分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维 素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
3．木质素的转化
•木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松 柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。
Lignin 木质素
木质素 空腔 纤维素
使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。 这类多 糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。
1．纤维素的转化 成分：葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含 1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。

来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤 维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。

A．微生物分解途径
影响微生物降解转化因素

物质的化学结构 共代谢作用 环境物理化学因素 降解或转化污后生成的中间体或终产物
有机污染物的微生物净化
人工合成物微生物净化
无机污染物微生物净化
Ⅰ有机污染物净化机理
净化本质：微生物转化为无机物 途径： 好氧分解与厌氧分解
好氧分解
微生物：细菌、真菌 原理：好氧有机物呼吸


SAL(水杨酸)质粒,
MDL(扁桃酸) 质粒, NAP(萘)质粒

TOL(甲苯)质粒等。
环境污染物质分解途径 ： 光分解 化学分解（自然分解） 生物分解 生物分解作用最大，具有重要地位和作用。
可生物降解性（biodegradability）：是指化合 物被生物降解的可能性及其难易程度。 分为3种类型： ①可生物降解物质：单糖、蛋白质、淀粉、核酸 等； ②难生物降解物质：这类物质能被微生物降解， 但时间较长，如纤维素、某些农药和烃类等； ③不可生物降解物质：如塑料、尼龙等。

研究的意义？
重要的实践意义：

对污染物的治理有着指导性； 可生物降解，处理后排放； 难降解的污染物，控制排放，或改革工业流程、改变 产品化学结构； 不可生物降解，停止生产。

基质的可生物氧化率
氧化率 微生物作用下的 （ 实际） 耗氧量 100% 基质完全氧化所应消耗 的（ 理论） 氧量

微生物降解试验
脱氢酶活性 在含有污染物的培养液中微生物脱氢酶活 性有所增加，则说明微生物能利用该污 染物以供生长繁殖，具有可生物降解性。
微生物降解试验
ATP

凡在含有污染物培养液中生活的微生物 体中ATP量增长，说明微生物对该污染 物可以降解。
放射性14C标记

将此种标记污染物加入消毒土壤试验或培养液微生物 降解试验中，检测土壤或水体中释放的14CO2，计算其


（三）石油的转化

提问：什么是石油？
石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的 复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事
故现场以及石化行业的工业废水中。


1．石油成分的生物降解性
与分子结构有关
A．链长度 链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链 （*？） B．链结构 直链 ? 支链 不饱和 ? 饱和 烷烃 ? 芳烃
2．降解石油的微生物

降解石油的微生物很多，据报道有200多种 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属
放线菌 —— 诺卡氏菌

酵母菌 —— 假丝酵母 霉 藻 菌 —— 青霉属、曲霉属 类 —— 蓝藻和绿藻
3．石油的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2
R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH β-氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH
2．洗涤剂

可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。 我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。较早开发 的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：
NaSO3
CH 3 | C CH2
| CH3
CH 3 | CHCH2 3
CH 3 | C CH3
|
CH3
ABS 甲基分支干扰生物降解，链末端与4个碳原子相连的季碳原 子抗攻击的能力更强。
苯和酚的代谢

苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示
苯的降解
萘 的 代 谢
菲的代谢
蒽的代谢
酚的代谢

酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后
半段是相同的，可表示如下
苯 酚 萘 菲 蒽
氧化酶 邻苯二酚 + O2
酶 + O2 酮基己二酸 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
三羧酸循环 CO2 + H2O
纤维素酶 纤维二糖酶 纤维素 纤维二糖 葡萄糖 糖酵解 厌 氧 发 三羧酸 酵 循 环 葡萄糖 丙酮丁醇发酵 丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸发酵 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2 厌氧发酵
ATP H2O CO2
好氧分解
B．分解纤维素的微生物

好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌
香豆醇
松柏醇
芥子醇
聚合 交联
*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降 自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？ 解木质素呢？
•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌; •疑似的只有软腐菌。 黄孢原平毛革菌 (Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌 的一种，隶属于担子菌纲、 同担子菌亚纲、非褶菌目、 丝核菌科。

危害：ABS可以在天然水体中存留800h以上，使这得接 纳他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。 为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线 性的直链烷基苯磺酸盐（LAS）：
常应用瓦氏（Warburg，亦称华氏）呼吸仪进 行测定。 呼吸代谢作用释放出的CO2量或消耗了的O2量

BOD5/COD ＞0.4 0.4～0.3 0.3～0.2 较快 一般
生物分解速度
举
例
甲醛、乙醛、乙酸、丙酮、丁酸、 甘油、酚等 一般城市污水、醋酸钙、棕榈酸 等 丙烯醛、丁香皂等
较慢，微生物需经驯化
用下将污染物 彻底降解——共代谢。
C．芳香烃

芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。
苯类 酚类 荧光假单胞 菌、铜绿色 微生物 假 单 胞 菌 及 名 称 苯杆菌 萘 铜绿色假单胞 菌、溶条假单胞 菌、诺卡氏菌、 球形小球菌、无 色杆菌及分枝杆 菌 菲 菲 杆 菌、菲 芽孢杆 菌 蒽 荧光假单 胞 菌和铜绿 色 假单胞菌 、 小球菌及 大 肠埃希氏菌
Ⅱ人工合成的难降解有机化合
物的生物降解

难 ———对于自然生态环境系统,如果一种化合物滞留可 达几个月或几年之久,或在人工生物处理系统 , 几小时或 几天之内还未能被分解或消除
• 种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、杀虫剂、
除草剂以及各种工艺流程中的废品等。
• 提问：为什么这些有机物难于生物降解？
＜0.2
很慢，微生物需长期驯 化
丁苯、乙戊二乙烯等
基质的生化呼吸曲线
耗 氧 量 /(mgo 2/g 污 泥)
t A
基质呼吸线
内源呼吸线
B C
时间/h
两种呼吸耗氧曲线比较
微生物降解试验
土壤消毒试验 ： 新开发的农药可生物降解性的评定
微生物降解试验
培养液中降解试验 ：
包括物理外观上的变化，诸如浊度、颜色与色度、嗅 味等； 微生物学的变化，诸如菌数、生物量及生物相等； 化学变化，如pH、COD、BOD，特别是该污染物的浓度 变化。

共代谢作用 （cometabolism ）
难降解的有机化合物不能直接作为碳源或能源物 质被微生物利用，当环境中存在其他可利用的碳源或 能源时，难降解有机化合物被利用，这样的代谢过程 称为共代谢作用。
①靠降解其他有机物提供能源：例如直肠梭菌 （Clostridium rectum）需有蛋白胨类物质存在才降解 丙体666； ②靠其他微生物协同作用：如农药二嗪农的嘧啶基环， 需链霉菌和节杆菌共同协作才能降解，两菌各自单独 存在则不起作用； ③先经别的物质诱导：如一种铜绿假单胞菌要经正庚烷 诱导才产生羟化酶系，使链烷羟基化为相应的醇。
微生物对污染物的降解与转化
Microbiology Department.
Resource & Environment Science College
SWU.
LiYong
生物降解
⒈定义：（biodegradation）：复杂有机化合物在微生 物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分 解的过程。 将有机物彻底分解至释放出无机产物CO2与 H2O，则称终极降解（ultimate biodegradation）。 通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子 结构发生某种改变、生成新化合物的过程称为 生物转化（biotransformation或bioconversion）。
为什么利用微生物？

生长速度快，生长旺盛； 数量大； 代谢类型多样化； 适应性强； 降解性的质粒(plasmid)

降解性质粒：在假单胞菌属(Pseudomonas)中发现。 它们可编码一系列能降解复杂物质的酶,从而能利用一 般细菌所难以分解的物质作碳源。 这些质粒以其所分解的底物命名, CAM(樟脑)质粒, OCT(辛烷)质粒, XYL(二甲苯)质粒,
回收率，从而评定该污染物的可生物降解性
微生物降解污染物的一般途径


矿化作用（mineralization）指有机污染物在一种或多种微生物 的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物含氮 化合物、含磷化合物、含硫化合物和含氯化合物等的过程。 矿化作用是彻底的生物降解，即终极降解； 矿化作用过程包括氧化、还原、水解、脱水、脱氨基、脱 羧基、脱卤和裂解等生化反应。