【正文】 甲苯轉(zhuǎn)化為苯甲基醇（醛） 將 4硝基甲苯轉(zhuǎn)化為苯甲基醛（醇） 使其他芳香化合物加羥基 (Delgadoetal 1992； Shields 1991)。 與共代謝相關(guān)的酶 有些酶的專一性較差，可以作用于多種底物，這樣導(dǎo)致了共代謝。由于抑制酶的作用造成了惡臭假單胞細(xì)菌不能在氯苯或 4乙基苯甲酸上生長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，共代謝產(chǎn)物幾乎全部積累。 如果第一個(gè)酶 a底物專一性較低，它可以作用許多結(jié)構(gòu)相似的底物，如 A’或 A’’，產(chǎn)物分別為 B’或 B’’。菌株互補(bǔ)分解代謝途徑的出現(xiàn)啟發(fā)人們通過(guò)遺傳工程技術(shù)構(gòu)建能夠礦化母體化合物的新菌株。 ? 珊瑚狀諾卡氏菌 (N． corallina)可以共代謝三 (或四 )甲基苯、二乙基苯、聯(lián)苯、四氫化萘和二甲基萘并產(chǎn)生多種產(chǎn)物。 有青霉屬 (Penicillium) 絲核菌屬 (Rhizoctoia)等。然而，該菌株不能利用三氯乙酸作為碳源生長(zhǎng)。 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) 表 44 某些細(xì)菌或水樣的 Ks值 基 質(zhì) 微生物源 Ks值 /(mg/L) 葡糖糖 谷氨酸鹽 麥芽糖 木糖 間甲酚 氯苯 NTA 苯酚 黃桿菌 1 黃桿菌 2 河水 氣單孢菌 溶纖維丁酸弧菌 溶纖維丁酸弧菌 天然水 天然水 天然水 廢水 26 55 270 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) 由表 44的數(shù)據(jù)可以看出 : ■ Ks的差別很大，似乎無(wú)規(guī)律可循。 ■ 微生物對(duì)基質(zhì)的降解作用以及微生物的生長(zhǎng)都要靠各種酶的催化作用。 (411) 雙曲線定律又稱 Monod方程 (1949年 )，其形式與 MichaelisMenten方程類似。 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) 表 43 有機(jī)物的生物降解作用與半衰期 在多種基質(zhì)的混合廢水中，每種基質(zhì)的去除雖以恒速進(jìn)行（零級(jí)反應(yīng)），不受其他基質(zhì)的影響，但基質(zhì)的總?cè)コ縿t為每個(gè)單一基質(zhì)去除量總和。通過(guò)半對(duì)數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，基質(zhì)濃度的對(duì)數(shù)隨時(shí)間的變化為線性關(guān)系 (圖 41b)。 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) ? 當(dāng)基質(zhì)濃度很低，又不了解系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系的情況時(shí)，可假定 n為 1（一級(jí)反應(yīng)）。 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) ? 研究動(dòng)力學(xué)過(guò)程對(duì)評(píng)價(jià)微生物系統(tǒng)降解有機(jī)物質(zhì)的能力具有重要意義。 芳香化合物上的甲基氧化產(chǎn)生的甲醇 ? 終死產(chǎn)物本身是持久性化合物（ POPs） 如：多聚兒茶酚 ? 有益的副反應(yīng)產(chǎn)物可以被其他生物利用 ? 有害的副反應(yīng)產(chǎn)物不被利用 鹵代酚由微生物的甲氧化反應(yīng)形成，有很強(qiáng)的生物積累潛力并且有毒。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 ? 基質(zhì)生物降解，除去完全礦化或共代謝作用外，還可以有遺留代謝物產(chǎn)生，它們可以被其他生物作為代謝基質(zhì)或作為共代謝基質(zhì)所利用。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 基團(tuán)轉(zhuǎn)位：細(xì)菌 PTS運(yùn)輸系統(tǒng) 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 m o le c u le t o b e t r a n s p o r t e dc h a n n e l p r o t e i nc a r r i e r p r o t e i n se x t r a c e ll u la r s p a c elip i d b i la y e rc y t o p la s ms i m p le d i f f u s i o nc h a n n e l m e d i a t e d t r a n s p o r tc a r r i e r m e d i a t e d t r a n s p o r te n e r g ye l e c t r o c h e m i c a l g r a d i e n tp a s s i v e t r a n s p o r t ( f a c i lit a t e d d i f f u s i o n )a c t i v e t r a n s p o r t基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 （五）細(xì)胞內(nèi)代謝 ? 環(huán)境污染物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后可以通過(guò)周邊代謝途徑被降解。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 促進(jìn)擴(kuò)散模式圖 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 (active transport) ? 是微生物吸收基質(zhì)的主要方式 ? 特點(diǎn) 需要特異性載體蛋白作為載體，需要能量 (質(zhì)子勢(shì)、 ATP)，溶質(zhì)和載體結(jié)合發(fā)生構(gòu)象變化，可以逆濃度梯度運(yùn)輸，從而使生活在低基質(zhì)環(huán)境中的微生物獲得營(yíng)養(yǎng)物。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 (facilitated diffusion) ? 和單純擴(kuò)散一樣，必須是從環(huán)境中的高濃度向細(xì)胞內(nèi)的低濃度擴(kuò)散，同樣不需要額外提供能量。 ? 細(xì)胞膜以四種方式控制物質(zhì)的運(yùn)輸 單純擴(kuò)散 促進(jìn)擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸 基團(tuán)轉(zhuǎn)位 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 (simple diffusion) 又稱被動(dòng)運(yùn)輸 (passive transport) ? 細(xì)胞膜這層疏水性屏障可以讓很多小分子、非電離分子尤其是親脂性分子通過(guò)物理擴(kuò)散方式被動(dòng)地通過(guò)。在低濃度下需要有積累機(jī)制。 ? 不能降解的原因 分子太大 ? 生物采取的辦法 （ 1）微生物分泌胞外酶 （ 2）將其水解成小分子量的可溶性產(chǎn)物 ? 影響胞外酶活動(dòng)性的障礙因素 胞外酶被吸附、胞外酶變性、胞外酶蛋白生物降解以及產(chǎn)物被與之競(jìng)爭(zhēng)的生物所利用。 例如 ：擔(dān)子菌垂幕菇屬 (Hypholoma)和原毛平革菌屬 (Phanerochaete)能夠 “ 探查 ” 環(huán)境，找到?jīng)]有接種過(guò)的木塊，然后在其上定殖。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 以污染物質(zhì)作為基質(zhì)的代謝基本過(guò)程和其他化合物的代謝相似，可能包括如下過(guò)程： 向基質(zhì)接近 對(duì)固體基質(zhì)的吸附 分泌胞外酶 可滲透物質(zhì)的吸收和胞內(nèi)代謝 通常采用的研究方法 用單一菌種在高濃度純品下進(jìn)行的間歇式培養(yǎng)。 真菌 單細(xì)胞酵母 面包酵母 真菌 曲霉的分生孢子 曲霉引起的真菌性角膜炎 真菌 青霉 孢子囊 黑曲霉 真菌 雙孢菇 真菌 金針菇 杏鮑菇 真菌 表 42 幾類能降解有機(jī)污染物的真菌舉例 種 類 種 屬 代表污染物 酵 母 假絲酵母屬 酵母屬 絲孢酵母屬 紅酵母屬 石油烴 石油烴 ,克霉丹 ,氨氯吡啶酸 石油烴 石油烴 霉 菌 曲霉屬 葡萄孢屬 枝孢屬 小克銀漢霉屬 石油烴 ,2,4D,撲草凈 ,敵百蟲(chóng)等 石油烴 , 撲草凈 ,西草凈等 石油烴 , 撲草凈 ,西草凈等 石油烴 , PAHs,甲霜靈 白腐菌 黃孢原毛平革菌 云芝 PAHs, PCDD PCP 藻類 藻類是含有葉綠素并能產(chǎn)生氧的光能自養(yǎng)菌 ? 生活在水中，利用 CO2合成有機(jī)物，但在黑暗時(shí)也會(huì)利用少量有機(jī)物。 ?英國(guó)利茲大學(xué)研究人員新發(fā)現(xiàn)一種愛(ài)吃工業(yè)染料的細(xì)菌。此外，人們還發(fā)現(xiàn)星狀和方形細(xì)菌。 （ 3）螺旋狀：可分為弧菌（螺旋不滿一環(huán)）和螺菌（螺旋滿 2~6環(huán)，小的堅(jiān)硬的螺旋狀細(xì)菌）。 ?德國(guó)科研人員在一座銅礦中發(fā)現(xiàn)了一種被稱為 “ 氧化鐵硫桿菌 ”的細(xì)菌，它能將大量珍貴的重金屬?gòu)膹U水中分離出來(lái)，得以重新利用，廢水經(jīng)過(guò)細(xì)菌凈化后，再用其他方法將這種細(xì)菌殺死，這樣的廢水就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何危害了。 真菌 真菌是一大類真核異養(yǎng)微生物 ? 包括：酵母 ? 霉菌 ? 大型真菌 ?能降解有機(jī)物的一些真菌列于表 42。一般分好氧分解（主要是好氧細(xì)菌活動(dòng)的結(jié)果）和厭氧分解（主要是厭氧細(xì)菌活動(dòng)的結(jié)果）。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 ?某些微生物表現(xiàn)出朝向基質(zhì)的趨向性，許多絲狀真菌表現(xiàn)為朝向基質(zhì)生長(zhǎng)。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 （三）胞外酶的分泌 一般來(lái)說(shuō)，不溶性的多聚體不論是天然的 (如木質(zhì)素 )還是人工合成的 (如塑料 )都難降解。 ? 在環(huán)境中基質(zhì)濃度很低，通常只有微摩爾級(jí)，而微生物生理學(xué)家的研究經(jīng)常在毫摩爾級(jí)。 ? 細(xì)胞膜控制著營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)入和代謝產(chǎn)物的排出。 ? 被動(dòng)運(yùn)輸在自然環(huán)境中不多，它不是主要的基質(zhì)轉(zhuǎn)移方式。 ? 這種方式只能在高營(yíng)養(yǎng)物濃度時(shí)發(fā)揮作用。 ? 基團(tuán)轉(zhuǎn)位主要作用 用于葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸等物質(zhì)的運(yùn)輸。 例如 在芳香族化合物的代謝中，通過(guò) B酮己二酸鹽途徑，進(jìn)入中央代謝途徑。 基質(zhì)代謝的生理過(guò)程 ? 終死產(chǎn)物會(huì)短暫地積累，不能繼續(xù)代謝。突變作用可使有機(jī)體不形成致死代謝物或可以抵抗致死代謝物。 ? 降解速率常數(shù)一般在實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)定 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) 通過(guò)研究基質(zhì)濃度與降解速率之間的關(guān)系，提出兩類常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑? ①冪指數(shù)定律 —— 不考慮微生物生長(zhǎng)的基質(zhì)降解模式 根據(jù)冪指數(shù)定律，降解速率與基質(zhì)濃度 n次冪成正比 (式 41)： 式中 : S為基質(zhì)濃度 k為生物降解速率常數(shù) n為反應(yīng)級(jí)數(shù) 污染物生物降解的動(dòng)力學(xué) ? 反應(yīng)可以是零級(jí)反應(yīng)，即反應(yīng)速率與任何基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，即 (41)式可以表示為： (42) 對(duì)其積分，速率定律的形式轉(zhuǎn)化為： St S0 = kt (43)