脫鹵，形成1,1-二氯乙烯、1,2-二氯乙烯和氯乙烯，降解物均為致癌物；

硫醚的氧化，含有硫醚鍵（C-S-C）殺蟲(chóng)劑會(huì)被氧化成相應(yīng)的亞砜和砜，毒性比硫醚更大；

N-亞硝化作用，在土壤中仲胺通過(guò)N-亞硝化作用形成“三致”毒物——亞硝胺；目前二十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.微生物的吸著作用（1）定義

：指固液兩相中的某些化合物在液相中的濃度降低，而在固相中的濃度升高的現(xiàn)象，包括吸收和吸附，但兩者在概念上沒(méi)有明顯的界限。很多中微生物都能結(jié)合金屬，作用機(jī)理有胞外吸附、細(xì)胞表面富集等；（a）胞外吸附活性污泥和細(xì)菌產(chǎn)生胞外多糖，主要是中性多糖，但含有糖醛酸、磷酸鹽等可以絡(luò)合溶解金屬離子；目前二十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（b）細(xì)胞表面富集富集往往發(fā)生在細(xì)胞壁的表面，主要是由于金屬離子與細(xì)胞表面活性基團(tuán)絡(luò)合用于交換以及以絡(luò)合基團(tuán)為晶核進(jìn)行吸附沉淀。4.有機(jī)污染物的閾值痕量有機(jī)物的生物降解及閾值問(wèn)題受到重視（三致毒物、生物富集與放大等毒害）；當(dāng)有機(jī)基質(zhì)的濃度低于某一值時(shí)，基質(zhì)雖然仍能被代謝，但不能獲得充分的能量供細(xì)胞生長(zhǎng)，該基質(zhì)濃度稱為閾值。各種細(xì)菌不能生長(zhǎng)繁殖的閾值差異很大，碳源、氮源、磷源及某些營(yíng)養(yǎng)物均存在著閾值現(xiàn)象。目前二十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-6

河水中不同濃度的2,4-D的礦化作用

目前二十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-7

不發(fā)生生物降解或低于預(yù)測(cè)值的有機(jī)化合物目前二十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)第二節(jié)影響生物降解的因素目前二十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)一、污染物種類(lèi)對(duì)降解性影響有機(jī)污染物的生物降解性差別很大。碳?xì)浠衔镏泻?jiǎn)單的脂肪族和單環(huán)芳香族化合物容易降解；PAHs結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易降解；一般情況下，環(huán)的數(shù)目、偶氮基越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的污染物越難降解；脂肪烴分子上支鏈越多，生物可降解性越低

例如：活性污泥與葡萄糖、木糖、麥芽糖混合經(jīng)曝氣處理后能立即去除；DDT在土壤中殘留期4年；艾氏劑，3年；氯丹，5年目前二十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-8

某些物質(zhì)的生物可降解性目前三十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)二、化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)生物降解的影響主要是取代基的影響，包括取代基種類(lèi)、數(shù)目及位置；1.取代基種類(lèi)的影響促進(jìn)降解的基團(tuán)：-OH、-COOH、酰胺基、酯類(lèi)或酰酐基等；不易降解的基團(tuán)：-CH3、-NH2、-OCH3、-Cl、-SO3H、-Br、-CN、-CF3等；2.取代基數(shù)目的影響羥基、羧基數(shù)目越多，越容易降解；胺基、鹵代基、硝基、磺酸基、甲基、偶氮基越多，越難降解。目前三十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.取代基位置的影響芳香烴及苯胺中，羥基、羧基、-Cl易降解的順序：鄰位>間位>對(duì)位；烷基、脂肪酸基、苯磺酸基與烷烴端基位連接比中間連接降解速度快；目前三十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-9

兩種除草劑在土壤懸

浮液中的微生物分解速度圖4-10

兩種除草劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

注：2,4-D在土壤中保持4周；2,4-T保持20周不變目前三十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-11

兩種洗滌劑結(jié)構(gòu)不易降解易降解目前三十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)三、環(huán)境條件對(duì)生物降解的影響主要是溫度、pH、水分、鹽分、壓強(qiáng)等；1.溫度在一定溫度范圍內(nèi)，溫度上升，降解速率加快。2.pH3.水分4.鹽分5.壓強(qiáng)有些油污密度比海水大，會(huì)沉積到海底。由于海底是高靜水壓和低溫環(huán)境，微生物活性很低，有機(jī)物降解十分緩慢。目前三十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)第三節(jié)污染物的生物降解反應(yīng)及其中間產(chǎn)物目前三十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)一、水解R1COOCH2R2+H2OR1COOH+HOCH2R2RCHO+H2ORCOOH+2HRCH2NH2+H2ORCHO+NH3+2HRNO2+H2OROH+NO2-+H+RCl+H2OROH+H++Cl-目前三十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)二、氧化1.鏈烴氧化（4種方式）（1）單末端氧化

在加氧酶作用下，氧直接結(jié)合到碳鏈末端的碳上，形成伯醇；再依次氧化成脂肪酸；脂肪酸通過(guò)β-氧化方式氧化分解，形成乙酰CoA后進(jìn)入中央代謝途徑。R-CH2-CH3R-CH2-CH2-OHR-CH2-COOH（2）雙末端氧化

鏈烷烴氧化可以在兩端同時(shí)發(fā)生，常發(fā)生在支鏈烷烴中。目前三十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（3）次末端氧化

微生物對(duì)烷烴末端的第二個(gè)碳的氧化，生成仲醇；然后再依次氧化成酮和酯，酯被水解為伯醇和乙酸；然后進(jìn)一步分解。（4）直接脫氫

脂肪烷烴在厭氧條件下脫氫，使烷烴變?yōu)橄N，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為仲醇、醛和酸。R-CH2-CH3R-CH=CH2R-CHOH-CH3R-CH2-CHOR-CH2-COOH目前三十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)RNH-CH3+ORNH2+HCHOCH3(CH2)nCH3+O

CH3(CH2)nCH2OHRCH2NH2+ORCHO+2HR-O-CH3+OR-OH+HCHOR1R1CH-NH2+OC=NOH+H2OR2R2目前四十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)R-S-CH3+ORSH+HCHOR1R1CH-NH2+OC=O+NH3R2R22.碳雙鍵環(huán)氧化

碳雙鍵在混合功能氧化酶的作用下，能被環(huán)氧化。

R1CH=CHR2+O

R1CH-CHR2

Oo目前四十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)三、碳羥基化

混合功能氧化酶利用細(xì)胞內(nèi)分子氧，將其中一個(gè)氧原子與有機(jī)底物結(jié)合，使之氧化，而另一個(gè)氧原子與氫原子結(jié)合形成羥基。圖4-12

目前四十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)四、還原單環(huán)芳烴還原單環(huán)芳烴的苯環(huán)在厭氧微生物作用下，其中一個(gè)雙鍵和多個(gè)雙鍵斷裂。圖4-13

目前四十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)四、還原2.氮化物還原硝基還原酶使硝基化合物還原，生成相應(yīng)的胺。偶氮還原酶使偶氮化合物還原成相應(yīng)的胺。圖4-14

目前四十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-15某些氨基還原的基質(zhì)及其代謝產(chǎn)物

目前四十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)五、裂解1.氨基化合物裂解許多殺蟲(chóng)劑、除草劑是氨基甲酸酯，酰胺是常見(jiàn)的化學(xué)品，這些化合物可被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的羧酸和胺。2.環(huán)裂解（PAHs）細(xì)菌能降解萘、菲、蒽，變成相應(yīng)的酸。目前四十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-14某些含酯和酰胺的基質(zhì)及代謝產(chǎn)物

目前四十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-15多環(huán)芳香化合物的前幾步降解過(guò)程目前四十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-16PAHs的基質(zhì)及代謝產(chǎn)物目前四十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.醚鍵裂解許多醚可以被裂解，如：

RONO2ROHR(ONO2)3HOR(ONO2)2(HO)2RONO2(HO)3RROSO3HROH4.含磷化物鍵裂解許多殺蟲(chóng)劑是磷酸醚。降解目前五十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)六、?；枷惆忿D(zhuǎn)化為N-?；?，這些酰化物中大多是乙?；锖图柞；铩D4-17含芳香胺的基質(zhì)及?；a(chǎn)物目前五十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)七、甲基化某些硫醇是可以甲基化的。如：

ArSHArSCH3八、轉(zhuǎn)化

不少胺在微生物的作用下可轉(zhuǎn)化為N-雜環(huán)。圖4-18目前五十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)九、二聚許多芳香胺能進(jìn)行二聚反應(yīng)，生成偶氮苯或氧化偶氮苯。如：ArNH2ArN=NarArNH2ArON=NarArNH2ArNHN=Nar目前五十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)第四節(jié)典型有機(jī)污染物的生物降解目前五十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)一、微生物對(duì)自然界中難降解物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化1.纖維素的降解纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，占植物干重的35%-60%；土壤中含有大量纖維素，印染、造紙、紡織、木材加工業(yè)等排放的廢水中含有大量的纖維素；纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，分子量介于50000-400000，含有300-2500個(gè)葡萄糖分子，以β-1,4糖苷鍵聯(lián)接的長(zhǎng)鏈；纖維素酶是復(fù)合酶，由C1酶、β-1,4葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶組成；目前五十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-18纖維素分解過(guò)程目前五十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.半纖維素的降解

半纖維素由各種聚戊糖和聚己糖構(gòu)成，約占植物干重的25%-80%，僅次于纖維素；半纖維素在土壤中較易被微生物分解，比纖維素分解快；參與水解半纖維素的酶有3類(lèi)：（1）內(nèi)切酶對(duì)多糖大分子連接鏈任意切割，產(chǎn)生不同大小片段；（2）外切酶從糖鍵的一端切下一個(gè)單糖或二糖；（3）糖苷酶水解寡糖或二糖，產(chǎn)生單糖或糖醛酸。目前五十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-19半纖維素分解過(guò)程半纖維素半纖維素酶H2O單糖和糖醛酸CO2+H2O多種產(chǎn)物目前五十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.木質(zhì)素的降解木質(zhì)素、纖維素、半纖維素組成了木材主體部分；木質(zhì)樹(shù)干的發(fā)育除頂端生長(zhǎng)外，其直徑生長(zhǎng)是通過(guò)纖維素和木質(zhì)素的沉積而增長(zhǎng)的；樹(shù)木的細(xì)胞會(huì)在三個(gè)階段在次生壁表面排列以增強(qiáng)其厚度，使壁加厚，形成S1層、S2層和S3層；一些真菌能寄生在活樹(shù)木中以木質(zhì)為唯一營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，如假蜜環(huán)菌；一些只生長(zhǎng)在中間的心材，造成樹(shù)干中空；還有一些降解真菌完全腐生，只利用死的樹(shù)木。目前五十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-20

木材的細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖a，顯示活的樹(shù)木中細(xì)胞組成的髓線，在樹(shù)木被砍倒后為真菌侵入木材提供了一個(gè)快速的可利用的營(yíng)養(yǎng)源；b，樹(shù)木的紋孔，在管胞壁上形成穿孔，通常在適當(dāng)?shù)奈恢门c管胞連接，為菌絲體從一個(gè)管胞進(jìn)入另一個(gè)管胞提供便利；c,S3壁，含豐富纖維素骨架的木質(zhì)素；d,S2壁，含較多纖維素和少量木質(zhì)素；e,S1壁，木質(zhì)化的壁a目前六十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)紋孔：輸水細(xì)胞厚厚的細(xì)胞壁上產(chǎn)生的孔洞。真菌緊貼木質(zhì)化的S3壁層生長(zhǎng)成一平面后，通常以菌絲穿過(guò)紋孔進(jìn)入狹小的細(xì)胞中央孔洞，分泌酶降解木質(zhì)素和纖維素；

所有的纖維素降解真菌都存在著纖維素酶合成的正調(diào)控和負(fù)調(diào)控。纖維素誘導(dǎo)纖維素酶的合成，而基質(zhì)中的葡萄糖則抑制其合成。目前六十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（1）軟腐真菌（Softrotfungi）包括毛殼菌屬、鐮刀菌屬、擬青霉屬，都是常見(jiàn)的土壤腐生菌，只降解纖維素；

真菌的菌絲生長(zhǎng)在木質(zhì)細(xì)胞壁的S2層；攻擊潮濕的樹(shù)木，降解只發(fā)生在樹(shù)表皮附近；目前六十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）褐腐真菌（Brownrotfungi）多為擔(dān)子菌綱的粉孢革菌科的木材腐朽菌；

菌絲生長(zhǎng)在木質(zhì)細(xì)胞壁的S3層；降解后木材失去張力強(qiáng)度，進(jìn)而收縮，并產(chǎn)生縱向和橫向的裂縫，甚至分裂成棕黑色的立方體小塊；目前六十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（3）白腐真菌（Whiterotfungi）大部分可以降解木質(zhì)素和纖維素，產(chǎn)生白色不含纖維的殘余物；

木質(zhì)細(xì)胞壁的S3、S2、S1層被依次降解；白腐真菌能產(chǎn)生聚苯酚氧化酶（漆酶），該酶活性位點(diǎn)含銅離子，氧化苯酚產(chǎn)生苯醌，作為酶催化氧化纖維素過(guò)程中的氧供給者；目前六十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)N饑餓起始木質(zhì)素的降解，破壞木質(zhì)素層，將和纖維素共價(jià)結(jié)合的N暴露出來(lái)，從而菌絲繼續(xù)在新的能源處生長(zhǎng)。當(dāng)釋放的氮化合物接近于金絲時(shí)，木質(zhì)素的降解受到抑制。當(dāng)纖維素耗盡時(shí)，木質(zhì)素進(jìn)行降解，新的纖維素層再次暴露出來(lái)，木質(zhì)素降解過(guò)程按此順序進(jìn)行。目前六十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)二、微生物對(duì)石油化工廢水中烴類(lèi)化合物的分解和轉(zhuǎn)化1.烷烴類(lèi)化合物的降解石油由多種烴組成，成分中烷烴占30%，脂環(huán)烴占46%，芳香烴占24%；烷烴、烯烴、芳香烴是石化、煉焦煤氣生產(chǎn)工業(yè)廢水中的主要成分；烷烴類(lèi)化合物較難被微生物降解。

微生物對(duì)烷烴的降解特點(diǎn)是：鏈烴比環(huán)烴易降解；正構(gòu)烷烴

比異構(gòu)烷烴易降解；直鏈烴比支鏈烴容易降解；目前六十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)烷烴可通過(guò)末端氧化、次末端氧化或雙端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后經(jīng)β-氧化進(jìn)入TCA循環(huán)，最終降解成CO2

和H2O。其中，以末端氧化最為常見(jiàn)。目前六十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-21烷烴末端氧化降解過(guò)程目前六十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.烯烴類(lèi)化合物的降解大多數(shù)烯烴比芳香烴、烷烴都更容易被微生物降解；微生物對(duì)烯烴的代謝主要是產(chǎn)生具有雙鍵的加氧化合物，最終形成飽和或不飽和脂肪酸，然后再經(jīng)β-氧化進(jìn)入TCA循環(huán)而被完全分解；目前六十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-22烯烴微生物降解途徑目前七十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.鹵代烴化合物的降解（1）三氯乙烯（TCE）

TCE的降解以共代謝為主，在TCE存在的環(huán)境中要有可利用的氮、甲苯等物質(zhì)；

TCE的有氧降解有多種機(jī)制，如單氧化酶催化降解途徑，主要產(chǎn)物為甲酸、乙醛酸和二氯乙酸；目前七十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-23三氯乙烯的單氧化酶催化降解途徑目前七十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）五氯酚（PCP）

PCP在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）和4-氯酚，最后轉(zhuǎn)化為CH4和CO2;

具體降解途徑見(jiàn)圖4-24目前七十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-24五氯酚的降解途徑目前七十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)4.芳香烴類(lèi)化合物的降解芳香烴化合物常存在于石化、煉焦、煤氣廠廢水中，一般都比較難被微生物降解；大部分芳香烴類(lèi)對(duì)微生物都有抑制作用，能使菌體蛋白質(zhì)凝集，使生長(zhǎng)受阻或死亡；但在一定濃度下，芳香烴也能被一些細(xì)菌、放線菌降解；（1）苯酚一元酚和二元酚比較容易降解，三元酚較難降解；鄰位和間位的硝基酚易降解；甲基酚比硝基酚容易降解；目前七十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)酚的降解主要經(jīng)β-酮基己二酸途徑和α-酮酸途徑（2）苯苯可被很多微生物降解，生成兒茶酚、粘康酸，經(jīng)β-酮基己二酸途徑進(jìn)入TCA循環(huán)，最后氧化成CO2和H2O;（3）甲苯甲苯比苯易氧化降解。主要經(jīng)苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸轉(zhuǎn)化為兒茶酚，再轉(zhuǎn)化為琥珀酸或丙酮酸，進(jìn)入TCA循環(huán)；（4）苯甲酸易被微生物降解，通過(guò)原兒茶酚、粘康酸和β-酮基己二酸途徑進(jìn)入TCA循環(huán)，最終被氧化成CO2和H2O;目前七十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-25苯的微生物降解途徑目前七十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)小結(jié)：芳香烴化合物的生物降解是通過(guò)β-酮基己二酸途徑進(jìn)行的。如果有側(cè)鏈則先從側(cè)鏈開(kāi)始分解，然后發(fā)生芳香環(huán)的氧化，引入羥基環(huán)開(kāi)裂；接著進(jìn)行的氧化與脂肪族得化合物相同，最后分解為CO2和H2O;能降解烴類(lèi)化合物的微生物都是好氧性的，厭氧性微生物不能降解烴類(lèi)，因?yàn)闊N類(lèi)化合物分子中沒(méi)有氧的成分，所以降解烴時(shí)一定要有氧，而且需氧量較大；目前七十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)5.氰（腈）類(lèi)化合物的降解氰（腈）類(lèi)化合物主要存在于石化、人造纖維、電鍍、煤氣、制革和農(nóng)藥廠排放的廢水中，毒性很大，嚴(yán)重污染環(huán)境；氰（腈）化合物在生物體內(nèi)可抑制細(xì)胞色素氧化酶，阻礙血液對(duì)氧的運(yùn)輸，使生物體缺氧窒息而死。分解微生物：假單胞桿菌屬、諾卡氏菌屬、茄病鐮刀霉、綠色木霉等；有機(jī)腈化物較無(wú)機(jī)氰化物易于生物降解。能降解氰（腈）類(lèi)的微生物都是好養(yǎng)性的。目前七十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-26無(wú)機(jī)氰和有機(jī)腈的微生物降解途徑目前八十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)三、化學(xué)農(nóng)藥的降解農(nóng)藥對(duì)于農(nóng)業(yè)是十分重要的。由于病、蟲(chóng)、草害，全世界每年損失的糧食約占總產(chǎn)量的一半，使用農(nóng)藥可以挽回總產(chǎn)量的15％左右?；瘜W(xué)農(nóng)藥的使用有200多年的歷史，目前世界上農(nóng)藥年總產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn)噸以上，農(nóng)藥品種超過(guò)1000種，常用的250種左右；農(nóng)藥的使用效率約40%，其余通過(guò)空氣、水體殘留在環(huán)境中，通過(guò)生物富集和食物鏈傳遞，污染環(huán)境，威脅人類(lèi)健康，造成中毒、死亡、死胎、致癌、流產(chǎn)等嚴(yán)重后果；

很多農(nóng)藥在土壤中是十分穩(wěn)定的，很難被微生物降解。目前八十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.苯氧乙酸的降解苯氧乙酸是一大類(lèi)除草劑，如2,4-D乙酯，可被球形節(jié)桿菌、黑曲霉等完全降解；

2,4-D乙酯降解途徑見(jiàn)圖4-272.對(duì)硫磷

降解途徑見(jiàn)圖4-28，中間產(chǎn)物對(duì)氧磷的毒性比母體對(duì)硫磷更大；目前八十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-272,4-D乙酯的微生物降解基本途徑目前八十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-28對(duì)硫磷的微生物降解基本途徑I.氧化II.水解III.還原目前八十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)四、氮的微生物轉(zhuǎn)化1.硝化氨在有氧條件下通過(guò)微生物的作用氧化成硝酸鹽的過(guò)程；包括亞硝化和硝化兩個(gè)階段，分別由亞硝化單胞菌屬和硝化桿菌屬作用，以CO2為碳源的化能自養(yǎng)型細(xì)菌，高度需氧，中性至微堿性環(huán)境，pH>9.5硝化細(xì)菌受抑制，pH<6亞硝化細(xì)菌被抑制；

2NH3+3O2

2H++2NO2-+2H2O+能量

2NO2-+O2

2NO3-+能量目前八十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.反硝化硝態(tài)氮在通氣不良條件下通過(guò)微生物作用而還原的過(guò)程；通常3種情況：（1）細(xì)菌、放線菌、真菌等多種微生物在內(nèi)，能將硝酸鹽還原為亞硝酸；HNO3+2H

HNO2+H2O（2）兼性假單胞菌屬、色桿菌屬等，能將硝酸鹽還原成氮?dú)?；?）梭狀芽孢桿菌屬等能將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氨；

HNO3HNO2HNONH(OH)2NH2OHNH3

目前八十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-29硝酸鹽還原為氮?dú)獾幕具^(guò)程目前八十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.硝化與反硝化作用條件和特點(diǎn)（1）硝化條件和特點(diǎn)A.嚴(yán)格要求高水平的氧；B.中性至微堿性，pH>9.5時(shí)硝化細(xì)菌受抑制；C.最適宜溫度為30℃，低于5℃或高于40℃無(wú)活動(dòng)；D.以CO2為碳源進(jìn)行生活的化能自養(yǎng)型細(xì)菌，自然條件下必須在有機(jī)質(zhì)存在時(shí)才能活動(dòng)；目前八十八頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）反硝化條件和特點(diǎn)A.厭氧環(huán)境，環(huán)境氧分壓越低，反硝化越強(qiáng)；B.pH值一般中性至微堿性，pH<6時(shí)亞硝化細(xì)菌受抑制；C.適宜溫度為25℃左右；D.有豐富的有機(jī)物作為碳源和能源；E.硝酸鹽作為氮源；目前八十九頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)4.硝化與反硝化作用的應(yīng)用或預(yù)防（1）硝化在自然界很重要。植物攝取氮的最為普遍的形態(tài)是硝酸鹽，當(dāng)肥料以銨鹽或氨形態(tài)施入土壤時(shí)，硝化細(xì)菌能將其轉(zhuǎn)化為一般植物可利用的硝態(tài)氮；（2）反硝化過(guò)程中形成的N2、N2O等氣態(tài)無(wú)機(jī)氮的情況是造成土壤氮素?fù)p失、土壤肥力下降的重要原因之一；（3）在污水處理工程中常增設(shè)反硝化裝置使氣態(tài)無(wú)機(jī)氮逸出，以防止出水硝酸鹽含量高而在排入水體后引起水體富營(yíng)養(yǎng)化；目前九十頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)五、硫的微生物轉(zhuǎn)化1.含硫有機(jī)物主要由含硫的氨基酸、磺氨酸等；好氧條件下降解產(chǎn)物為硫酸；厭氧條件下是硫化氫；降解不徹底時(shí)，可形成硫醇而被菌體暫時(shí)積累再轉(zhuǎn)化為硫化氫；目前九十一頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖4-30含硫有機(jī)物的微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程目前九十二頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)五、硫的微生物轉(zhuǎn)化2.硫及硫化氫

硫化：?jiǎn)钨|(zhì)硫、硫化氫等在微生物作用下進(jìn)行氧化，最后生成硫酸的過(guò)程；重要的作用微生物為硫桿菌、硫黃菌；

硫桿菌絕大多數(shù)是好氧菌，廣泛分布在土壤、天然水體及礦山排水中，能氧化硫化氫為硫或者硫酸；

絲狀硫黃菌好氧，廣泛分布在深湖表面、污水池塘和礦泉水中，在生活污水或含硫工業(yè)廢水生物處理中也會(huì)出現(xiàn)，能氧化硫化氫至硫，再至硫酸；目前九十三頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2H2S+O22H2O+2S2S+3O2+2H2O2H2SO4

2.硫酸鹽反硫化：硫酸鹽、亞硫酸鹽等在微生物作用下進(jìn)行還原，最

后生成硫化氫的過(guò)程；

重要作用細(xì)菌是脫硫弧菌，生長(zhǎng)在缺氧水體、土壤淹水及污泥中，以硫酸根作為氧化有機(jī)質(zhì)的受氫體，行反硫化作用；

C6H12O6+3H2SO4CO2+6H2O+3H2S目前九十四頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)3.硫化與反硫化作用對(duì)環(huán)境的影響

硫化可增加土壤中植物硫素營(yíng)養(yǎng)，消除環(huán)境中的硫化氫危害，生成的硫酸可以促進(jìn)土中礦物質(zhì)的溶解；

由于海水中硫酸鹽濃度較高，所以由硫酸鹽經(jīng)細(xì)菌反硫化作用還原為硫化氫是海水中硫化氫的主要來(lái)源。嚴(yán)重時(shí)會(huì)在一些沿海地區(qū)引起硫化氫污染；目前九十五頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)六、鐵的微生物轉(zhuǎn)化1.酸礦水的污染自然界中一些含硫、含鐵、含銅的礦石，如黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）等開(kāi)采后，礦石暴露在空氣中，經(jīng)化學(xué)氧化使采礦用水變酸，一般pH值為；

2FeS2+7O2+2H2OFeSO4+2H2SO4

在酸性條件下，耐酸細(xì)菌如氧化硫硫桿菌可將硫氧化為硫酸，加劇了礦水的酸化，可使pH值下降到0.5；

2S+3O2+2H2O2H2SO4

酸礦水排放到水體會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)或其他水生生物造成毒害，并污染地下水；目前九十六頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)球衣細(xì)菌和纖發(fā)細(xì)菌可將硫酸亞鐵氧化成高鐵，高鐵常以Fe(OH)3沉積在衣鞘上；

4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O

在含有亞鐵的工業(yè)廢水中，亞鐵被氧化形成不溶性的高鐵，廢水雖得到凈化，但水中鐵的沉積物大量積累與不斷增生的絲狀細(xì)菌粘合在一起，會(huì)造成管道堵塞；目前九十七頁(yè)\總數(shù)一百零七頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.管道銹蝕和堵塞（1）厭氧銹蝕作用（anaerobiccoerosionofiron）地下管道排放含酸廢水，鐵管在地下處于缺氧的環(huán)境中，在管內(nèi)經(jīng)常形成細(xì)菌銹蝕細(xì)胞（bacterialcorrosioncells）,使鐵管被銹蝕；銹蝕過(guò)程必須厭氧，并有硫酸鹽存在；由硫酸鹽還原細(xì)菌還原硫酸鹽形成H2S，H2