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1、第五节 有机污染物生物降解途径第1页/共32页CO2有机质 自然界物质循环中微生物的作用第2页/共32页一、生物组分的大分子有机物降解1.多糖类的生物降解纤维素的降解 纤维素植物结构多糖 生物降解必须在产纤维素酶的微生物作用下分解成单糖。纤维素酶包括：C1酶和Cx酶（-1,4-葡聚糖酶）、葡萄糖苷酶 第3页/共32页微生物分解纤维素的生化机制 纤维素 单糖纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外 酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶纤维素复合酶第4页/共32页分解纤维素
2、的微生物(1)(1)有氧、中温条件a.a.真菌(木霉属)木材腐朽：棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素 白 腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.b.细菌（食纤维菌属)c.c.放线菌 第5页/共32页(2)(2)无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。真菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：(3)(3)高温条件：在60607070条件下生长，并分解纤维素 细 菌：热纤维菌 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属第6页/共32页n1.多糖类的生物降解一、生物组分的大分子有机物降解n 淀粉植物的贮存多糖 由产淀粉酶的微生物将淀粉水解成麦芽糖，在进入细胞内被微生物分解、利用。第7页/共32页n1.多糖类的生物降解一、生物组分
3、的大分子有机物降解原果胶：半乳糖醛酸以-1，4糖苷键连成的多糖 由原果胶酶分解成可溶性果胶，再进一步降解成果胶酸、半乳糖醛酸。第8页/共32页分解果胶的微生物细 菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等第9页/共32页 水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。果胶分解的应用-麻类脱胶第10页/共32页半纤维素的分解五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖分解半纤维素的微生物：真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）原生动物藻 类第11页/共32
4、页一、生物组分的大分子有机物降解2.木质素的生物降解 微生物不可以直接将木素作为碳源来利用；可降解木素的酶：Mn过氧化物酶、漆酶、木素降解酶；木素一般是先被降解成芳香族化合物，再由多种微生物继续进行分解。第12页/共32页一、生物组分的大分子有机物降解3.3.脂类生物降解脂质或称脂类（lipids）是由脂肪酸与醇缩合生成的酯及其衍生物，根据脂类的主要成分分类，可将脂类分为单脂和复脂。单脂是由各种高级脂肪酸和醇构成的酯，如常说的油脂，仅含有脂肪酸和醇；复脂是除含有脂肪酸和各种醇以外还含有其它成分的酯，如结合磷酸的称为“磷脂（phopholipids）等。显著特点是一般不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、
5、苯等有机溶剂，这种溶于有机溶剂而不溶于水的特性称为“脂溶性”。酯类物质一般先通过脂肪酶降解成甘油和脂肪酸。甘油能被大多数微生物所利用；脂肪酸通过氧化，分解成多个乙酸。第13页/共32页二、烃类化合物的微生物降解1.烷烃类的微生物降解（1）甲烷的氧化CH4CH3OHHCHOHCOOHCO2（2）乙烷、丙烷、丁烷的氧化n在甲烷菌的共代谢作用下，生成相应的酮，进一步被微生物降解；（3）高级烷烃类的氧化n 高级烷烃低级化，低级形成相应的醛、酸、酮等。第14页/共32页2.烯烃类的微生物降解根据双键位置不同（中部或C1-C2之间），氧化途径不同。（图2-5有三种可能）二、烃类化合物的微生物降解3.芳烃类
6、的微生物降解n如有侧链，一般先从侧链开始分解；各种芳烃类化合物虽然最终的步骤可能不同，但他们都有共同的中间产物双酚类化合物。4.脂环烃类的微生物降解n烃类中，此类的抗生物降解性最强。第15页/共32页第16页/共32页5.海洋油污的微生物降解及其生态学特征 （1）海洋中石油污染物的迁移途径 主要由于石油降解微生物作用得以净化。（2）海洋石油降解微生物的特点 分布上在近海，不在远海；石油降解菌的生长位置在水油交界处，而不是在油液中。（3）环境因子的影响 温度、氧和N、P二、烃类化合物的微生物降解第17页/共32页三、农药的微生物降解与转化1.农药的环境污染 目前使用的农药主要有有机氯、有机磷、有
7、机氮和有机硫类；其中有机氯类最具危险性。有机氯类农药为脂溶性的，易进入生物体内，富集于内脏中。2.微生物对农药的降解和转化n 都是先被降解成双酚结构，再被其他微生物继续降解。n 2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）、草芽苹和2,4,5-T的降解、DDT的降解（仅能通过微生物的共代谢得到降解）第18页/共32页（1）2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）真菌中黑曲霉，仅能将-OH基引入芳香环，第19页/共32页（2）草芽苹和2,4,5-T的降解第20页/共32页四、其它合成有机物的微生物降解与转化1.合成洗涤剂的降解和转化LAS经末端氧化、氧化、脱磺基等作用产生苯甲酸或苯乙酸，产生邻苯二酚降解2.多氯
8、联苯（Polychlorobiphenyl，PCB）的降解n广泛应用于化工、电气、橡胶和塑料工业；n氯含量与降解难易程度相关；n光降解作用有利于脱氯，提高多氯联苯可生物降解性能3.聚乙二醇（Polyethylenglycol，PEG）的降解nPEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000难降解4.增塑剂的降解n光降解作用使塑料粉末化，相对分子量降至5000以下，利用微生物利用。第21页/共32页五、有机汞的微生物分解、转化抗汞微生物将有机汞还原为无机汞化物或金属汞。第22页/共32页（一）氨化作用（1）蛋白质分解（2）核酸的分解的氨化六、氮素循环中微生物的作用第23页/共32页
9、（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素细菌：1 1、球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌六、氮素循环中微生物的作用第24页/共32页（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素细菌的生理特点：喜好碱性条件。以尿素、铵盐为N N源，以有机C C为C C源、能源。第25页/共32页（二）硝化作用铵氧化形成硝酸的微生物学过程硝化作用化能自养型异 养 型1 1、硝化细菌和硝化作用的过程NHNH4 4+NO NO2 2-NO NO3 3-硝酸细菌亚硝酸细菌第26页/共32页2 2、影响硝化作用的环境因素 (1)pH(1)pH值：适宜微碱性 (2)(2)温度：4-404-40，最适：25-352
10、5-35 (3)(3)通气：需氧 (4)(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3 3、硝化作用的农业意义 淋溶 硝化作用的化学抑制（二）硝化作用六、氮素循环中微生物的作用第27页/共32页（三）反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用HNO3 N2O 或 N2NH3合成性硝酸还原作用硝酸盐的异化还原作用（脱氮）1、反硝化作用的过程第28页/共32页（三）反硝化作用2 2、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）第29页/共32页（三）反硝化作用3 3、环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况 pHpH值 有机质与NONO-3 3含量水稻土长期的干湿交替的状况第30页/共32页思思 考考 题题1 1 简要说明多糖类化合物（纤维素、半纤维素、淀粉、原果胶）的生物代谢途径。2 2 芳香族化合物的生化降解途径有何特点？第31页/共32页感谢您的观看！第32页/共32页