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第十章 污染环境的微生物净化与修复. 有机污染物的微生物降解与转化. 生物降解 是指微生物对有机物的破坏或矿化作用。 生物降解的研究内容 主要包括生物的降解能力，有机物降解的难易程度以及有机物的降解途径等等。 生物转化 是指各种有机物通过生物的吸收和代谢而改变形态或转变成另一种物质的过程。. 微生物的降解潜力. 许多天然有机物原本是生产中的有用物质，有的甚至是人和生物必须的营养元素。 这些有用的有机物如果不充分利用或者不回收重复利用，进入环境就可能成为污染物。 对于天然有机物，几乎每种物质都有相应的降解菌，因而都能被生物降解或转化。.
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有机污染物的微生物降解与转化 • 生物降解是指微生物对有机物的破坏或矿化作用。 • 生物降解的研究内容主要包括生物的降解能力，有机物降解的难易程度以及有机物的降解途径等等。 • 生物转化是指各种有机物通过生物的吸收和代谢而改变形态或转变成另一种物质的过程。
许多天然有机物原本是生产中的有用物质，有的甚至是人和生物必须的营养元素。许多天然有机物原本是生产中的有用物质，有的甚至是人和生物必须的营养元素。 • 这些有用的有机物如果不充分利用或者不回收重复利用，进入环境就可能成为污染物。 • 对于天然有机物，几乎每种物质都有相应的降解菌，因而都能被生物降解或转化。
人工合成有机物的种类很多，产量巨大，且飞速增长，以各种各样的形式进入环境，对全球环境产生了巨大的冲击。而微生物“正学着对付”它们。人工合成有机物的种类很多，产量巨大，且飞速增长，以各种各样的形式进入环境，对全球环境产生了巨大的冲击。而微生物“正学着对付”它们。 • 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快 微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样 微生物降解酶 微生物繁殖快，易变异，适应性强 微生物体内的调控系统——质粒
难于降解的有机毒物化学性质稳定，很难被微生物分解，因而在环境中的持续时间很长，称为持久性污染物。难于降解的有机毒物化学性质稳定，很难被微生物分解，因而在环境中的持续时间很长，称为持久性污染物。 • 持久性有机毒物对人类的危害极大，经过生物浓缩，生物积累和生物放大作用，对人体健康构成威胁和危害。
许多人工有机物是持久性有机毒物。它们源源不断地进入环境，对人类地生存和发展提出了空前严重的挑战。研究并开发微生物对这类有机污染物的降解与转化潜能，是环境微生物学工作者义不容辞的责任。许多人工有机物是持久性有机毒物。它们源源不断地进入环境，对人类地生存和发展提出了空前严重的挑战。研究并开发微生物对这类有机污染物的降解与转化潜能，是环境微生物学工作者义不容辞的责任。
例子4：枯草芽孢杆菌能将原油中部分芳烃降解为烷烃降低了相对分子质量,改善原油性质 • 例子5：丝状真菌能降解原油中的油
有机污染物的可生物降解性 ︷ 光分解 化学分解 生物降解. 环境污染物 ︷ 有机物 无机物
（一）可生物降解性 指微生物作用下大分子有机物转变成小分子化合物的可能性。 有机物彻底分解转化为二氧化碳和水，称为终极降解。 根据微生物降解能力有机污染物可以分为： 可生物降解性物质，如单糖，蛋白质，淀粉等。 难生物降解性物质，如纤维素，农药，烃类等。 不可生物降解性物质，如塑料，尼龙等。
（二）可生物降解性的评定 1.按基质性质指标评定：测定有机污染物的综合性质指标（如BOD5，COD，VS，TS等），并用BOD5/COD和VS/TS的比值来评定某种有机污染物的可生物降解性。 • 根据BOD5/CODcr比值的大小，可推测废水的可生物降解性。一般认为： • BOD5/CODcr＞0.4，生化性较好，降解速率较快 • ＞0.30，可生化，降解速率一般 • ＞0.2 ＜0.30，较难生化，降解速率较慢 • ＜0.20，不宜生化，降解速率很慢
2.按基质可生物氧化率评定：以基质（待测有机污染物）微生物分解的需氧量为分子，以同一基质彻底氧化的理论需氧量为分母所得的比值，称为该基质的可生物氧化率，可用公式表示为：2.按基质可生物氧化率评定：以基质（待测有机污染物）微生物分解的需氧量为分子，以同一基质彻底氧化的理论需氧量为分母所得的比值，称为该基质的可生物氧化率，可用公式表示为： 可生物氧化率＝基质微生物分解的需氧量/基质彻底氧化的理论需氧量×100％ 注：基质微生物分解的需氧量可用瓦勃氏呼吸仪测定，基质彻底氧化的理论需氧量可直接计算出来
3.按基质生化呼吸线评定（也称基质耗氧线）：指微生物分解基质的耗氧量随时间的变化曲线。3.按基质生化呼吸线评定（也称基质耗氧线）：指微生物分解基质的耗氧量随时间的变化曲线。 内源呼吸线是在无外源基质的条件下，微生物内源呼吸的耗氧量随时间的变化曲线。内源呼吸中微生物的耗氧速率恒定不变，因此内源呼吸线通常为直线。为了评价基质的可生物降解性，需将基质生化呼吸线与内源呼吸线进行比较，可以出现三种情况：
第一种情况：基质呼吸线位于内源呼吸线之上，说明该基质可被生物降解。基质呼吸线斜率越大，降解越快。第一种情况：基质呼吸线位于内源呼吸线之上，说明该基质可被生物降解。基质呼吸线斜率越大，降解越快。 第二种情况：基质呼吸线与内源呼吸线几乎重叠，说明该基质不可被微生物降解；因为微生物只进行内源呼吸，没有利用基质。 第三种情况：基质呼吸线位于内源呼吸线以下，说明该基质不仅难以被微生物降解，而且对微生物具有毒性，致使内源呼吸减弱。
（三）可生物降解性与化学结构的关系 有机污染物生物降解的难易程度不仅与生物特性有关，同时也与有机污染物的特性有关。有机污染物化学结构的复杂程度，基团的性质与位置，都可以影响微生物的酶促反应。研究证明一般有如下规律： ①对于烃类化合物，一般链烃比环烃易降解，直链烃比支链烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解
②当有机化合物主要分子链上的碳被其他元素取代时，对生物降解的阻抗性加强，其中以氧的影响最为显著（醚很难被微生物降解），其次为硫和氮。②当有机化合物主要分子链上的碳被其他元素取代时，对生物降解的阻抗性加强，其中以氧的影响最为显著（醚很难被微生物降解），其次为硫和氮。 ③每个碳原子上至少保持一个氢碳键的有机物，其支链对生物降解的阻抗较弱。相反，当碳原子上的氢全部被烷基或芳基取代时，就会产成很强的阻抗作用。 ④相对分子质量的大小是影响有机物生物降解的重要因素。对聚合和复合而成的高分子化合物，由于微生物及其酶系统不能触及化合物的内部，袭击其敏感的化学键，可生物降解性降低
⑤官能团的性质，多少以及有机物的同分异构作用，对可生物降解性影响很大。当苯环上的氢被羟基或胺基取代而形成酸和苯胺时，可生物降解性提高。卤代作用则降低苯的可生物降解性。伯，仲醇易被微生物降解，而叔醇却对生物降解有很强的阻抗作用。⑤官能团的性质，多少以及有机物的同分异构作用，对可生物降解性影响很大。当苯环上的氢被羟基或胺基取代而形成酸和苯胺时，可生物降解性提高。卤代作用则降低苯的可生物降解性。伯，仲醇易被微生物降解，而叔醇却对生物降解有很强的阻抗作用。 ⑥有机化合物与其他成分混合，可改变生物降解的性能。很多不饱和有机物，可发生聚合作用而降低生物降解性能。两种或两种以上的化合物形成的复合物，也可降低生物降解性能。
黑曲霉B1降解氧乐果特性研究 从三明农药厂污泥中分离到一株具有较高降解氧乐果活性的真菌，初步鉴定为黑曲霉(Aspergillus niger.)．该菌为好氧菌，最佳生长和最佳降解氧乐果的条件相同，均为30℃，pH5．5，可利用氧乐果作为唯一磷源进行生长．在氧乐果与葡萄糖共存的分批培养过程中，黑曲霉B1对葡萄糖与氧乐果的代谢表现为典型的顺序利用特性。1优先利用葡萄糖为菌体生长的碳源和能源，在葡萄糖浓度降至0．1g/L时，黑曲霉B1对氧乐果的降解速率明显增加，培养5d对1g/L氧乐果的降解率可达55．75％。
烷烃降解基因alk研究进展 • 很多微生物都可以利用直链烷烃作为唯一碳源和能源，目前对该代谢机理的遗传学研究已相当深入。其典型菌株Pseudomonas putida可利用C6～C12的烷烃，编码这些参与烷烃降解的酶的基因位于两个基因簇alkBFGHJKL和alkST上，且此代谢途径受一个正反馈调节机制及两个不同的全局控制信号调控。其它可降解烷烃菌株的烷烃氧化基因与P．Putida中相应基因有较高的同源性。国内外的研究表明，alk基因可望应用于生物清污、微生物提高石油采收率及精细化工等诸多领域。
苯酚降解菌的筛选及其降解特性的初步研究 • 从某印染厂下水道的污泥中分离到一株能高效降解苯酚的菌株ph16，经初步鉴定为微球菌属(Micrococcus sp．)。该菌株最高可耐受1．5g/L左右的苯酚，对苯酚降解最适条件为pH7．0，温度35℃，苯酚浓度为1．0g/L，时间为36h，降解率可达99．6％。试验还表明Hg^+、Co^2+、Ag^2+等重金属离子对该菌株降解苯酚能力有不同程度的抑制作用。
