第4章 污染物的生物降解和转化.pptx

第四章 污染物的生物降解和转化陈云鹏上海交通大学农业与生物学院资环系2011.10Contents第一节 微生物对污染物的作用第二节 影响生物降解的因素第三节 污染物的生物降解反应及其中间产物第四节 典型有机污染物的生物降解第一节 微生物对污染物的作用一、有机污染物的生物降解性 地球上所有天然合成的有机物都可被微生物不同程度地降解，在 漫长的生物进化过程中，微生物被这些物质诱导产生分解酶； 人工合成的一些复杂大分子聚合物（如有机氯农药、洗涤剂、多 氯联苯、塑料、尼龙等），由于微生物与之接触时间短，尚未诱 导出特定的完整酶系统，成为十分关注的问题； 研究生物降解性的意义：（1）数十万种环境污染物中绝大多数是有机物，这些物质的生物 可降解性研究是控制物质生产、排放和生物处理工艺设计的 重要依据；（2）有助于深入认识污染物在环境中的迁移转化规律和了解这 些染物对自然界物质转化循环的影响，为控制污染、保护 环境提供理论依据；（3）与保护人类健康和自然界生态平衡有密切关系；1. 污染物降解微生物（1）土著微生物——从自然界（土壤、水体）筛选驯化，对污染物降解和转化过程较复杂，通常分布进行，多种微生物和酶共同作用； 图4-1 有机污染物降解的典型微生物（2）外来微生物——人为投加特种微生物以促进污染物的降解；一般条件下，外来微生物与土著微生物应具有良好的相容性； 如：有机垃圾堆肥投菌、珊瑚诺卡氏菌处理含氰废水；热带假丝酵母处理油脂废水目前，用于生物修复的高效降解菌大多系多种微生物混合而成的复合菌群； 例1：光合细菌多为红螺菌科光合细菌的复合菌群，已商业化。例2：美国CBS公司开发的复合菌剂，内含光合细菌、酵母菌、放线菌、硝化菌等，在成都府南河、重庆桃花溪等河道应用； 例3：玉垒环境技术公司生产的高温放线菌为主的复合菌剂（YL活性生物复合剂H15）用于苏州河程家桥河段污水处理，180天内对底泥中有机物降解率为20%左右，促进了底泥的矿化（3）基因工程菌——将具有降解性的质粒转移到一些能在污水和污染土壤中生存的菌体内，定向构建高效降解污染的工程菌细菌的降解能力由质粒控制，目前已发现降解性质粒30多种； 如：假单胞菌属中的石油降解质粒目前，世界上已构建出多种降解难降解化合物的工程菌； 例：超级细菌——Chapracarty等将假单胞菌属中不同菌株的CAM、OCT、SAL、NAH四种降解性质粒结合转移到同一个菌株中，构建成一株能同时降解芳香烃、多环芳烃和脂肪烃的 “超级细菌”，用于海上溢油污染消除。该菌能将天然菌要花一年以上才能消除的浮油缩短为几个小时，被誉为在污染治理工程菌的构建上的第一块里程碑。基因工程菌环境释放后的安全性控制 方法：遗传缺陷、自杀基因理想的基因工程菌特征（a）对自然界的微生物和高等生物不构成威胁；（b）基因工程菌有一定的寿命；（c）基因工程菌进入净化系统之后，其适应期比土著种的驯化 期要短得多；（d）基因工程菌降解污染物功能下降时，可以重新接种；（e）基因工程菌易适应生存，不会被目标污染物杀死 图4-2 某些基因工程菌的降解活性（4）其他微生物与植物包括藻类、微型生物、植物等对污染物具有作用，可用于环境修复； 如：污染水体中的藻类的放氧；微型动物对病原菌和过多藻类的吞噬采用凤眼莲为主的污水处理系统去除水体中的氮磷；利用芦苇田处理污水可杀死大肠杆菌，去除某些金属离子，减少有机物及氮磷；水花生、细绿萍、黑麦草人工湿地及氧化塘处理系统；二、微生物对污染物的作用 微生物通过氧化（β-氧化、环氧化、硫氧化、甲基氧化等）、 还原（硫酸盐还原、双键还原、三键还原）、水解、脱基（脱卤、 脱氨基、脱羧基）、羟基化反应、酯化反应以及代谢（氨代谢、 肟代谢、腈氨代谢）等一种或多种生理生化反应，使有机物发生 转化、分解或降解。 微生物与污染物间会发生共代谢、激活、去毒、吸着作用； 污染物在被微生物降解时存在着阈值现象；1. 微生物的共代谢作用（1）定义：某些有机物在其生物降解过程中不能作为微生物的惟一碳源，而只能依靠另一种有机物作为碳源与能源的前提下才能被降解的现象。（2）共代谢基质与微生物 见图4-3图4-3 纯培养中的一些共代谢基质及其产物（2）共代谢的原因提出了各种假设，但都有局限性，主要原因有：微生物的吸收与同化能力 微生物不能在某种基质上生长的原因并不是由于微生物无法分解代谢这种物质，而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化产物的能力。有毒产物的积累 该机制仅能应用于芳香烃化合物。如：2,3,6-三氯甲苯的共代谢会导致3,5-二氯儿茶酚的积累，最终形成对细胞有毒害的环境。C. 酶的专一性与抑制作用 卤代二羟基苯与催化芳香核加氧作用的酶活性中心的铁离子发生螯合作用，抑制了酶系统的活性。2. 微生物的解毒作