1、1第八章污染環(huán)境的生物凈化第八章污染環(huán)境的生物凈化2第一節(jié)第一節(jié) 微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化 污染處理和凈化的基礎(chǔ)污染處理和凈化的基礎(chǔ)3一、環(huán)境中的微生物一、環(huán)境中的微生物1. 微生物的概念微生物的概念 指廣泛存在于自然界，體形微小，具有一定形態(tài)結(jié)指廣泛存在于自然界，體形微小，具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)，并且能在適宜的環(huán)境中生長繁殖以及發(fā)生遺傳變構(gòu)，并且能在適宜的環(huán)境中生長繁殖以及發(fā)生遺傳變異的一大類微小生物。異的一大類微小生物。42. 微生物的特點微生物的特點 體積小，面積大；體積小，面積大； 吸收多，轉(zhuǎn)化快；吸收多，轉(zhuǎn)化快； 生長旺，繁殖快；生長旺，繁殖快； 易變異，適應(yīng)強

2、；易變異，適應(yīng)強； 分布廣，種類多。分布廣，種類多。51) 真核細(xì)胞型真核細(xì)胞型: 細(xì)胞核的分化程度較高，有核膜、細(xì)胞核的分化程度較高，有核膜、核仁和染色體；胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞器。核仁和染色體；胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞器。2)原核細(xì)胞型原核細(xì)胞型: 細(xì)胞核分化程度低，僅有原始核細(xì)胞核分化程度低，僅有原始核質(zhì)，沒有核膜與核仁；細(xì)胞器不很完善。質(zhì)，沒有核膜與核仁；細(xì)胞器不很完善。3. 微生物的種類微生物的種類6微生物微生物細(xì)菌細(xì)菌真菌真菌病毒病毒放線菌放線菌螺旋菌螺旋菌桿菌桿菌球菌球菌細(xì)菌的形態(tài)細(xì)菌的形態(tài)7自然界中物質(zhì)的降解有三種方式：自然界中物質(zhì)的降解有三種方式：二、污染物降解與轉(zhuǎn)化的方式二、污染物降

3、解與轉(zhuǎn)化的方式 光降解光降解：紫外光：紫外光 化學(xué)降解化學(xué)降解 生物降解生物降解(Biodegradation)：指由于生物的作用，把：指由于生物的作用，把污染物大分子轉(zhuǎn)化為小分子，實現(xiàn)污染物的分解或降污染物大分子轉(zhuǎn)化為小分子，實現(xiàn)污染物的分解或降解。尤其是微生物降解。解。尤其是微生物降解。 l 指有機物在指有機物在光的作用光的作用下，逐步下，逐步氧化成低分子氧化成低分子中中間產(chǎn)物最終生成間產(chǎn)物最終生成CO2、H2O及其他的離子如及其他的離子如NO3-、Cl-等。等。l它利用光化學(xué)反應(yīng)降解污染物的途徑，包括它利用光化學(xué)反應(yīng)降解污染物的途徑，包括無催無催化劑化劑和和有催化劑有催化劑參與的光化學(xué)氧

4、化過程。參與的光化學(xué)氧化過程。81. 光降解光降解曹維強等曹維強等.新型農(nóng)藥新型農(nóng)藥丁烯氟蟲腈丁烯氟蟲腈的的光降解光降解研究研究. 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué), 2011, 309紫外光降解的動力學(xué)紫外光降解的動力學(xué)陽光陽光 光降解的動力學(xué)光降解的動力學(xué)10葛林科等葛林科等. 水中氟喹諾酮類抗生素水中氟喹諾酮類抗生素加替沙星加替沙星的的光光降解降解. 科學(xué)通報科學(xué)通報，2010 ,55：996 -1001 11加替沙星加替沙星的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)12加替沙星在不同介質(zhì)中的光降解加替沙星在不同介質(zhì)中的光降解13 PCBs 的光化學(xué)轉(zhuǎn)化的光化學(xué)轉(zhuǎn)化 PCBs 的光化學(xué)轉(zhuǎn)化的光化學(xué)轉(zhuǎn)化張長等張長等. 全氟辛酸全氟辛酸

5、(PFOA)紫外光化學(xué)降解紫外光化學(xué)降解特性特性與機理與機理.中國科學(xué)中國科學(xué): 化學(xué)，化學(xué)， 2011 , 41 : 964 -97514全氟辛酸全氟辛酸的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)16Jia H, et al. Photodegradation of phenanthrene on cation-modified clays under visible light. Applied Catalysis B: Environmental, 2012,123124: 43-5117Proposed mechanism for the photodegradation of phenanthrene with

6、Fe(III)-smectite18Katsumata H, et al. Degradation of polychlorinated dibenzo-p-dioxins in aqueous solution by Fe(II)/H2O2/UV system. Chemosphere, 2006, 63: 592-5992,3,7,8-TeCDD192,3,7,8-TCDD毒性最強的化合物毒性最強的化合物（即（即2,3,7,8-四氯二苯并二噁英）四氯二苯并二噁英）多氯代二苯并二噁英多氯代二苯并二噁英/呋喃呋喃(PCDD/Fs)20Proposed degradation mechanism

7、 of 2,3,7,8-TeCDD by Fe(II)/H2O2/UV system21l生物降解生物降解指由指由生物生物對污染物進(jìn)行的對污染物進(jìn)行的分解分解或或降解降解。l降解降解將復(fù)雜有機物分解為簡單物質(zhì)的過程。將復(fù)雜有機物分解為簡單物質(zhì)的過程。l終極降解終極降解微生物把有機物分解產(chǎn)生無機物微生物把有機物分解產(chǎn)生無機物CO2和和H2O的過程。的過程。2. 污染物的生物降解污染物的生物降解v共代謝共代謝(Co-Metabolism)作用作用:微生物在利用生長基微生物在利用生長基質(zhì)質(zhì)A時時,同時非生長基質(zhì)同時非生長基質(zhì)B也伴隨著發(fā)生降解或其它也伴隨著發(fā)生降解或其它反應(yīng)。反應(yīng)。22l生物降解生物

8、降解是指生物對有機物的分解或礦化作用。是指生物對有機物的分解或礦化作用。l生物降解的研究內(nèi)容生物降解的研究內(nèi)容主要包括生物的主要包括生物的降解能力降解能力，有，有機物降解的機物降解的難易程度難易程度以及有機物的以及有機物的降解途徑降解途徑等。等。l生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化是指各種有機物通過生物的是指各種有機物通過生物的吸收和代謝吸收和代謝而而改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過程。的過程。生物降解與生物轉(zhuǎn)化的區(qū)別生物降解與生物轉(zhuǎn)化的區(qū)別23可生物降解性生物降解性復(fù)雜有機物在微生物作用下復(fù)雜有機物在微生物作用下 分解分解為簡單物質(zhì)的為簡單物質(zhì)的可能性可能性。依可生物降解性的大小可將所

9、有的物質(zhì)范圍：依可生物降解性的大小可將所有的物質(zhì)范圍：l可生物降解性物質(zhì)可生物降解性物質(zhì)；如淀粉、蛋白質(zhì)；如淀粉、蛋白質(zhì)l難生物降解性物質(zhì)難生物降解性物質(zhì)；如纖維素；如纖維素l不可生物降解性物質(zhì)不可生物降解性物質(zhì)；尼龍、全氟化合物；尼龍、全氟化合物3. 污染物的生物可降解性及其評價方法污染物的生物可降解性及其評價方法24v評價生物可降解性的方法：評價生物可降解性的方法：測定測定生物氧化率生物氧化率:瓦氏呼吸儀瓦氏呼吸儀測測呼吸線呼吸線：內(nèi)呼吸線、生化呼吸線：內(nèi)呼吸線、生化呼吸線測定相對測定相對耗氧速度曲線耗氧速度曲線測測BOD5與與CODCr之比之比測測COD30培養(yǎng)法培養(yǎng)法251) 耗氧量測

10、定：耗氧量測定： 通過用通過用瓦氏呼吸儀瓦氏呼吸儀測定的測定的耗氧量耗氧量可以計算可以計算:l生物氧化率生物氧化率耗氧量與其理論完全需氧耗氧量與其理論完全需氧量之比。受降解條件的影響。量之比。受降解條件的影響。瓦氏呼吸儀瓦氏呼吸儀262) 呼吸曲線呼吸曲線內(nèi)源呼吸曲線與外源呼吸曲線的相對位置。內(nèi)源呼吸曲線與外源呼吸曲線的相對位置。有機物可能被微生有機物可能被微生物氧化分解物氧化分解對微生物產(chǎn)生明對微生物產(chǎn)生明顯的抑制作用顯的抑制作用不能被微生物氧化分解，不能被微生物氧化分解，但對微生物的生命活動但對微生物的生命活動無抑制作用無抑制作用 污染物對微生物有一污染物對微生物有一定的毒性，但微生物定的

11、毒性，但微生物能很快適應(yīng)，并能降能很快適應(yīng)，并能降解其中的污染物解其中的污染物陳華等陳華等.瓦氏呼吸儀對硝基苯類污染物可生瓦氏呼吸儀對硝基苯類污染物可生化性化性的研究的研究. 環(huán)境工程環(huán)境工程, 2004, 22.27未馴化污泥未馴化污泥馴化污泥馴化污泥對廢水的生物降解曲線對廢水的生物降解曲線28底物濃度D、有毒，不能被利用C、有毒，能被利用A、無毒，不能被利用B、無毒，能被利用相對耗氧速度(以內(nèi)呼吸的表示)100相對耗氧速率曲線n3) 相對耗氧速率相對耗氧速率有外源物質(zhì)存在時，單位生物有外源物質(zhì)存在時，單位生物量在單位時間內(nèi)的耗氧量與內(nèi)源呼吸的耗氧速率之比。量在單位時間內(nèi)的耗氧量與內(nèi)源呼吸的

12、耗氧速率之比。294) 測測BOD5與與CODCr之比之比 BOD5/CODCr 0.45 生化性較好生化性較好 0.30 可生化可生化 0.30 較難生化較難生化 2003 and TITLE-ABSTR-KEY(Lignin) and (degradation)61木質(zhì)素木質(zhì)素應(yīng)用應(yīng)用造紙黑液木質(zhì)素造紙黑液木質(zhì)素木質(zhì)素緩釋鈣肥木質(zhì)素緩釋鈣肥渣 環(huán)翠 （三）油脂的轉(zhuǎn)化（三）油脂的轉(zhuǎn)化l來源：來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂等。有大量油脂等。l降解油脂較快的微生物：降解油脂較快的微生物：l細(xì)細(xì) 菌菌 熒

13、光桿菌、綠膿桿菌熒光桿菌、綠膿桿菌靈桿菌靈桿菌l絲狀菌絲狀菌 放線菌、分支桿菌放線菌、分支桿菌l真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉l途徑：途徑：水解水解+氧化氧化（四）石油的轉(zhuǎn)化（四）石油的轉(zhuǎn)化l石油石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)采油區(qū)和和石油運輸事石油運輸事故現(xiàn)場故現(xiàn)場以及以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。中。1. 降解石油的微生物降解石油的微生物l降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，據(jù)報道有據(jù)報道有200多種多種l細(xì)細(xì) 菌菌 假單胞菌、

14、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌放線菌 諾卡氏菌諾卡氏菌l酵母菌酵母菌 假絲酵母假絲酵母l霉霉 菌菌 青霉屬、曲霉屬青霉屬、曲霉屬l藻藻 類類 藍(lán)藻和綠藻藍(lán)藻和綠藻2. 石油類的降解機理石油類的降解機理R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH1) 正烷烴（正烷烴（CH4除外）的降解除外）的降解p有氧氧化降解途徑有氧氧化降解途徑烷烴烷烴末端氧化、或次末端氧化、或雙端氧化末端氧化、或次末端氧化、或雙端氧化生成醇生成醇生成醛生成醛生成脂肪酸；生成脂肪酸；脂肪酸脂肪酸氧化

15、氧化三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 最終降解成二氧最終降解成二氧化碳和水。化碳和水。+ O2烷烴末端氧化降解烷烴末端氧化降解68-氧化氧化2) 甲烷的降解途徑甲烷的降解途徑l能降解甲烷的是一群能降解甲烷的是一群專一性微生物專一性微生物；l如好氧型的甲基孢囊菌、甲基單胞菌、甲基如好氧型的甲基孢囊菌、甲基單胞菌、甲基球菌、甲基桿菌等。球菌、甲基桿菌等。3) 烯烴的微生物降解途徑烯烴的微生物降解途徑p烯烴烯烴飽和末端氧化飽和末端氧化與正烷烴相同的途徑與正烷烴相同的途徑不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸；p烯烴烯烴不飽和末端雙鍵環(huán)氧化不飽和末端雙鍵環(huán)氧化環(huán)氧化合物環(huán)氧化合物開環(huán)開環(huán)二醇二醇飽和脂肪酸飽和脂肪酸。l 以環(huán)己

16、烷為例以環(huán)己烷為例 OH O O +O2 +2H 2H +O2 +2H H2O H2O + H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2 + H2O OH通常一些微生物只能將通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的兩類以上微生物的下將污染物下將污染物 徹底降解徹底降解共代謝共代謝。l芳香烴普遍具有生物毒性，芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。它們可以不同程度的

17、被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別 苯苯類類 酚酚類類萘萘菲菲 蒽蒽微微生生物物名名 稱稱熒熒 光光 假假 單單 胞胞菌菌 、 銅銅 綠綠 色色假假 單單 胞胞 菌菌 及及苯苯桿桿菌菌銅銅 綠綠 色色 假假 單單 胞胞菌菌、溶溶 條條假假單單 胞胞菌菌、諾諾 卡卡氏氏菌菌 、球球形形小小 球球菌菌、 無無色色桿桿菌菌 及及分分枝枝 桿桿菌菌菲菲桿桿菌菌、菲菲芽芽孢孢桿桿菌菌熒熒 光光 假假 單單 胞胞菌菌 和和 銅銅 綠綠 色色假假 單單 胞胞 菌菌 、小小 球球 菌菌 及及 大大腸腸埃埃希希氏氏菌菌 1. 苯和酚的代謝苯和酚的代謝l苯的降解為如下圖所示：苯

18、的降解為如下圖所示： 2. 萘生物降解：萘生物降解：先是一個環(huán)二羥基化、開環(huán)，先是一個環(huán)二羥基化、開環(huán)，進(jìn)一步降解為丙酮酸和進(jìn)一步降解為丙酮酸和CO2，然后第二個環(huán)以，然后第二個環(huán)以同樣方式分解。同樣方式分解。3. 菲的代謝菲的代謝76 Tejeda-Agredano et al. Influence of the sunflower rhizosphere on the biodegradation of PAHs in soil. Soil Biology Biochem, 2013, 57, 830 F. Moscoso, et al. Efficient PAHs biodegrada

19、tion by a bacterial consortium at flask and bioreactor scale. Bioresour Technol, 2012,119, 270-276 Bacosa, Inoue. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) biodegradation potential and diversity of microbial consortia enriched from tsunami sediments in Miyagi, Japan. J Hazardous Mater, 2015, 283, 689-

20、697 Niu et al. Adsorption and transformation of PAHs from water by a laccase-loading spider-type reactor. Journal of Hazardous Materials, 2013, 248249, 254-260 Bah, et al. Evidence of polycyclic aromatic hydrocarbon biodegradation in a contaminated aquifer by combined application of in situ and labo

21、ratory microcosms using 13C-labelled target compounds. Water Research, In Press, 2014.PAHs biodegradation7778l鹵代有機污染物類型：鹵代有機污染物類型：X= F, Cl, Br, IlF：CFC, HCFC, PFOS/PFOAlCl: PCBs, PCDD/Fs, PCNs(多氯萘多氯萘), CPs(氯酚氯酚), CBs(氯苯氯苯), OCPs(有機氯農(nóng)藥有機氯農(nóng)藥)等等lBr：PBDEs, PBBs(多溴聯(lián)苯多溴聯(lián)苯)等等79PCB的的 生物轉(zhuǎn)化：生物轉(zhuǎn)化： 含氯數(shù)目越少，越易被降解

22、。含氯數(shù)目越少，越易被降解。徐莉等徐莉等.苜蓿根瘤菌對多氯聯(lián)苯降解轉(zhuǎn)化特苜蓿根瘤菌對多氯聯(lián)苯降解轉(zhuǎn)化特性研究性研究. 環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué),2010,3180苜蓿根瘤菌對不同濃度苜蓿根瘤菌對不同濃度PCBs 混合物的降解率混合物的降解率81Tu et al. Potential for biodegradation of polychlorinated biphenyls (PCBs) by Sinorhizobium meliloti. Journal of Hazardous Materials, 2011, 186: 1438-144482李曉敏等李曉敏等. 有機氯脫氯轉(zhuǎn)化的鐵還原菌與有機氯

23、脫氯轉(zhuǎn)化的鐵還原菌與鐵鐵氧化物界面氧化物界面的交互反應(yīng)的交互反應(yīng). 科學(xué)通報科學(xué)通報, 2009, 54NameFormulaStateConductivityColloidal iron oxyhydroxideFeOOHAmorphousInsulatorFerric oxyhydroxideFeOOHAmorphousInsulatorGoethite-FeOOHCrystallineSemi-conductorMagnetiteFe3O4CrystallineConductor鐵氧化物鐵氧化物針鐵礦針鐵礦磁鐵礦磁鐵礦8484(七七) 鄰苯二甲酸酯鄰苯二甲酸酯 PAEs(俗稱俗稱塑化劑塑

24、化劑)被廣泛用作塑料被廣泛用作塑料增塑劑增塑劑等；等； 一類典型的一類典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物；環(huán)境內(nèi)分泌干擾物； 部分部分PAEs化合物具有化合物具有潛在潛在“三致三致”毒性。毒性。 美國環(huán)保局將美國環(huán)保局將6種種PAEs列為列為優(yōu)先控制污染物優(yōu)先控制污染物?；衔锘衔锟s寫縮寫鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸二乙酯二乙酯DEP鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸二甲酯二甲酯DMP鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸正二丁酯正二丁酯DBP鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸丁基芐基酯丁基芐基酯BBP鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸雙雙(2-乙基己基乙基己基)酯酯DEHP鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸正二辛酯正二辛酯DnOP鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯DEHP鄰苯二甲酸正二

25、丁酯DBP分離環(huán)境分離環(huán)境細(xì)菌菌株細(xì)菌菌株降解底物降解底物最適溫度最適溫度()最適最適pH參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)江河江河Microbacterium sp.DEHP20-356.0-8.0陳濟安，陳濟安，2008石油污染土壤石油污染土壤Rhodococcus sP.Gordonia sP.DEHP357.0高雅英，高雅英，2008307.0活性污泥活性污泥Bacillus spDEHP307.0秦華，秦華，2006Gordonid sp活性污泥活性污泥Cellulomonas spDEHP308.0秦華，秦華，2005活性污泥活性污泥Deinococcus radiodurans DBP307.5C

26、hien-sen Liao，2010Pseudomonas stutzeri池塘底泥池塘底泥Arthrobacter sp.DBP30-357.0-8.5吳學(xué)玲，吳學(xué)玲，2009河流底泥河流底泥Delftia sp.DMP30-357.0-8.0金德才，金德才，2009河流或池塘底河流或池塘底泥泥GordoniaDBP307.0代沁蕓，代沁蕓，2010湖泊底泥湖泊底泥Burkholderia pickettiiPAEs307.0張付海，張付海，2007紅樹林紅樹林Pseudomonas fluorescens B-1DBP377.0Xiang-Rong Xu，2005已報道的降解菌已報道的降解

27、菌Journal of Hazardous Materials 221 222 (2012) 80 85初始濃度初始濃度pH溫溫度度Chemosphere 78 (2010) 342346降解條件的優(yōu)化降解條件的優(yōu)化Journal of Hazardous Materials 235 236 (2012) 92 100Soil Biology & Biochemistry 37 (2005) 14541459人工濕地人工濕地微波，催化劑微波，催化劑PAEs的細(xì)菌好氧降解途徑的細(xì)菌好氧降解途徑金德才等金德才等.一株一株DMP 降解菌的分離鑒降解菌的分離鑒定及其降解特性定及其降解特性.微生

28、物學(xué)通報微生物學(xué)通報,2009, 36(9): 13181323.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 2008，14(6): 8908979192 (八八) 影響微生物降解與轉(zhuǎn)化的因素影響微生物降解與轉(zhuǎn)化的因素l微生物種類：高效降解菌微生物種類：高效降解菌l化學(xué)結(jié)構(gòu)：鏈長、官能團、取代基、異構(gòu)體?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)：鏈長、官能團、取代基、異構(gòu)體。l共代謝：共代謝：l環(huán)境理化因素：微生物的生長條件環(huán)境理化因素：微生物的生長條件(溫度、水分、溫度、水分、光照、有害物光照、有害物)；污染物的溶解度。；污染物的溶解度。l中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物：結(jié)構(gòu)變化、毒性改變。中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物：結(jié)構(gòu)變化、毒性改變。93微生物 微

29、生物是土壤中微生物是土壤中最活躍最活躍的因子的因子調(diào)節(jié)者調(diào)節(jié)者驅(qū)動者驅(qū)動者94土壤胞外呼吸與生物地球化學(xué)過程的關(guān)系土壤胞外呼吸與生物地球化學(xué)過程的關(guān)系土壤胞外呼吸土壤胞外呼吸微生物微生物土壤土壤礦物礦物腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)其它電活其它電活性物質(zhì)性物質(zhì)有機碳有機碳溫室氣體溫室氣體污染物降解污染物降解養(yǎng)分利用養(yǎng)分利用有機碳礦化有機碳礦化95胞外呼吸菌的脫氯新功能胞外呼吸菌的脫氯新功能051015200.00.51.00.00.81.62.43.2 CK CCl4CCl3 ( mol L-1 ) CCl4 (Ct/C0) Time (d) HCCl3 克雷伯氏菌克雷伯氏菌(L17)的的四氯化碳呼吸四氯化碳呼

30、吸脫氯功能脫氯功能氣單胞菌氣單胞菌(HS01)的的DDTs呼吸呼吸脫氯功能脫氯功能從毛單胞菌從毛單胞菌(CY01)的的2,4-D還原還原脫氯功能脫氯功能0510152025140150160170180190Time (d) 2,4-D ( mol l-1) without cells with dead cells without glucose glucose + cellsControlCY01+2,4-DClOHClClCH3COOHOCH2COOHClClClOHClOHhydrolysisdechlorinationdechlorination(2,4-D)(2,4-DCP)(4-

31、CP)(phenol)直接脫氯直接脫氯96胞外呼吸菌厭氧氧化降解多環(huán)芳烴胞外呼吸菌厭氧氧化降解多環(huán)芳烴PAHs還原產(chǎn)物還原產(chǎn)物有機氯有機氯化化學(xué)學(xué)脫脫氯氯+e多環(huán)芳烴多環(huán)芳烴鐵鐵還還原原菌菌-eCO2+有機酸有機酸-e電子穿梭體電子穿梭體+eFe(III) 或或AQDSFe(II) 或或AHQDS02468100.000.050.100.150.200.25AHDS (mmol l-1)Time(d) acetate glucose fructose methanol0510152025300.00.20.40.60.81.0C/C0Time/d without cells with cell

32、s with cells + fructosePseudomonas aeruginosa PAH-1AQDS作為電子受體作為電子受體菲作為電子供體菲作為電子供體97020406080100 72 hour16 hourDecolorization extent (%) acetate propionate pyruvate glucose sucrose lactate0 hour02468100.00.20.40.60.81.01.2 Time (d) cell+Sigma-HA cell+SS-HA cell+L-HA cell+PP-HA Sigma-HA SS-HA L-HA PP-

33、HAReduced HA (Fe(II)-mmol l-1)02468100.00.20.40.60.81.0AHDS (mmol l-1)Time (d) acetate glucose sucrose lactate glycerol citrate0102030405060020406080100 A/A0 (%) acetate + cell glucose + cell sucrose + cell lactate + cell acetate glucose sucrose lactateTime (h)乙酸乙酸葡萄糖葡萄糖蔗糖蔗糖乳酸乳酸胞外呼吸菌具有厭氧偶氮染料脫色能力胞外呼吸

34、菌具有厭氧偶氮染料脫色能力嗜堿性嗜堿性Planococcus sp.Fontibacter ferrireducensAQDS還原還原金橙金橙I脫色脫色腐殖質(zhì)還原腐殖質(zhì)還原金橙金橙I脫色脫色98 (八八) 影響微生物降解與轉(zhuǎn)化的因素影響微生物降解與轉(zhuǎn)化的因素l微生物種類：高效降解菌微生物種類：高效降解菌l化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)：鏈長、官能團、取代基、異構(gòu)體。：鏈長、官能團、取代基、異構(gòu)體。l共代謝共代謝：l環(huán)境理化因素環(huán)境理化因素：微生物的生長條件：微生物的生長條件(溫度、水分、溫度、水分、光照、有害物光照、有害物)；污染物的溶解度。；污染物的溶解度。l中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物：結(jié)構(gòu)變化、毒

35、性改變。：結(jié)構(gòu)變化、毒性改變。99 解毒與生物活化解毒與生物活化(毒性加強毒性加強) (九九) 污染物降解與轉(zhuǎn)化的兩重性污染物降解與轉(zhuǎn)化的兩重性l 經(jīng)過經(jīng)過I相反應(yīng)和相反應(yīng)和II相反應(yīng)的生物轉(zhuǎn)化作用，污染物分相反應(yīng)的生物轉(zhuǎn)化作用，污染物分子極性和水溶性增加，易于從體內(nèi)排除，大部分化子極性和水溶性增加，易于從體內(nèi)排除，大部分化合物合物毒性降低毒性降低。l 由于生物轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性，一些化合物經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，由于生物轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性，一些化合物經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，毒性增加毒性增加，稱為，稱為生物活化生物活化。100生物活化生物活化：O2NOPOC2H5OC2H5SO2NOPOC2H5OC2H5OSO2對硫磷對氧磷Br

36、BrOCH2=CHClOClHHH肝細(xì)胞壞死肝細(xì)胞壞死神經(jīng)毒性神經(jīng)毒性肝癌肝癌五、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化五、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化1. 汞汞1) 汞的存在形態(tài)與毒性汞的存在形態(tài)與毒性汞在環(huán)境中的存在形態(tài)：汞在環(huán)境中的存在形態(tài)：金屬汞、無機汞化合物、金屬汞、無機汞化合物、有機汞化合物。有機汞化合物。汞的毒性汞的毒性：有機汞有機汞(甲基汞甲基汞)金屬汞無機汞化合物金屬汞無機汞化合物甲基汞甲基汞脂溶性大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，毒性比無機汞大脂溶性大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，毒性比無機汞大50100倍。倍。水俁病水俁病為甲基汞中毒。為甲基汞中毒。2) 汞的生物甲基化汞的生物甲基化l汞的汞的生物甲基化生物甲基化l在好氧或

37、厭氧條件下，在好氧或厭氧條件下，水體底質(zhì)水體底質(zhì)中某些微生物使中某些微生物使二二價無機汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆倪^程價無機汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆倪^程。l常見甲基化微生物常見甲基化微生物l甲烷菌，螢光假單胞菌等甲烷菌，螢光假單胞菌等103汞甲基化微生物主要種類及菌株汞甲基化微生物主要種類及菌株胡海燕胡海燕,馮新斌馮新斌,曾永平曾永平等等.汞的微汞的微生物甲基化研究生物甲基化研究進(jìn)展進(jìn)展.生態(tài)學(xué)雜生態(tài)學(xué)雜志志.2011104l甲基化酶甲基化酶l甲基鈷氨蛋氨酸轉(zhuǎn)移酶甲基鈷氨蛋氨酸轉(zhuǎn)移酶l甲基化輔酶甲基化輔酶l甲基鈷氨素（甲基維生素甲基鈷氨素（甲基維生素B12）CH3B12汞的甲基化途徑汞的甲

38、基化途徑23CH3CH2)Hg(CHHgCHHg33甲基負(fù)離子遷移：甲基負(fù)離子遷移：3) 汞的生物去甲基化汞的生物去甲基化l抗汞微生物抗汞微生物能使甲基汞或無機化合物變成金屬能使甲基汞或無機化合物變成金屬汞，稱為汞的生物汞，稱為汞的生物去甲基化去甲基化。l常見的抗汞微生物是常見的抗汞微生物是假單胞菌屬假單胞菌屬等。等。108 Liu et al., Analysis of the Microbial Community Structure by Monitoring an Hg Methylation Gene (hgcA) in Paddy Soils along an Hg Gradien

39、t. Appl. Environ. Microbiol. 2014,80: 2874-2879 Graham AM, et al. Effect of Dissolved Organic Matter Source and Character on Microbial Hg Methylation in HgSDOM Solutions. Environ. Sci. Technol., 2013, 47: 57465754 Graham AM, et al. Dissolved Organic Matter Enhances Microbial Mercury Methylation Unde

40、r Sulfidic Conditions. Environ. Sci. Technol., 2012, 46 (5), 27152723 Wang R, Feng XB, et al. In Vivo Mercury Methylation and Demethylation in Freshwater Tilapia Quantified by Mercury Stable Isotopes. Environ. Sci. Technol., 2013, 47: 79497957 Lin H, et al. Unexpected Effects of Gene Deletion on Interactions of Mercury with the Methylation-Deficient Mutant hgcAB. Environ. Sci. Technol. Lett., 2014, 1: 271276Mercury Methylation 109 Dissolved Organic Matter Enhances Microbial Mercury Methylation 110In Vivo Mercury Methylation and Demethylation2砷砷) 砷在環(huán)境中的重要存在形態(tài)砷在環(huán)境中的重要存在形態(tài)