第四章有机污染物的微生物降解及环境污染修复 第一节有机污染物的微生物降解作用 、烃类有机污染物的微生物降解 烃类的微生物降解,在解决碳氢化合物环境污染方面起着重要的作用,在环 境中烃类微生物降解以有氧氧化占绝对优势。 1.正构烷烃的微生物降解 正构烷烃的降解途径有三种∵通过烷烃的末端氧化,或次末端氧化,或双端 氧化,逐渐生成醇、醛及脂肪酸,而后经β-氧化进入双羧酸循环,最终降解成 二氧化碳和水。其中以烷烃未端氧化最为常见(图4-1)许多微生物都能降解 碳原子数大于1的正构烷烃。而能降解甲烷的是一群专一性微生物,如好氧型的 甲基胞囊菌、甲基单胞菌、甲基球菌、甲基杄菌。 NADPH NADP+ CH,(CHI).CH,CH CH,(CH;),CH, CH, OH 水化酶 CH:(CH2)CHCH(OH)2一 NADH+H 脱氢酯 脂肪酸β-氧 TCA循环 CO,+H,O 图4-1烷烃末端氧化降解过程 2.烯烃的微生物降解 烯烃的微生物降解途径主要是烯烃的饱和末端氧化,再与正构烷烃相同的途 径成为不饱和脂肪酸;或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化合物,再经
1 第四章 有机污染物的微生物降解及环境污染修复 第一节 有机污染物的微生物降解作用 一、 烃类有机污染物的微生物降解 烃类的微生物降解，在解决碳氢化合物环境污染方面起着重要的作用，在环 境中烃类微生物降解以有氧氧化占绝对优势。 1．正构烷烃的微生物降解 正构烷烃的降解途径有三种：通过烷烃的末端氧化，或次末端氧化，或双端 氧化，逐渐生成醇、醛及脂肪酸，而后经β －氧化进入双羧酸循环，最终降解成 二氧化碳和水。其中以烷烃末端氧化最为常见（图 4－1）。许多微生物都能降解 碳原子数大于 1 的正构烷烃。而能降解甲烷的是一群专一性微生物，如好氧型的 甲基胞囊菌、甲基单胞菌、甲基球菌、甲基杆菌。 2．烯烃的微生物降解 烯烃的微生物降解途径主要是烯烃的饱和末端氧化，再与正构烷烃相同的途 径成为不饱和脂肪酸；或者是烯的不饱和末端双键环氧化成为环氧化合物，再经
开环所成的二醇至饱和脂肪酸。然后,脂肪酸通过β-氧化进入三羧酸循环,降 解成二氧化碳和水(图4-2)能降解烯烃的微生物有拉小球菌、酮绿色板毛菌 等。 3.苯及同系物的的微生物降解 第—,降解前期,带测链芳香烃往往先从侧链开始分解,并在单加氧酶作用 下使芳环羧基化形成双醇中间产物(如儿茶酚)第二,形成的双酚化合物在高 度专一性的双加氧酶作用下,环的二个碳原子上各加一个氧原子,使环键在邻位 或间位分裂,形成相应的有机酸。第三,得到的有机酸逐渐转化为乙酰辅酶A、 虎伯酸等,从而进入三羧酸循环,最后降解成氧化碳和水。苯系列化合物能被 假单胞菌、分枝杆菌、不动杄菌、节杄菌、芽孢杄菌、诺卡氏菌等氧化降解(图 4-3 HOCH: (CH,). CH=CH, 加氧喜 CH,(CH, ) CH-CH 促反应 HOOC(CH; ) CH- CH, 水化一CH2(CH1)CH-cH CH,(CH,), CH COOH 猪肪酸β-氧化 TCA循环 I CO,+H, O 图42烯烃微生物降解途径 2
2 开环所成的二醇至饱和脂肪酸。然后，脂肪酸通过β －氧化进入三羧酸循环，降 解成二氧化碳和水（图 4－2）。能降解烯烃的微生物有拉小球菌、酮绿色板毛菌 等。 3．苯及同系物的的微生物降解 第一，降解前期，带测链芳香烃往往先从侧链开始分解，并在单加氧酶作用 下使芳环羧基化形成双醇中间产物（如儿茶酚）。第二，形成的双酚化合物在高 度专一性的双加氧酶作用下，环的二个碳原子上各加一个氧原子，使环键在邻位 或间位分裂，形成相应的有机酸。第三，得到的有机酸逐渐转化为乙酰辅酶 A、 虎伯酸等，从而进入三羧酸循环，最后降解成二氧化碳和水。苯系列化合物能被 假单胞菌、分枝杆菌、不动杆菌、节杆菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌等氧化降解（图 4－3）
COOH (儿茶會) 顺-顺粘康酸) 粘康酸内酯 COOH CH, COS CoA HOOC(CH); COOH 烯醇内) TcA循环 图4-3苯的微生物降解途径 4.二、三环芳香烃的微生物降解 萘、蒽、菲等二环和三环芳香烃化合物,微生物降解途径是先经过包括单加 氧酶在内的若干步骤生成双酚化合物,再在双加氧酶作用下逐渐开环形成侧链, 而后按直链化合物方式氧化,最终分解成二氧化碳和水(图4-4 mH→ OH降解同 上例苯 (菲) (水杨酸) (儿茶酚) →①H 图4-4二、三环芳烃的微生物降解 、农药的微生物降解 1.有机氯农药的微生物降解 以2,4-D乙酯为例,其生物降解途径如图4-5。其它此类农药的微生物 降解与其类同。能降解此类农药的微生物有球形杄菌、聚生孢噬纤维菌、绿色产 色链霉菌、黑曲菌等
3 4．二、三环芳香烃的微生物降解 萘、蒽、菲等二环和三环芳香烃化合物，微生物降解途径是先经过包括单加 氧酶在内的若干步骤生成双酚化合物，再在双加氧酶作用下逐渐开环形成侧链， 而后按直链化合物方式氧化，最终分解成二氧化碳和水（图 4－4）。 图 4－4 二、三环芳烃的微生物降解 二、农药的微生物降解 1．有机氯农药的微生物降解 以 2，4－D 乙酯为例，其生物降解途径如图 4－5。其它此类农药的微生物 降解与其类同。能降解此类农药的微生物有球形杆菌、聚生孢噬纤维菌、绿色产 色链霉菌、黑曲菌等
图4-6是土壤中已知的各种微生物降解DDT过程的简要概括。DDT由于 分子中特定位置上的氯原子而难于降解。因此,在微生物还原脱氯霉作用下,脱 氯和脱氯化氢成为DDT降解的主要途径。如所示,DDT转化为DDE及DDD是 其最通常的降解产物。DDE及其稳定。DDD还可以通过上述途径形成一系列脱 氯型化合物,如DDNS、DDNU等。此外还可由微生物氧化酶作用使DDT和 DDD羧基化,分解形成三氯杀螨醇和FW-152。DDT在厌氧条件下降解较快。 可降解DDT的微生物主要有互生毛菌、镰孢菌、木霉、产气气杆菌等。 2.有机磷农药的微生物降解 图4-7为对硫磷的可能降解途径。所包括的酶促反应类型有:氧化(I) 表现为硫代磷酸酯的脱硫氧化,如对硫磷转化为对对氧磷;水解(I):相应脂 键断裂形成对硝基苯酚、乙基硫酮磷酸酯酸、乙基磷酸酯酸、磷酸以及乙醇;还 原(Ⅲ):包括硝基变为氨基,对硝基苯酚变为氨基苯酚 H2C-C-0--CH2 H2C-C--OH H2O 「COz、H20 水解 HoCH2 CH3 2O2,-2C02,-H20 -OH Oz COOH 脱氯酶 双加氧酶 CO2、H2O 图4-5微生物降解2,4-D乙酯基本途径
4 图 4－6 是土壤中已知的各种微生物降解 DDT 过程的简要概括。DDT 由于 分子中特定位置上的氯原子而难于降解。因此，在微生物还原脱氯霉作用下，脱 氯和脱氯化氢成为 DDT 降解的主要途径。如所示，DDT 转化为 DDE 及 DDD 是 其最通常的降解产物。DDE 及其稳定。DDD 还可以通过上述途径形成一系列脱 氯型化合物，如 DDNS、DDNU 等。此外还可由微生物氧化酶作用使 DDT 和 DDD 羧基化，分解形成三氯杀螨醇和 FW-152。DDT 在厌氧条件下降解较快。 可降解 DDT 的微生物主要有互生毛菌、镰孢菌、木霉、产气气杆菌等。 2．有机磷农药的微生物降解 图 4－7 为对硫磷的可能降解途径。所包括的酶促反应类型有：氧化（I）， 表现为硫代磷酸酯的脱硫氧化，如对硫磷转化为对对氧磷；水解（II）：相应脂 键断裂形成对硝基苯酚、乙基硫酮磷酸酯酸、乙基磷酸酯酸、磷酸以及乙醇；还 原（III）：包括硝基变为氨基，对硝基苯酚变为氨基苯酚
H I(b) (DDE) (三氯杀螨醇) (DDT) H acaa〈 Chc H (DDMU) (FW-152) (DDD) I(a) H H (DDNU) (DDMS) H I(a):还原脱氯酶脱氯 Ⅱ(b):还原锐氯酶氯化氢 Ⅲ:氧化酶 (DDOH) (DDNS) H CHCI (DDA) 图4-6微生物降解DDT的简要图示
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