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1、微生物对污染物的降解与转化第1页，本讲稿共12页第一节第一节 概述概述一、生物降解与生物转化的概念一、生物降解与生物转化的概念自然界中物质的降解有三种方式：光降解、化学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。降解、生物降解。生物降解生物降解指由生物对污染物进行的分解或降解。指由生物对污染物进行的分解或降解。降解降解将复杂有机物分解为简单物质的过程。将复杂有机物分解为简单物质的过程。终极降解终极降解微生物把有机物分解产生无机物微生物把有机物分解产生无机物COCO2 2和和H H2 2O O的过程。的过程。第2页，本讲稿共12页生物转化生物转化 通过微生物代谢导致有机或无机化合物
2、的通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变、生成新化合物的过分子结构发生某种改变、生成新化合物的过程。程。例如：氨在亚硝化细菌作用下氧化为亚硝例如：氨在亚硝化细菌作用下氧化为亚硝酸，硝基苯被微生物还原为苯胺的过程等。酸，硝基苯被微生物还原为苯胺的过程等。第3页，本讲稿共12页二、微生物降解与转化污染物的巨大潜力二、微生物降解与转化污染物的巨大潜力1.1.产生诱导酶具新的代谢功能；产生诱导酶具新的代谢功能；2.2.形成新的突变种（自发诱变、诱变突变、形成新的突变种（自发诱变、诱变突变、工程菌的组建）；工程菌的组建）；3.3.降解性质粒利用降解性质粒利用4.4.组建超级菌组建超级菌
3、第4页，本讲稿共12页三、有机污染物的可生物降解性三、有机污染物的可生物降解性（一）可生物降解性（一）可生物降解性复杂有机物在微生物复杂有机物在微生物 作用下分解为简单物质的可能性。作用下分解为简单物质的可能性。依可生物降解性的大小可将所有的物质范围：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、塑料不可生物降解性物质；尼龙、塑料第5页，本讲稿共12页（二）可生物降解性的测定（二）可生物降解性的测定1 1基质的可生物氧化率基质的可生物氧化率氧化率氧化率微生物作
4、用下的（实际）耗氧量微生物作用下的（实际）耗氧量基质完全氧化所应耗的（理论）氧量基质完全氧化所应耗的（理论）氧量100100第6页，本讲稿共12页2.2.基质的生化呼吸曲线基质的生化呼吸曲线-内源呼吸曲线与外源呼吸曲内源呼吸曲线与外源呼吸曲线的相对位置。线的相对位置。v生化呼吸线位于内源呼吸线之上，说明该有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。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物降解性越好 v两条线基本重合，说明该有机物不能被微两条线基本重合，说明该有机物不能被微生物氧化分解，但对
5、微生物的生命活动无抑生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用制作用 第7页，本讲稿共12页v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。了明显的抑制作用。v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，濒于死亡止呼吸，濒于死亡 第8页，本讲稿共12页3.3.微生物降解试验微生物降解试验土壤消毒试验土壤消毒试验培养液中降解试验培养液中降解试验 接种微生物后，通过一定时间的培养，培养接种微生物后，通过一定时间的培养，培养液中污染物含量的减少与原
6、始浓度之比即液中污染物含量的减少与原始浓度之比即为降解率。为降解率。第9页，本讲稿共12页四、微生物降解污染物的一般途径四、微生物降解污染物的一般途径（一）矿化作用（一）矿化作用 有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻底分解为底分解为COCO2 2和和H H2 2O O和简单无机化合物的过程。和简单无机化合物的过程。矿化作用是彻底的生物降解，即终极降解，矿化作用是彻底的生物降解，即终极降解，可以从根本上清楚有毒物质的环境污染。可以从根本上清楚有毒物质的环境污染。第10页，本讲稿共12页（二）共代谢作用（二）共代谢作用一些难降解的有机化合物不能直接作为碳源或
7、能源物质被一些难降解的有机化合物不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其他可利用的碳源或能源时，微生物利用，当环境中存在其他可利用的碳源或能源时，难降解有机化合物才能被利用，这样的代谢过程称为共代难降解有机化合物才能被利用，这样的代谢过程称为共代谢。谢。共代谢的方式：共代谢的方式：依靠其他物质提供能量；依靠其他物质提供能量；依靠其依靠其他微生物的协同作用；他微生物的协同作用；先经相似物诱导产生诱导酶，先经相似物诱导产生诱导酶，使污染物得以降解。使污染物得以降解。第11页，本讲稿共12页五、影响微生物降解转化的因素五、影响微生物降解转化的因素化学结构：链长、官能团、取代基、异构体；化学结构：链长、官能团、取代基、异构体；共代谢；共代谢；环境理化因素：微生物的生长条件（温度、环境理化因素：微生物的生长条件（温度、水分、光照、有害物）；污染物的溶解度；水分、光照、有害物）；污染物的溶解度；中间产物或终产物：结构变化、毒性改变中间产物或终产物：结构变化、毒性改变第12页，本讲稿共12页