微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化1

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1、第八章微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化8.1概述8.1.1微生物降解與轉(zhuǎn)化的巨大潛力環(huán)境中存在的各種天然產(chǎn)物，特別是有機(jī)物，幾乎都能找到可以使之降解或轉(zhuǎn)化它的微生物。然而由于近幾十年來(lái)許多人工合成的化合物，是自然界中原來(lái)所沒(méi)有的。因此不可能存在有作用于它們能使之分解的微生物和酶系，甚至對(duì)微生物還有殺滅作用。由于微生物個(gè)休小、繁殖迅速、比表面大等特點(diǎn)。它們較之其它生物更易適應(yīng)環(huán)境，并可通過(guò)自然災(zāi)變產(chǎn)生新菌種，產(chǎn)生新的酶系統(tǒng)，具有新的代謝功能，從而可參與對(duì)人工新合成化合物的降解與轉(zhuǎn)化作用。因此微生物對(duì)降解污染物具有巨大潛力。例如已發(fā)現(xiàn)多種微生物對(duì)合

2、成有機(jī)物的降解作用：酚類已發(fā)現(xiàn)降解細(xì)菌有30個(gè)屬，66種鹵素有機(jī)物降解細(xì)菌有27個(gè)屬，40種合成含氮有機(jī)物降解細(xì)菌有18個(gè)屬，36種合成表面活生劑降解細(xì)菌有18個(gè)屬，43種石油烴類降解細(xì)菌有100多個(gè)屬，200多種8.1.2有機(jī)污染物的可生物降解性當(dāng)前已知的環(huán)境污染物達(dá)數(shù)十萬(wàn)種，其中大量為有機(jī)化合物，它們可接受光分解，化學(xué)分解與生物分解，其中生物分解為主。1．可生物降解性1）可生物降解物質(zhì)：?jiǎn)翁?、蛋白質(zhì)、淀粉、核糖等降解快的物質(zhì)2）難生物降解物質(zhì)：纖維素、農(nóng)藥、烴類、降解慢的一類物質(zhì)3）不可生物降解物質(zhì)：塑料、尼龍、腈綸、滌綸、聚酯、氟里

3、昂、多環(huán)，雜環(huán)芳烴、高聚物等2．可生物降解性的測(cè)定1）基質(zhì)的可生物氧化率——（待測(cè)物）基質(zhì)完全徹底氧化所應(yīng)消耗的理論需氧量與微生物分解基質(zhì)所消耗氧量的比值。實(shí)驗(yàn)室中微生物的耗氧量可應(yīng)用瓦勃(Warburg)呼吸儀測(cè)定，通過(guò)測(cè)壓計(jì)測(cè)知釋放出CO2量或消耗O2量，從而測(cè)得可生物降解率。1）基質(zhì)的生化呼吸曲線——耗氧曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出一條耗氧量或速度隨時(shí)間變化的曲線，為便于比較可同時(shí)繪制內(nèi)源呼吸線，它是在不投加基質(zhì)的條件下，微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)時(shí)利用細(xì)胞體內(nèi)物質(zhì)作營(yíng)養(yǎng)呼吸耗氧隨時(shí)間變化的曲線。討論三種情況1)微生物降解試驗(yàn)1）土壤消毒實(shí)驗(yàn)——

4、此法適用于新開發(fā)農(nóng)藥可生物降解性的評(píng)定。選取有代表性土壤混勻分兩組，一組經(jīng)高溫消毒或藥液處理殺滅其中微生物；另一組不消毒，分別施入同量的待測(cè)農(nóng)藥置室溫時(shí)培養(yǎng)，定期檢測(cè)兩組土壤中農(nóng)藥消失情況，最后判定農(nóng)藥可生物降解性及降解速度。2）培養(yǎng)液中降解試驗(yàn)此試驗(yàn)可在多種試驗(yàn)液中同時(shí)進(jìn)行，在三角燒瓶中配制各種待測(cè)試液，可補(bǔ)加適當(dāng)?shù)腘、P、S生長(zhǎng)素和其它營(yíng)養(yǎng)物，調(diào)節(jié)pH，在試驗(yàn)液中接種微生物進(jìn)行恒溫培養(yǎng)，通過(guò)測(cè)定色度、濁度、COD、BOD或其它指標(biāo)全面評(píng)價(jià)試驗(yàn)可生化性。1．其它方法與指標(biāo)1）由于生物對(duì)有機(jī)物的呼吸作用的本質(zhì)是脫氫，所以可利用脫氫酶活性作

5、為微生物分解污染物的指標(biāo)。若培養(yǎng)液中微生物脫氫酶活性增加，則說(shuō)明對(duì)試驗(yàn)物有降解性。采用比色法測(cè)酶活性。2）生物體內(nèi)的ATP（三磷酸腺苷）含量與生物數(shù)量及活性呈正相關(guān)。通過(guò)測(cè)ATP量作微生物分解利用污染物的指標(biāo)。3）同位素檢測(cè)：有機(jī)物徹底分解結(jié)果放出CO2，可利用放射性14C標(biāo)記待測(cè)污染物中釋放的14CO2計(jì)算其回收率，從而評(píng)定該污染物生物降解性。8.2微生物對(duì)石油污染物的降解石油是一種含有多種烴（正烷烴、支鏈烷烴、芳烴、脂肪烴）及其它有機(jī)物（硫化物、氮化物、環(huán)烷酸）的復(fù)雜混合物。8.2.1微生物對(duì)石油的降解能力C10～C18范圍的化合物易

6、分解。烴最易分解，烷烴次之，芳烴難，多環(huán)芳烴最難，脂肪烴基本不分解，苯極難降解。1個(gè)細(xì)菌細(xì)胞平均氧化油量為5×10-12mg/h微生物降解油率：35～350g/m3·年原油接觸天然水，大部直鏈烴７天內(nèi)消失，鏈烴需數(shù)月，芳烴則不待降解已沉入底泥中。8.2.2降解石油的微生物能降解石油的微生物有100屬，200多種，包括：細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母、藻類及藍(lán)細(xì)菌。8.2.3生物降解石油污染物的工藝方法：A/O法、A2/O、AB、A1-O1-A2-O2、SBR等。8.3微生物對(duì)農(nóng)藥的降解我國(guó)每年使用農(nóng)藥50～100萬(wàn)噸，利用率只有10%，大量農(nóng)藥

7、殘留土壤中，有的被土壤吸附，有的擴(kuò)散入大氣，有的轉(zhuǎn)移到水體河流、湖泊、海洋，引起全球性污染。能降解農(nóng)藥的微生物種屬也很多。8.3.1微生物降解農(nóng)藥的途徑1酶促作用1）酶促作用——需先經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生特殊酶而后才能使農(nóng)藥降解，有的可直接利用農(nóng)藥作能源和碳源。2）共代謝作用——對(duì)于難降解頑固復(fù)雜的農(nóng)藥，通過(guò)先培養(yǎng)容易降解其中一種農(nóng)藥，促使對(duì)其它農(nóng)藥的降解作用。3)去毒代謝——微生物不直接利用農(nóng)藥作營(yíng)養(yǎng)，而是攝取其它有機(jī)物作營(yíng)養(yǎng)和能源，在其中發(fā)展了為保護(hù)自身的生存解毒作用。2非酶促作用——微生物代謝中使pH降低引起農(nóng)藥溶解，或產(chǎn)生某些化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)農(nóng)藥

8、轉(zhuǎn)化。3微生物代謝引起農(nóng)藥參與系列生化反應(yīng)：脫鹵作用、脫烴作用、酰胺及脂的水解、氧化還原作用、環(huán)裂解、縮合或共軛效應(yīng)等使農(nóng)藥逐漸降解。例對(duì)硫磷的降解：微生物代謝將對(duì)硫水解變成較小分子，然后進(jìn)一