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1、第二章 微生物对污染物的降解和转化,第五节 有机污染物生物降解途径,自然界物质循环中微生物的作用,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,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,分解纤维素的微生物(1)有氧、中温条件
2、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.细菌（食纤维菌属)c.放线菌,(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)高温条件：在6070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,1.多糖类的生物降解,一、生物组分的大分子有机物降解,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。,1.多糖类的生物降解,一、生物组分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
3、胶酸、半乳糖醛酸。,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：,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。,一、生物组分的大分子有机物降解,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“
4、磷脂（phopholipids）等。显著特点是一般不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、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。,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,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,高级烷烃低级化，低级形成相应的醛、酸、酮等。,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。（
5、图2-5有三种可能）,二、烃类化合物的微生物降解,3.芳烃类的微生物降解,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,烃类中，此类的抗生物降解性最强。,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,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
6、机氯、有机磷、有机氮和有机硫类；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,都是先被降解成双酚结构，再被其他微生物继续降解。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）,（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，,（2）草芽苹和2,4,5-T的降解,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.多氯联苯（Polychlorob
7、iphenyl，PCB）的降解,广泛应用于化工、电气、橡胶和塑料工业；氯含量与降解难易程度相关；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,PEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000难降解,4.增塑剂的降解,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。,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。,（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,（一）氨化作用,(3)尿素的氨化,尿素细菌：1、球菌：尿素生孢八叠球菌
8、 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,（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源，以有机C为C源、能源。,（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、硝化细菌和硝化作用的过程,2、影响硝化作用的环境因素(1)pH值：适宜微碱性(2)温度：4-40，最适：25-35(3)通气：需氧(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。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,（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 N2,NH3,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,（三）反硝化作用,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）,（三）反硝化作用,3、环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况 pH值 有机质与NO-3含量,水稻土长期的干湿交替的状况,思 考 题,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 芳香族化合物的生化降解途径有何特点？,
