9.污染环境微生物修复的生物化学原理（课件）- 《环境生物化学》同步教学（机工版·2020）

9.污染环境微生物修复的生物化学原理 1 9.1污染环境微生物 修复概念 微生物修复是利用微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程，这是狭义的定义。也可以表述为：微生物修复是利用土著的、引入的微生物和微生物制剂及其代谢过程，或其产物进行的消除或富集有毒物的生物学过程。 2 环境微生物修复技术主要由三方面的内容组成： ①利用土著微生物代谢能力的技术； ②活化土著微生物分解能力的方法； ③添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。 微生物修复技术是在人为强化的条件下，用自然环境中的土著微生物或人为投加外源微生物的代谢活动，对环境中的污染物进行转化、降解与去除的方法。微生物有容易发生变异的特点，随着新污染物的产生和数量的增多，微生物的种类随之相应增多，更显现出其多样性，这使微生物又有别于其他生物，在环境污染治理中，微生物的作用更独树一帜。 3 9.2污染环境微生物修复的机理 受污染的环境中有机物主要是通过微生物的代谢活动将其降解转化。因此，在微生物修复中首先需考虑适宜微生物的来源及其应用技术。其次，微生物的代谢活动需在适宜的环境条件下才能进行，因此我们必须人为提供适于微生物起作用的条件，以强化微生物对污染环境的修复作用。 4 9.2.1 用于生物修复的微生物 （1）土著微生物 （2）外来微生物 （3）基因工程菌 5 9.2.2 微生物对有机污染物的修复机理 1.微生物基质代谢的生理过程 异生素作为基质的代谢基本过程和其他化合物的代谢相似，可能包括如下过程： (1)向基质接近 (2)对固体基质的吸附 (3)胞外酶的分泌 (4)基质的跨膜运输过程 微生物降解有机物有两种方式：第一，通过微生物分泌的胞外酶降解；第二，污染物被微生物吸收到微生物细胞内后，由胞内降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输，被动扩散，促进扩散，基团扩散，基团转位，胞饮作用等。 6 1）主动运输:微生物在生长过程中所需要的各种营养物质主要以主动运输的方式进入细胞内部。主动运输需要消耗能量，也需要载体蛋白的参与。 2）被动扩散:扩散的速度取决于细胞膜两边该物质浓度差,不消耗能量。 3）促进扩散:在运输过程中不需要消耗能量 ,运输速度取决于细胞膜内外两边的浓度差，但促进扩散需要借助于位于细胞膜上的一种载体蛋白参与物质运输。 4）基团转位:是另一类类型的主动运输，在物质运输过程中，除了物质分子发生化学变化外，其他特点都与主动运输相同。 5）胞饮作用:其可能机制包括:第一,通过疏水表面突出物的作用把烷烃吸附到细胞表面;第二,烷烃通过孔和沟穿透坚硬的酵母细胞壁,而聚集在细胞质表面;第三,通过未修饰烷烃的胞饮作用把烷烃转移到细胞内的烷烃氧化部位。 7 (５) 细胞内代谢　一旦异生素进入细胞，就可以通过周边代谢途径被降解。这类代谢通常是有诱导性的，并且有些是由质粒编码的， 初始代谢产物通常汇集到少数一些中央代谢途径之中。 8 污染物进人环境中会通过各种途径发生迁移与转化，自然力与生物的作用是污染物发生迁移转化的最重要的力量，而稀释扩散、降解、沉积、生物富集等是转化的最主要的途径。转化可以发生在某个环境中，或者不同的环境之间，或者生物体内，或者在生物体与环境之间。总之，是在环境、污染物与生物三者构成的复合系统中的多向转化。 2.污染物质的生物迁移转化途径 9 (1)污染物质的扩散迁移 污染物质从污染源排放进入环境中，由于存在的浓度梯度，污染物质必然在环境中发生扩散，从污染源的高浓度区域向周围的低浓度区域扩散。在不受任何其他环境因子影响的条件下，扩散过程依赖于污染物质的分压差或者浓度差.污染物进人环境后,作用于污染物的环境因素很多,影响污染物扩散的因素主要是环境介质的运动。污染物质在不同类型的介质中扩散度有显著的差别,一般而言,在空气中扩散度比水中的扩散度大得多，在固体中的扩散则更难，扩散度以扩散系数表示。 10 (2) 吸附与沉积 吸附就是在两相介质的界面上发生的沉淀，包括吸持和吸收。吸持是指污染物从一种介质向固体介质表面的迁移运动，吸收是