1、 微生物生态学在一定意义上也可称作环境微生物学，是微生物生态学在一定意义上也可称作环境微生物学，是生态学的分支学科，研究和揭示微生物系统与环境系统生态学的分支学科，研究和揭示微生物系统与环境系统（包括动植物）间的相互作用及其功能表达规律，探索（包括动植物）间的相互作用及其功能表达规律，探索其控制和应用途径。其控制和应用途径。主要研究微生物在自然界中的分布、种群组成、数量和主要研究微生物在自然界中的分布、种群组成、数量和生理生化特性；微生物之间及其与环境之间的关系和功生理生化特性；微生物之间及其与环境之间的关系和功能，以及微生物与动植物之间的相互关系和功能等。能，以及微生物与动植物之间的相互关系
2、和功能等。微生物生态学的目的是通过研究，充分了解和掌握微生微生物生态学的目的是通过研究，充分了解和掌握微生物生态系统的结构和功能，更好地发挥微生物的作用，物生态系统的结构和功能，更好地发挥微生物的作用，更充分地利用微生物资源，为解决人口膨胀、资源匮乏、更充分地利用微生物资源，为解决人口膨胀、资源匮乏、能源短缺和环境污染问题，特别是为解决环境污染问题能源短缺和环境污染问题，特别是为解决环境污染问题提供生态学理论基础和方法、技术手段等，为我国经济提供生态学理论基础和方法、技术手段等，为我国经济可持续发展提供决策依据。可持续发展提供决策依据。第一节 土壤微生物生态土壤微生物生态 土壤是微生物的天然培
3、养基土壤是微生物的天然培养基 一一.土壤的生态条件土壤的生态条件（一）营养（有机物、无机元素、微量元素）（一）营养（有机物、无机元素、微量元素）（二）（二）pH（适合大多数微生物生长需要）（适合大多数微生物生长需要）（三）渗透压（对微生物是等渗溶液或低渗溶液，有利（三）渗透压（对微生物是等渗溶液或低渗溶液，有利于微生物摄取营养）于微生物摄取营养）（四）氧气和水（团粒结构，有小孔隙为土壤创造通气（四）氧气和水（团粒结构，有小孔隙为土壤创造通气条件；具有良好的持水性）条件；具有良好的持水性）（五）温度（保温性好）（五）温度（保温性好）（六）免遭太阳光中紫外辐射（六）免遭太阳光中紫外辐射 二、微生物
4、在土壤中的种类、数量与分布（一）土壤中微生物的种类和数量 肥土中微生物数量大于贫瘠土中微生物数量 细菌 放线菌 真菌 藻类 原生动物Microbial number and biomass in cultivated field soil（15 cm）MicrobesNumbers/gBiomass(g/m3）Bacteria108160Fungi105200Actinomycetes105-106160Algae104-10532Protozoa10438（二）微生物在土壤中的分布 土壤中微生物水平分布取决于碳源 土壤中微生物垂直分布与紫外辐射、营养、水、温度等因素有关。5-20cm 数量最
5、多 逐渐减少，2m深处几个/克Main types of soil microorganismsAgrobacteriumAlcaligenesArthrobacter节细菌属 BacillusCaulobacter柄杆菌属Cellulomonas纤维单胞菌属 Clostridium梭菌属 Corynebacterium棒状杆菌属Flavobacterium黄杆菌属 MicrococcusMycobacteriumPseudomonasStaphylcoccus三、土壤自净和污染土壤的微生物生态三、土壤自净和污染土壤的微生物生态 土壤自净 土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降
6、解的能力，通过各种物理、化学和生物过程分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程。土壤自净能力取决于微生物的种类、数量和活性，也取决于土壤的结构、通气状况等理化性质。四、土壤污染与土壤生物修复四、土壤污染与土壤生物修复（一）土壤的污染与不良后果 1.土壤的污染 土壤污染主要来自含有毒物和重金属的污水农田灌溉和土土壤污染主要来自含有毒物和重金属的污水农田灌溉和土地处理，固体废物堆放和填埋等的渗滤液，底下储油罐泄地处理，固体废物堆放和填埋等的渗滤液，底下储油罐泄露以及喷洒农药等。露以及喷洒农药等。土壤污染的类型 土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污染物的土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污染
7、物的属性来考虑，一般可分为有机物污染、无机物污染、属性来考虑，一般可分为有机物污染、无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。生物污染和放射性物质的污染。（1 1）有机物污染）有机物污染:石油、有机农药等；石油、有机农药等；（2 2）无机物污染：）无机物污染：重金属污染等；重金属污染等；（3 3）生物污染：）生物污染：细菌、真菌等；细菌、真菌等；（4 4）放射性污染：）放射性污染：放射性核素等。放射性核素等。2.土壤污染的危害（1 1）影响人体和生物健康）影响人体和生物健康:土壤可以通过食物链影响土壤可以通过食物链影响人体健康；人体健康；（2 2）影响农产品的产量和质量：）影响农产品的产量和质量
8、：植物可从污染土壤中植物可从污染土壤中吸收污染物，从而引起代谢失调，生长发育受阻或导吸收污染物，从而引起代谢失调，生长发育受阻或导致遗传变异。致遗传变异。（3 3）影响生态系统安去：）影响生态系统安去：通过生态系统的能量流动和通过生态系统的能量流动和物质循环影响整个生态系统。物质循环影响整个生态系统。ConfiningUnit Water tableSaline WaterLateralintrusion of saline water OceanMunicipalwater well Abandonedoil wellDeepAquiferpondInfiltration ofpestici
9、des andfertilizers fromfarmlands Brine leakage from ruptured well casingseptic tank leakage Fresh water Accidental fuel spill Municipal landfill Leakage from hazardous waste siteContaminated shallow well Leakingpetroleumtank ConfiningUnit 例如例如19661966年冬至年冬至19771977年春，沈阳年春，沈阳抚顺污水灌区抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来张
10、土灌区的镉污染，发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施，才逐步恢复其部分生产力，付品种等各种措施，才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。出了大量的劳力和代价。（二）土壤修复 土壤修复的研究始于土壤修复的研究始于2020世纪世纪7070年代，年代，8080年代欧美年代欧美耗资十几亿美元至上千亿美元投入土壤修复工作，耗资十
11、几亿美元至上千亿美元投入土壤修复工作，取得较好的成果。取得较好的成果。土壤的生物修复是利用土壤中天然的微生物资源土壤的生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异性功能或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异性功能菌投加到土壤中，将滞留的污染物快速降解和转菌投加到土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的天然功能。化，恢复土壤的天然功能。1.土壤生物修复的工作步骤 调查污染地的本底资料 制订治理方案，进行可行性实验 技术实施 2.土壤生物修复技术的关键 微生物(土著微生物、菌种选育、质粒育种或基因工程菌)微生物营养（C：N：P）溶解氧（鼓风、过氧化氢）微生物的环境
12、因子（水、pH、温度）污染土壤修复工作流程污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳定 3.土壤生物修复工程 微生物修复法 原位生物修复：将污染土壤在原地处理。异位生物修复：包括现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器和厌氧生物修复法。植物修复技术淋洗机械分离装置30m3/h处理能力淋洗修复工程土地耕作土地耕作Composting生物通风生物通风强化堆置强化堆置一般混合处理油污染土壤高浓度污染土壤低浓度污染土壤无污染土壤回填清洁土壤土壤淋洗表面活性剂污染土壤洗净土壤洗净水油水分离油层吸附处理或回收材料废弃
13、材料水层排水处理排水处理处理水达标排放原位或异位生物修复营养盐加热系统污染土壤Air石油污染修复一般流程一、空气的生态条件一、空气的生态条件干燥、紫外线干燥、紫外线 微生物的暂时存在场所微生物的暂时存在场所二、空气微生物的种类、数量和分布二、空气微生物的种类、数量和分布空气微生物的来源很多空气微生物的来源很多尘土、水滴、人和动物脱落物、污水处理系统、尘土、水滴、人和动物脱落物、污水处理系统、与环境状况有关与环境状况有关与人类活动有关与人类活动有关空气微生物没有固定类群空气微生物没有固定类群存活时间长的有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、原生动物胞囊存活时间长的有芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子、原生动
14、物胞囊第三节 空气微生物生态 三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术 空气是传播疾病的媒介。需要控制空气中微生物数量 细菌总数为指标 室内空气中细菌总数卫生标准（GB/T 17093-1997）四、空气微生物检测四、空气微生物检测 固体法 平皿沉降法：琼脂平板暴露空气琼脂平板暴露空气510min，3748hr培养培养 撞击法：液体法 五、军团菌病五、军团菌病1976年美国宾夕法尼亚州费城全美退伍军人大会召开期间，4000多名与会者中的221人患了不明原因的肺炎，其中34人死亡。由于患者主要是退伍军人，故称此病为军团菌病。病原菌为嗜肺军团菌。广泛分布于自然界
15、，特别是水中。目前得知军团菌科军团菌属共有47个种，70多个血清型，其中与人类关系最为密切的是嗜肺军团菌，由它引起的肺炎，一旦发病或流行而未经妥善处理与及时治疗，病死率很高。国际上该病又有现代文明病之称。目前世界上已有30多个国家均报道有军团菌病的暴发流行。WHO已把军团病列入常规疾病监测范围。军团菌属是一类需氧的G杆菌，专性需氧，无芽孢，无荚膜，长1-2um，有一至数根极或次极鞭毛，与其它G杆菌不同的是，该菌细胞壁均具有独特的脂肪酸谱和泛醌结构。该菌在普通培养基及血平板上不生长。本菌的生长需要半胱氨酸和铁，利用氨基酸作为能量和碳的来源，既不发酵也不氧化糖类，不还原硝酸盐，氧化酶试验阴性或弱阳
16、性，触酶试验阳性或弱阳性，尿素酶阴性，最适生长pH值为6.9。在含2%-5%CO2的培养箱环境中能促进部分菌株的生长。第四节 水体微生物生态 一、水体微生物来源 水体中固有微生物 来自土壤 来自生产和生活的微生物 来自空气的微生物 二、水体的微生物群落二、水体的微生物群落 海洋中的微生物群落海洋中的微生物群落 嗜冷、嗜盐或耐盐、耐压嗜冷、嗜盐或耐盐、耐压（二）淡水微生物群落（二）淡水微生物群落 1.来源来源:土壤、雨水土壤、雨水 2.数量和种类：数量和种类：贫营养细菌（贫营养细菌（oligotrophic bacteria）兼性贫营养细菌兼性贫营养细菌 富营养细菌富营养细菌 硫细菌、铁细菌、色
17、杆菌属硫细菌、铁细菌、色杆菌属 微球菌属微球菌属三、水体自净和污染水体的微生物生态（一）水体自净 天然淡水水体是人类生活和工业生产用水的水源，也是动植物生长繁殖的场所。在正常情况下，在其中存在着正常的生物循环即食物链。以河流为例，水中的各种生物构成的食物链一般是这样一种模式：阳阳光光 一一级级生生产产者者 原原生生动动物物 轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物 鱼鱼 其其他他动动物物 异异养养细细菌菌 废废物物、排排泄泄物物 人人 污染物进入水体后是否发生污染几乎完全取决于食污染物进入水体后是否发生污染几乎完全取决于食物链中各种生物对于污染物的净化能力。污染物量物链中各种生物对于污染物的净化能力
18、。污染物量在一定范围内时，可以被食物链生物净化掉，这一在一定范围内时，可以被食物链生物净化掉，这一过程就是水体的自净。过程就是水体的自净。定义：把天然水体接纳了一定量的污染物后，在物理、定义：把天然水体接纳了一定量的污染物后，在物理、化学和水生生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢化学和水生生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前状态的现象，复到污染前状态的现象，：稀释、沉淀：稀释、沉淀 （弱）（弱）：日光、氧气等对污染物的分解：日光、氧气等对污染物的分解（弱）（弱）：生物降解：生物降解 （强）（强）水体自净速度有哪些限制因素？水体自净速度有哪些限制因素？物理？物理？流量、流速、污染物
19、物理性质流量、流速、污染物物理性质 化学？化学？地域、季节、天气地域、季节、天气 生物？生物？代谢的极限速度、生物种类、数量（营养物浓度、环代谢的极限速度、生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）境因子）因此水体的自净能力是有限的。在正常情况下，水体因此水体的自净能力是有限的。在正常情况下，水体单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为的最大数量称为 水体自净过程大致如下 a.物理作用物理作用有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；b.生物作用生物作用 溶氧溶氧 河流污染和自净过程河流污染和自净过程 例如例如 污染前
20、污染前 净化开始净化开始 持续持续 结束结束:植物植物 消失消失 藻类、原生藻类、原生 鱼虾鱼虾 植物植物 鱼鱼 动物出现动物出现 出现出现 鱼鱼 可作为指示生物的生物种类很多，包括细菌、真菌、可作为指示生物的生物种类很多，包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等。寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等。污化系统是水体污染程度的划分系统。污化系统是水体污染程度的划分系统。通常将水体污染水体划属为不同的污染带类型。通常将水体污染水体划属为不同的污染带类型。颤蚯蚓是后生动物颤蚯蚓是后生
21、动物蠕虫中的一种，与蠕虫中的一种，与陆地上的蚯蚓从体陆地上的蚯蚓从体态和习性上都十分态和习性上都十分相似，他们也是环相似，他们也是环节动物，栖息于水节动物，栖息于水底污泥中，与蚯蚓底污泥中，与蚯蚓类似吞食污泥故俗类似吞食污泥故俗称水蚯蚓，与蚯蚓称水蚯蚓，与蚯蚓不同的是，他们体不同的是，他们体表多毛。表多毛。类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向-中中污污带带1 水水为为灰灰色色，溶溶解解氧氧少少，为为半半厌厌氧氧状状态态，有有机机物物量量减减少少，BOD 下下降降；2 水水面面上上有有泡泡沫沫和和浮浮泥泥，有有 NH3、氨氨基基酸酸及及H2S。臭臭味味。20601 生生物物种种
22、类类比比多多污污带带稍稍多多。细细菌菌数数量量较较多多，每每毫毫升升水水约约有有几几千千万万个个。2 出出现现有有蓝蓝藻藻、裸裸藻藻、绿绿藻藻，原原生生动动物物有有天天蓝蓝喇喇叭叭虫虫、美美观观独独缩缩虫虫、椎椎尾尾水水轮轮虫虫、臂臂尾尾水水轮轮虫虫及及栉栉虾虾等等。*3 底底泥泥已已部部分分无无机机化化，滋滋生生了了很很多多颤颤蚯蚯蚓蚓。天蓝喇叭虫天蓝喇叭虫 椎尾水轮虫椎尾水轮虫 栉虾栉虾类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向-中中污污带带1 有有机机物物较较少少，BOD 和和悬悬浮浮物物含含量量低低，溶溶解解氧氧浓浓度度升升高高；2 NH3和和H2S分分别别氧氧化化为为N0
23、3和和 S042-，两两者者含含量量均均减减少少。8201 细细菌菌数数量量减减少少，每每毫毫升升水水只只有有几几万万个个。2 藻藻类类大大量量繁繁殖殖，水水生生植植物物出出现现。*3 原原生生动动物物有有固固着着型型纤纤毛毛虫虫如如：独独缩缩虫虫、聚聚缩缩虫虫等等活活跃跃，轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物及及昆昆虫虫出出现现。类类型型外外观观BIP生生物物特特征征河河流流流流向向 寡寡污污带带1 有有机机物物全全部部无无机机化化，BOD 和和悬悬浮浮物物含含量量极极低低，水水的的浑浑浊浊度度低低，溶溶解解氧氧恢恢复复到到正正常常含含量量。2 H2S消消失失；3 河河流流自自净净过过程程已已
24、完完成成的的标标志志 081 细细菌菌极极少少；2 出出现现鱼鱼腥腥藻藻、硅硅藻藻、黄黄藻藻、钟钟虫虫、变变形形虫虫、旋旋轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物、水水生生植植物物及及鱼鱼。*前节晶囊轮虫前节晶囊轮虫 蚤状水蚤蚤状水蚤 大型水蚤大型水蚤 鱼腥蚤鱼腥蚤玫瑰旋轮虫玫瑰旋轮虫 水体有机污染指标 BIP指数 无叶绿素微生物占所有微生物的百分比。细菌总数 总大肠菌群 粪大肠菌群四、水体富营养化第五节第五节 碳循环碳循环 碳循环以二氧化碳为中心，二氧化碳被植物、藻类利用进行光合作用，合成植物性碳；动物以以植物性碳为食，将其转变为动物性碳；动物和人呼吸放出二氧化碳，有机碳化合物被厌氧和好氧微生物分
25、解所产生的二氧化碳均回到大气。而后，二氧化碳再一次被植物利用进入循环。Carbon cycle 什么是纤维素？什么是纤维素？纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，每个纤维素分子含纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，每个纤维素分子含140010000个葡萄糖基（个葡萄糖基（1-4糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等市垃圾等，其中均含有大量纤维素。，其中均含有大量纤维素。纤维素在微生物酶的催化下沿下列途径分解：纤维素在微生物酶的催化下沿下列途径分解：含碳化合物的转化 纤纤维维素素酶酶 纤纤维维二二糖糖酶酶纤纤维维素素 纤纤维维二二糖糖 葡葡
26、萄萄糖糖 糖糖酵酵解解 ATP 好好氧氧分分解解 H2O CO2葡葡萄萄糖糖 丙丙酮酮丁丁醇醇发发酵酵 丙丙酮酮+丁丁醇醇+CO2+H2 厌厌氧氧发发酵酵 丁丁酸酸发发酵酵 丁丁酸酸+乙乙酸酸+CO2+H2三三羧羧酸酸循循 环环厌厌氧氧发发酵酵 好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人
27、造纤维废水存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。中含半纤维素。好氧分解好氧分解 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。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。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。什么是淀粉？什么是淀粉？葡糖糖高聚物葡糖糖高聚物（1-4糖苷键糖苷键 直链；直链；1-6糖苷键糖
28、苷键 支链；）支链；）水中来源：水中来源：以粮食作原料的工厂废水以粮食作原料的工厂废水例如淀粉厂废水、酒厂废水，印染废水、抗生素发酵废水及生活例如淀粉厂废水、酒厂废水，印染废水、抗生素发酵废水及生活污水等均含有淀粉。污水等均含有淀粉。淀粉如何被微生物降解？淀粉如何被微生物降解？首先在微生物分泌的淀粉酶作用下水解为葡萄糖，然首先在微生物分泌的淀粉酶作用下水解为葡萄糖，然后被吸收作为微生物的能源物质氧化产能。后被吸收作为微生物的能源物质氧化产能。具有淀粉酶的微生物主要有具有淀粉酶的微生物主要有：枯草芽孢杆菌和根霉、枯草芽孢杆菌和根霉、曲霉曲霉。其他微生物则主要进行淀粉水解产物葡萄糖的。其他微生物则
29、主要进行淀粉水解产物葡萄糖的进一步分解。进一步分解。什么是木质素？什么是木质素？木质素是植物木质化组织中的带有氧基丙烷支链的一木质素是植物木质化组织中的带有氧基丙烷支链的一种或多种芳香族聚合物。极难降解，有毒污染水环境。种或多种芳香族聚合物。极难降解，有毒污染水环境。水中来源：水中来源：造纸和人造纤维废水造纸和人造纤维废水 降解微生物：降解微生物：真菌（主要）真菌（主要）干朽菌、蘑菇干朽菌、蘑菇 细细 菌菌（少）（少）假单胞菌的个别种假单胞菌的个别种 相比而言真菌分解木质素比细菌快，但与糖类分解的相比而言真菌分解木质素比细菌快，但与糖类分解的速度相比则慢得多。速度相比则慢得多。脂肪是甘油与脂肪
30、酸所形成的酯，存在于动、植物体中，是人和脂肪是甘油与脂肪酸所形成的酯，存在于动、植物体中，是人和动物的能量来源，可作为微生物的碳源和能源。动物的能量来源，可作为微生物的碳源和能源。水中来源：毛水中来源：毛纺、毛条厂废水、纺、毛条厂废水、油脂油脂厂废水、厂废水、肉肉联厂联厂废水、制废水、制革革厂废水含有大量油脂厂废水含有大量油脂 降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌 丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌 真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉 途径：途径：水解水解+氧化氧化 它是F.Knoop在1904年实验
31、证明的。它经历脂肪酸活化，脱氢，水化，再脱氢和硫解等几个步骤。其氧化产物乙酰CoA经三羧酸循环，氧化磷酸化最后代谢完全。脂肪酸脂肪酸-氧化氧化在有ATP，Mg2+和HSCoA存在下，脂肪酸经脂酰CoA合成酶催化、活化成脂酰CoA。脂酰CoA在其脱氢酶催化下，在其，-位上脱氢，形成2,3-反式烯脂酰CoA。FADH2进入氧化呼吸链，产生2ATP。2,3-反式烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶催化下，水化生成L（+）-羟脂酰CoA。L（+）-羟脂酰CoA在其脱氢酶催化下，脱氢生成-酮脂酰CoA，辅酶为NAD+。NADH（H+）进入氧化呼吸链，产生3ATP。在HSCoA存在下，-酮脂酰CoA经硫解酶催
32、化，形成乙酰CoA和比原脂酰CoA少两个C原子的脂酰CoA。习 题 计算计算1mol软脂酸（软脂酸（16C）经经-氧化，三羧酸循氧化，三羧酸循环和呼吸链完全氧化成环和呼吸链完全氧化成CO2和水时，所得和水时，所得ATP的摩尔数。的摩尔数。答案答案 什么是石油？什么是石油？石油是含有烷烃（石油是含有烷烃（30%）、环烷烃（）、环烷烃（46%）、芳香烃）、芳香烃（28%）及少量非烃化合物的复杂混合物。）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。行业的工业废水中。石油中的各种成分由于分子结构不同
33、，降解速度也不一样，石油中的各种成分由于分子结构不同，降解速度也不一样，降解速度大小上有以下规律。降解速度大小上有以下规律。链中等长度（链中等长度（C10C24）链很长的（链很长的（C24以上）以上）短链短链 （因有生物毒性）（因有生物毒性）直链支链直链支链（支链多的支链少的）（支链多的支链少的）不饱和饱和不饱和饱和 烷烃芳烃烷烃芳烃 链末端有季碳原子的烃以及多环芳烃极难降解或不降解链末端有季碳原子的烃以及多环芳烃极难降解或不降解 降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200多种多种 细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆
34、菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌 酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母 霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属 藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻 +O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化氧化 CO2+H2O CH2-COOH +R-COOH 以环己烷为例以环己烷为例 通常一些微生物只能将环烷变为通常一些微生物只能将环烷变为环己酮环己酮，另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两种微生物的协同作用下将环己烷才能被彻底降解。两种微生物的协同作用下将环己烷才能被彻底降解。OH O O +O2+2H 2H +O2+2
35、H H2O H2O +H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2+H2O OH种类：种类：酚、间甲酚、邻苯二酚、苯、二甲苯、异丙苯、异丙甲酚、间甲酚、邻苯二酚、苯、二甲苯、异丙苯、异丙甲苯、萘、菲、蒽等苯、萘、菲、蒽等水中来源：水中来源：炼油厂、煤气厂、焦化厂、化肥厂等的废水炼油厂、煤气厂、焦化厂、化肥厂等的废水芳香烃普遍具有生物毒性，但在一定浓度范围内它们可以不同芳香烃普遍具有生物毒性，但在一定浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。程度的被微生物分解。以下是目前已知降解不同芳香烃的细菌类别以下是目前已知降解不同芳香烃的细菌类别
36、苯苯类类 酚酚类类萘萘菲菲 蒽蒽微微生生物物名名 称称荧荧光光假假单单胞胞菌菌、铜铜绿绿色色假假单单胞胞菌菌及及苯苯杆杆菌菌铜铜 绿绿 色色 假假 单单 胞胞菌菌、溶溶条条假假单单胞胞菌菌、诺诺卡卡氏氏菌菌、球球形形小小球球菌菌、无无色色杆杆菌菌及及分分枝枝杆杆菌菌菲菲杆杆菌菌、菲菲芽芽孢孢杆杆菌菌荧荧光光假假单单脑脑菌菌和和铜铜绿绿色色假假单单胞胞茵茵、小小球球菌菌及及大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解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，可表示如下的后半段是相同
37、的，可表示如下:苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 邻邻苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 +O2 +O2 +2H 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循环环 CO2+H2O 乙乙酰酰辅辅酶酶A 种类：种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、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。杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？由于微生物已有的降解酶不认识其结构和化学键序列，由于微生物已有的降解酶不认识其结构和化学键序列，不能有效的催化反应将其降解。不能有效的催化反应将其降解。是人工合成的有
38、机氯化物是人工合成的有机氯化物 用用 途途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）热载体、油墨等都含有）危危 害：害：有毒，是有毒，是一种致癌因子一种致癌因子长期的自然诱变作用下，一些微生物的突变菌种已经可以降解多长期的自然诱变作用下，一些微生物的突变菌种已经可以降解多氯联苯，目前从自然界以及实验室诱变出的此类突变菌既有好氧氯联苯，目前从自然界以及实验室诱变出的此类突变菌既有好氧菌也有厌氧菌。菌也有厌氧菌。降降 解解 菌：菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体以及沙雷氏菌
39、的突变体根据表面活性剂在水中的电离特征，洗涤剂可分为阴离子型、阳根据表面活性剂在水中的电离特征，洗涤剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四大类。离子型、非离子型、两性电解质四大类。我国目前生产的洗涤剂属于我国目前生产的洗涤剂属于。较早开发的。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：）：CH3 CH3 CH3|NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3|CH3 CH3 3甲基分支干扰生物降解，链末端与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个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强击的能力更强。危害：危害：ABS可
40、以在天然水体中可以在天然水体中存留存留800h以上以上，使得接纳，使得接纳他的水体长时间保持表面活性，他的水体长时间保持表面活性，产生大量泡沫产生大量泡沫，引起一，引起一系列的问题。系列的问题。为使洗涤剂易于生物降解，人们将为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线的结构改变为线性的直链性的直链 由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。NaSO3 CH （CH2）9 CH3|CH3 细细 菌菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 放线菌
41、放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。因而洗涤剂一因而洗涤剂一般不会引起环境的污染般不会引起环境的污染。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化问题，目前已经开发出无的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化问题，目前已经开发出无磷洗涤剂系列，有望解决这一问题。磷洗涤剂系列，有望解决这一问题。COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末端端氧氧
42、化化-氧氧化化、脱脱磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 开开环环分分 解解 SO3-苯苯乙乙酸酸CO2+H2O 提问：塑料在环境中积累有哪些危害？提问：塑料在环境中积累有哪些危害？危害：危害：（1）土地板结）土地板结（2）被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，）被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动物，数目之多令人触目惊心。物，数目之多令人触目惊心。（3）影响景观）影响景观 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解目前发现能降解塑料的微生物，种类
43、很少，而且降解速度缓慢。他们主要是速度缓慢。他们主要是、。提问：对于难降解的有机合成物应该如何生物处理？提问：对于难降解的有机合成物应该如何生物处理？（1）或或通过减少塑料分子甲基分支、卤代基团的数量，增强其通过减少塑料分子甲基分支、卤代基团的数量，增强其生物降解性；生物降解性；英国、美国和日本都已开发出用产碱菌制造出的多羟基聚脂塑料。英国、美国和日本都已开发出用产碱菌制造出的多羟基聚脂塑料。美国甚至将产碱菌美国甚至将产碱菌DNA中控制多羟基聚脂生成的基因传移到了植物中控制多羟基聚脂生成的基因传移到了植物上，据预测到了上，据预测到了21世纪末，可以实现从田地中生长塑料取代用石油世纪末，可以实现
44、从田地中生长塑料取代用石油制造的塑料。这种方法将有望完全解决塑料污染问题。制造的塑料。这种方法将有望完全解决塑料污染问题。如如杀虫剂、除草剂等杀虫剂、除草剂等 化学成分：化学成分：有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的简单烃骨架。它取代物的简单烃骨架。相比较其它取代基团而言，微生物对卤素取代基往往不适应，因相比较其它取代基团而言，微生物对卤素取代基往往不适应，因而随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。而随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。水中来源：水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水农田土壤的灌溉水或雨水 危害：危害
45、：生物毒性生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）（急性、慢性、致癌、致畸变）最典型的一个例子就是杀虫剂最典型的一个例子就是杀虫剂DDT（二氯二苯三氯乙烷），二氯二苯三氯乙烷），由于由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于DDT不溶不溶于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。链在逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。降解农药的微生物：降解农药的微生物：这些微生物往往这些微生物往往将农药逐级降解。将农药逐级降解。第六节
46、氮循环 自然界中氮素蕴藏量丰富，以三种形态存在：分子氮N2，占大气的78%；有机氮化合物；无机氮化合物（氨氮和硝氮）。尽管分子氮和有机氮含量多，但植物不能直接利用，只能利用无机氮。微生物、植物和动物三者的协同作用下将三种形态的氮相互转化，构成氮循环，其中微生物起着重要作用。自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，这是自然界的氮素循环是各种元素循环的中心，这是由于氮元素在整个生物界中所处的重要地位所决由于氮元素在整个生物界中所处的重要地位所决定的。微生物又是整个氮素循环的中心，尤其是定的。微生物又是整个氮素循环的中心，尤其是一些固氮微生物更可称作开辟整个生物圈氮素营一些固氮微生物更可称作开辟整个生
47、物圈氮素营养源的养源的“先锋队先锋队”。氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五种：氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五种：铵盐、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和氮气。亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和氮气。在以上五种形式的氮素进行循环转化过程中，微生物起在以上五种形式的氮素进行循环转化过程中，微生物起着关键的作用。着关键的作用。Nitrogen cycle 种类很多种类很多好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌 兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌
48、变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌)。（好好氧氧菌菌）O2氧氧化化脱脱氨氨蛋蛋白白质质 胨胨 肽肽 进进入入细细胞胞 羧羧酸酸+NH3+H2S H2还还原原脱脱氨氨 （厌厌氧氧菌菌）|细细胞胞外外水水解解|氨氨化化作作用用|氧氧化化羧羧酸酸 CO2+H2O 作作为为氮氮源源参参与与同同化化代代谢谢NH3 亚亚硝硝酸酸细细菌菌 硝硝酸酸细细菌菌NH3 HNO3 HNO3 硝硝酸酸盐盐 +O2 +O2|硝硝化化作作
49、用用|硫硫磺磺细细菌菌 硫硫化化细细菌菌H2S S H2SO4 硫硫酸酸盐盐 +O2 +O2在这一系列作用下蛋白质大部分被无机化，还有一部分组成了微生物的躯体。在这一系列作用下蛋白质大部分被无机化，还有一部分组成了微生物的躯体。细菌细菌尿八叠球菌、尿小球菌、尿素芽孢杆菌等。尿八叠球菌、尿小球菌、尿素芽孢杆菌等。尿素降解机理很简单，只有一种酶参与反应的催化。尿素降解机理很简单，只有一种酶参与反应的催化。NH2 尿素酶尿素酶 O=C +2H2O （NH4）2CO3 2NH3+CO2+H2O NH2 厌氧硝酸盐呼吸（反硝化细菌）厌氧硝酸盐呼吸（反硝化细菌）+2H +2H +H HNO3 HNO2 H
50、NO 1/2N2 H2O H2O H2O 4.固氮作用固氮作用 在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转在固氮微生物的固氮酶催化作用下，把分子氮转化为氨，进而合成为有机氮化合物。化为氨，进而合成为有机氮化合物。N2 NH3N2 NH3N2 NH3固氮微生物固氮微生物 5.硝酸盐同化作用硝酸盐同化作用 绿色植物和多种微生物利用硝酸盐作氮素营养源，在绿色植物和多种微生物利用硝酸盐作氮素营养源，在利用过程中，硝酸盐被重新还原成利用过程中，硝酸盐被重新还原成NH4+后再被利用于后再被利用于合成各种含氮有机物，这就是硝酸盐的同化作用。合成各种含氮有机物，这就是硝酸盐的同化作用。6.铵盐同化作用铵盐同化
