微生物与重金属间的相互作用及其应用研究
重金属对微生物毒性效应研究
武汉工业学院毕业论文论文题目：重金属对微生物毒性效应研究姓名学号院系化学与环境工程学院专业环境工程指导教师2010年5月15日目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1.前言 (1)1.1 重金属对微生物毒性研究现状 (1)1.2 本实验研究的目的和意义 (3)2．大肠杆菌、荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌的简介 (4)2.1 大肠杆菌的简介 (4)2.2 荧光假单胞菌的简介 (4)2.3 枯草芽孢杆菌的简介 (5)3．汞，铬，镉，铅对大肠杆菌，荧光假单胞菌，枯草芽孢杆菌毒性的实验研究 (7)3.1 细菌在重金属污染下存活数量 (7)3.1.1 实验材料和仪器 (7)3.1.2 实验步骤 (7)3.1.3 结果与分析 (7)3.2 细菌在受到重金属污染后在细胞水平上的研究 (9)3.2.1实验材料和仪器 (9)3.2.2 实验步骤 (9)3.2.3 结果与分析 (10)3.3 单细胞凝胶实验 (12)3.3.1 实验材料和仪器 (12)3.3.2 实验步骤 (12)3.3.3 结果与分析 (13)4．微生物和重金属相互作用的应用范围及发展前景 (15)4.1 微生物和重金属相互作用的应用范围 (15)4.1.1 重金属污染的微生物学评价 (15)4.1.2 微生物在环境保护中的应用 (15)4.2 重金属和微生物相互作用的发展前景...................．16 谢辞 (17)参考文献 (18)摘要微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而成为人类最宝贵、最具开发潜力的资源库之一。
作为分解者，微生物在地球生态系统的物质循环过程中起着“天然环境卫士”的作用。
众所周知，重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害作用，本次实验是以四种常见的重金属离子+2H g、+6Cd、+2P b对大肠杆菌、荧光假单Cr、+2胞菌、枯草芽孢杆菌三种细菌生长过程的毒性研究。
微生物对环境中重金属的吸附及生物降解
微生物对环境中重金属的吸附及生物降解在我们生活的环境中，很多地方都存在重金属等有害物质的污染，导致土壤、水体等环境受到严重影响，甚至危及人类健康。
然而，我们会发现，一些微生物却具备对这些有害物质的吸附和降解能力，这成为了环境治理领域的一项重要研究方向。
一、微生物在重金属吸附方面的应用重金属的吸附过程是指重金属离子与吸附材料（如土壤、纳米纤维素等）间的吸附作用，而微生物则是这种吸附材料的一种，在重金属污染环境治理中也被广泛运用。
在微生物的体内，有一些微生物菌株已经被证明具备吸附重金属的能力，例如铜绿假单胞菌、重链菌等。
它们通过吸附重金属离子，将它们从环境中移除，从而达到治理环境污染的目的。
除了这些细菌外，还有一些微生物可以利用其特殊的结构吸附重金属，例如藻类等，它们通过细胞壁对重金属的吸附能力较强，被广泛运用于水体环境中的治理。
此外，还有一些微生物可以在某些环境条件下产生某种化学物质，使重金属产生沉淀作用，达到环境治理的效果。
二、微生物在重金属生物降解方面的应用除了吸附，微生物还具备对重金属的生物降解功能，这是指微生物通过其酶的作用，将重金属离子转化为可吸附或可溶性的物质，减少重金属对环境的危害，促进环境治理的效果。
目前，已经发现了一些微生物可以在自然环境中生长，同时还能进行重金属的生物降解。
例如一些能产生硫酸的细菌，可以加速重金属的溶解和转化，从而起到生物去除污染的作用。
另外，一些外泌物（extracellular compounds）也能促进重金属的生物降解。
这些物质包括胞外聚合物、蛋白质、多糖等，在微生物生命周期的不同阶段产生，能够吸附排放到环境中的重金属，并通过生物降解降低其危害程度。
三、微生物在环境治理方面的前景微生物在环境治理方面的应用前景非常广阔。
随着环境污染问题日益严峻，人类需要更为有效的治理方法，而微生物治理则成为了一种越来越受到重视的方法。
与传统的物理化学处理方法相比，微生物治理在技术、成本和效果方面具备很大的优势。
微生物对环境重金属的富集与转化研究
微生物对环境重金属的富集与转化研究重金属污染是当前环境问题中的一个严重挑战，它对生态系统和人类健康造成了巨大的威胁。
然而，微生物作为自然界中普遍存在的微小生物，拥有丰富多样的代谢途径，可以在环境中富集和转化重金属元素。
本文将探讨微生物在环境重金属富集和转化中的重要作用，并介绍相关研究进展。
一、微生物的重金属富集机制重金属富集是指微生物通过吸附、吸收或累积重金属元素，将其从环境中富集到自身体内的过程。
微生物可以利用细胞表面的特殊结构或代谢产物与重金属离子发生吸附作用，从而实现富集。
此外，一些微生物还可以通过运输蛋白将重金属离子主动吸收进入细胞内。
二、微生物对重金属的还原与氧化微生物在环境中能够对重金属元素进行还原和氧化反应，从而改变其化学形态和活性。
一些微生物可以利用重金属离子作为电子受体进行呼吸作用，将其还原为低毒或无毒的形态，减少其对环境和生物的危害性。
同时，部分微生物也可以将无毒的重金属化合物氧化成有毒的形态，导致环境中重金属污染的加剧。
三、微生物的重金属螯合与沉淀微生物通过产生特殊的分泌物质，如螯合剂和沉淀剂，与重金属元素形成稳定的络合物或沉淀物。
这些络合物或沉淀物可以有效地降低重金属元素在环境中的活性和迁移性，减少其对生态系统的危害。
四、微生物对重金属的解毒与转化微生物通过代谢途径中相关酶的作用，将重金属元素转化成低毒或无毒形态，从而起到解毒的作用。
一些微生物可以将重金属离子结合到有机分子中，形成不溶性的复合物，减少其对生物体的毒性影响。
此外，一些微生物还可以利用重金属元素作为辅助因子参与新陈代谢或重要生物过程。
五、微生物对环境重金属的生物修复研究基于对微生物在重金属富集与转化中的重要作用的认识，人们逐渐开始将微生物应用于环境重金属的生物修复。
通过选择具有重金属耐受性和转化能力的微生物菌株，人工引进微生物来降低环境中重金属的浓度，从而减轻重金属对生态系统的危害。
六、未来研究展望微生物在环境重金属的富集与转化中发挥着重要而独特的作用，但其具体机制和影响因素仍需要进一步探索和研究。
微生物与土壤中重金属污染物的相互作用研究
微生物与土壤中重金属污染物的相互作用研究近年来，随着工业化进程的加快和人类活动的不断增多，土壤中重金属污染问题日益严重。
而微生物作为土壤生态系统中的重要组成部分，对于土壤中重金属污染物的去除和修复具有重要的作用。
本文将介绍微生物与土壤中重金属污染物的相互作用及其研究进展。
一、微生物对重金属污染物的吸附和蓄积研究表明，微生物可以通过吸附和蓄积重金属离子来减少土壤中重金属的有效性。
微生物细胞表面的物质（如蛋白质、多糖等）可以与重金属发生静电作用或化学键结合，从而使其离子态被稳定下来。
此外，微生物体内的一些独特结构（如细胞壁和细胞膜）也具有一定的吸附能力，可与重金属之间形成络合物，减少其毒性。
二、微生物对重金属的还原和氧化作用微生物在土壤中的代谢过程中，可以通过还原和氧化作用影响土壤中重金属的形态和毒性。
有些微生物如硫酸还原菌可以将土壤中的重金属离子还原成不溶性盐态沉淀，从而减少重金属的活性。
而另一些微生物如铁细菌则可以氧化土壤中的可溶性金属离子，使其转化为不可溶态的氧化物或羟化物，从而降低其可溶性和毒性。
三、微生物参与重金属的迁移和转化过程微生物在土壤中的活动还可以调控重金属的迁移和转化过程。
例如，某些细菌和真菌可以分泌有机酸和胞外多糖等物质，与土壤中的重金属形成络合物，促进重金属的迁移。
同时，微生物的运动和代谢活动也可以改变土壤的物理和化学性质，间接影响重金属的迁移和转化。
四、微生物修复重金属污染土壤的应用研究基于微生物在重金属污染修复中的重要作用，研究者们开始利用和开发微生物技术来修复污染土壤。
目前，常见的微生物修复方法包括菌根菌修复、植物-微生物协同修复和基于基因工程的微生物修复等。
这些方法可以有效地减少土壤中重金属的含量，恢复土壤的生态功能，但仍存在着一些技术难题和风险，需要进一步的研究和实践。
综上所述，微生物与土壤中重金属污染物之间存在着复杂的相互作用关系。
微生物可以通过吸附和蓄积、还原和氧化、迁移和转化等方式影响土壤中重金属的形态和分布，从而影响其毒性和生物有效性。
微生物对土壤中重金属污染物的影响研究
微生物对土壤中重金属污染物的影响研究重金属污染是当今环境问题中的一个重要方面。
许多废水和废气中含有大量的重金属，它们会进入土壤并影响生物的生长和发展。
然而，微生物在土壤中具有重要的生物地球化学作用，可以对土壤中的重金属进行转化和去除，从而减轻土壤污染的程度。
本文将探讨微生物对土壤中重金属污染物的影响，并介绍其作用机制和应用前景。
一、微生物对重金属的转化作用微生物可将土壤中的重金属离子转化成可溶性有机络合物或不溶性沉淀物，从而减少其毒性和迁移性。
一些微生物具有还原、氧化、沉淀和吸附等特性，可以转化土壤中的重金属形态。
举例来说，硫酸还原菌可以将重金属离子还原成金属沉淀物，硫醇基功能化微生物可以通过产生硫醇将重金属离子络合成沉淀物。
这些微生物的作用有助于将重金属离子固定在土壤中，减少其对生物体的毒性影响。
二、微生物对重金属的去除作用微生物可通过吸附、螯合、沉淀和矿化等途径将重金属离子从土壤中去除。
一些细菌和真菌可以通过草酸、胞外多糖和胞内蛋白质等物质与重金属离子螯合，从而减少其毒性。
此外，微生物还可通过沉淀作用使重金属离子形成不溶性沉淀物，进而进行去除。
一些微生物还具有矿化功能，可以将重金属转化为无毒的无机形态，从而完全去除其对环境的污染。
三、微生物的应用前景由于微生物在土壤中处理重金属污染中具有独特的优势，因此其应用前景广泛。
一方面，微生物修复可以在原地进行，不需要对土壤进行大规模开挖和运输，因此具有较低的成本和环境风险。
另一方面，微生物修复对土壤生态环境的破坏相对较小，能够保持土壤的水、肥结构，并且不会产生二次污染。
此外，微生物修复适用于不同类型的土壤和不同程度的污染，具有较高的适应性和灵活性。
然而，微生物修复技术在实际应用中还存在一些问题和挑战。
首先，不同微生物对不同重金属的转化和去除效果存在差异，因此需要针对具体的重金属污染物选择适宜的微生物种类。
其次，微生物修复过程需要一定的时间和环境条件，无法实现即时修复。
微生物对环境重金属污染的生物检测与修复研究
微生物对环境重金属污染的生物检测与修复研究重金属污染是当下全球环境问题中的一个重要议题，严重影响到生态系统的健康和人类的生存环境。
而微生物，在环境重金属污染的检测与修复中发挥着重要作用。
本文将就微生物在环境重金属污染检测与修复研究方面的进展进行探讨。
一、微生物在环境重金属污染检测中的应用环境中的微生物对重金属污染有着高度敏感性，这使得它们成为了一种理想的生物指示器。
通过检测微生物种群结构和活性变化，可以准确快速地评估环境中重金属污染的程度和影响范围。
常用的微生物检测方法包括：微生物培养方法、16S rDNA测序技术、蛋白质组学等。
这些方法的应用使得检测结果更为准确可靠，为环境重金属污染的监测提供了较好的手段。
二、微生物在环境重金属污染修复中的作用机制微生物在环境重金属污染修复中起到了关键的作用。
一方面，微生物能够通过被动吸附重金属离子的方式将其从环境中去除。
另一方面，一些微生物具有抗重金属污染的能力，它们能够将重金属化合物还原成较为稳定的形态，从而减少重金属的毒性。
此外，微生物还能与重金属形成络合物，降低重金属的活性。
这些机制使得微生物在环境重金属污染修复中具有巨大的潜力。
三、微生物在环境重金属污染修复中的应用案例微生物修复技术在环境重金属污染修复中已经得到了广泛的应用。
例如，某研究团队通过在污染土壤中引入一种具有重金属耐受性的菌株，成功将重金属离子固定在土壤中，达到了修复污染土壤的目的。
另外，一些微生物菌株被广泛应用于废水中重金属的去除，通过微生物的净化作用，使废水中的重金属浓度得到了明显的降低。
这些应用案例的成功，充分展示了微生物在环境重金属污染修复中的潜力。
四、微生物在环境重金属污染修复中存在的问题与挑战虽然微生物在环境重金属污染修复中具有巨大的潜力，但仍然存在一些问题和挑战。
例如，微生物修复技术的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
此外，不同微生物对重金属的抗性和耐受性存在差异，因此选择合适的微生物菌株也是一个挑战。
微生物降解重金属污染物机理与应用研究
微生物降解重金属污染物机理与应用研究重金属污染是当前环境问题的一个重要方面，它对人类健康和环境造成严重威胁。
然而，微生物降解被证明是一种有效且可持续的解决重金属污染的方法。
本文将探讨微生物降解重金属污染物的机理，并介绍其在实际应用中的研究进展。
微生物是一类微小生物体，包括细菌、真菌和藻类等。
它们可以利用多种机制将重金属从环境中去除。
首先，微生物可以通过吸附作用将重金属离子结合到其细胞表面。
这是一种物理吸附过程，可以快速去除大量的重金属污染物。
此外，微生物还可以通过生物吸附将重金属离子从溶液中吸附到其胞内。
这种生物吸附过程通常是通过微生物细胞表面的生物聚合物（如蛋白质和多糖）实现的。
微生物通过这种方式可以有效地去除溶液中的重金属离子。
其次，微生物还可以利用还原和氧化反应将重金属离子转化为不溶于水的化合物。
这些化合物可以以固体形式沉淀下来，从而实现重金属污染物的去除。
微生物通过这种方式可以将重金属转化为硫化物、氧化物、碳酸盐等形式，从而有效降低了重金属的溶解度。
微生物的降解过程涉及多种酶的参与。
这些酶可以通过氧化、还原、脱羧、脱氨等反应将重金属污染物降解为较小的分子，从而达到去除重金属的目的。
例如，细菌中的金属还原酶可以将溶液中的重金属离子还原为不溶于水的金属形式。
微生物降解重金属污染物的应用已经得到广泛研究和实践。
一种常见的应用是使用微生物去除废水中的重金属污染物。
研究表明，通过添加合适的微生物菌种和优化处理条件，可以显著降低废水中重金属的浓度。
此外，微生物降解重金属污染物还可以应用于土壤修复。
通过在受重金属污染的土壤中引入适宜的微生物，可以促进土壤中重金属的转化和迁移，从而实现土壤的修复和植被的恢复。
为了更好地应用微生物降解重金属污染物，一些策略和技术也被提出和发展。
例如，使用基因工程技术可以改造微生物的代谢途径，使其对特定重金属污染物具有更高的降解效率。
此外，还可以利用生物技术筛选出高效的微生物菌株，并通过培养和改良提高其降解重金属的能力。
微生物对环境中重金属的吸附与去除研究
微生物对环境中重金属的吸附与去除研究重金属污染是当前环境问题中的一个重要课题，对生态系统和人类健康造成了严重影响。
而微生物在生态系统中广泛存在，且具有较强的吸附和去除重金属的能力。
本文将重点研究微生物对环境中重金属的吸附与去除，并探讨其机制和应用前景。
一、微生物对重金属的吸附机制微生物对重金属的吸附是通过表面功能基团与重金属离子之间的相互作用实现的。
常见的吸附机制包括吸附剂之间的物理相互作用、静电相互作用、配位作用、离子交换等。
1. 物理相互作用：微生物表面的电荷、溶胀性以及微生物与重金属之间的范德华力等物理性质的差异，导致微生物表面与重金属之间发生物理吸附。
2. 静电相互作用：微生物表面的带电性质与重金属之间的静电相互作用是微生物吸附重金属的重要机制。
不同微生物表面的电荷性质不同，可以吸附不同类型的重金属。
3. 配位作用：微生物表面附着有像羟基、羧基、氨基等含有可配位的官能团，可以与重金属形成配位键，实现重金属的吸附。
4. 离子交换：微生物表面的阳离子可以与重金属离子发生离子交换。
微生物表面的阳离子通过与重金属形成络合物，进而实现重金属的吸附。
二、微生物对重金属的去除机制微生物对重金属的去除主要通过化学和生物两个方面的机制实现。
化学机制包括微生物代谢作用产生的细胞外、细胞内离子、配体和酶等物质与重金属相结合，从而实现重金属的沉淀、还原、氧化等过程。
生物机制则是通过微生物自身对重金属的吸附和吸收，将重金属去除。
1. 微生物代谢产物的作用：微生物在代谢过程中产生的有机酸、胞外封闭物质等可以降低重金属的溶解度，进而促进其沉淀。
2. 活性生物降解：微生物通过酶促反应产生的还原剂，如硫化氢、亚硝酸等，可以将重金属离子还原为较不活跃的形态，从而实现去除。
3. 吸附和富集：微生物对重金属离子具有高度亲和力，可以通过微生物体内的表面及胞内沉积形态，将重金属吸附和富集。
三、微生物吸附与去除重金属的应用前景1. 环境修复：利用微生物对重金属的吸附和去除能力，可以有效地修复受到重金属污染的土壤和水体。
重金属污染对土壤微生物群落结构的影响
重金属污染对土壤微生物群落结构的影响重金属污染是近年来全球环境面临的主要问题之一。
其对土壤微生物群落结构的影响也逐渐受到关注。
本文将论述重金属污染对土壤微生物群落结构的影响与其机制，并从进行有效治理的角度提出建议。
一、重金属污染对土壤微生物群落结构的影响1. 重金属污染导致土壤微生物群落数量减少重金属污染会影响土壤微生物的生长和繁殖，甚至导致微生物死亡，因此会导致土壤微生物的数量减少。
沉积物、土壤微生物孔隙和土壤胶体颗粒表面几乎覆盖着重金属，以致于土壤中的微生物受到重金属的直接毒害。
2. 重金属污染影响土壤微生物群落的多样性研究表明，重金属污染会影响土壤微生物的种类分布和多样性，使得土壤微生物群落多样性降低。
该现象是由于重金属污染催化微生物之间的竞争，有些微生物会由于耐受性差而死亡或被淘汰，进而造成相对稳定的土壤微生物群落。
3. 重金属污染影响土壤微生物代谢特性重金属污染不仅导致土壤微生物数量减少和多样性下降，还会影响土壤中微生物的代谢特性。
研究发现，重金属例如镉、汞等会降低土壤微生物的呼吸速率、碳氮比等代谢特性。
在某些情况下，重金属污染会导致特定微生物菌株的菌丝分化减少和液滴分泌增加，影响微生物的生长速率。
二、重金属污染导致土壤微生物群落结构变化的机制1. 毒性作用重金属污染对土壤微生物的毒性作用是导致微生物死亡和数量减少的主要原因。
由于土壤中存在的微生物种类络绎不绝，其对重金属的敏感度也各不一样，这就导致土壤微生物群落的复杂性和多样性下降。
2. 影响微生物的代谢重金属的毒性作用主要由微生物代谢过程引起，它改变微生物代谢、酶系统、蛋白质合成和DNA结构。
一些微生物通过代谢产生化合物，并对环境产生影响来拓展土壤微生物群落的多样性，降低重金属污染对微生物的毒性效应。
3. 影响微生物之间的相互作用研究表明，重金属污染还将影响微生物之间的相互作用，从而导致土壤微生物群落结构的变化。
对重金属敏感的微生物会因缺乏合适的营养来源而慢慢死亡，占优势的重金属耐受微生物会不断增多，从而导致土壤微生物群落结构的改变。
微生物对重金属污染物降解的机制研究与环境治理
微生物对重金属污染物降解的机制研究与环境治理重金属污染是当今环境问题中的一大挑战，对生态系统和人类健康造成了严重威胁。
在环境治理领域中，微生物因其独特的降解机制成为了重金属污染物治理的有效手段。
本文将介绍微生物降解重金属污染物的机制研究，并探讨其在环境治理中的应用。
一、微生物降解重金属污染物的机制研究微生物对重金属污染物的降解机制主要包括吸附、还原、解毒和转化等过程。
1. 吸附：微生物表面的吸附剂能够吸附重金属离子，将其从水体中去除。
这一过程主要发生在微生物的细胞壁上，通过离子交换和配位作用实现重金属离子的吸附。
2. 还原：某些微生物能够通过还原反应将重金属离子还原为金属形式，从而改变其毒性和溶解度。
这一过程通常需要电子供体的提供，微生物通过代谢产生的还原力完成还原反应。
3. 解毒：微生物通过分泌解毒酶降低重金属污染物的毒性。
解毒酶能够与重金属离子结合，形成不可溶的沉淀物，从而减少其对环境和生物的危害。
4. 转化：某些微生物能够将重金属离子转化为无毒或低毒的形式。
例如，一些微生物可以将有机汞转化为无机汞，从而减少其毒性和潜在危害。
二、微生物降解重金属污染物的环境治理应用微生物降解重金属污染物的机制研究，为环境治理提供了重要的参考和应用基础。
下面将介绍微生物在不同环境中的治理应用。
1. 废水处理：微生物菌群能够降解废水中的重金属离子，使其达到排放标准。
通过调节环境条件，如温度、pH值和营养物浓度等，可以提高微生物降解重金属污染物的效率。
2. 土壤修复：微生物在土壤中的活动可以降解土壤中的重金属污染物，从而减轻其对植物生长的抑制作用。
通过添加特定菌剂或改变土壤环境，可以增强微生物对重金属的修复能力。
3. 植物共生：某些微生物与植物根系形成共生关系，促进了植物对重金属污染物的吸收和积累。
这一方式被广泛应用于重金属污染地区的植物修复工程中。
4. 生物矿化：微生物能够将重金属离子转化为可溶性沉积物，从而降低其在环境中的迁移和转化。
微生物在重金属离子废水处理中的研究和应用
微生物在重金属离子废水处理中的研究和应用废水是人类活动中不可避免的副产物，其中重金属离子是污染物之一，会给人类生活环境和生物带来严重的危害。
为了减轻重金属离子的污染，迫切需要发展一种新型的、有效的处理方法。
微生物处理技术是一种可持续发展的技术，不仅能有效降低污染物的浓度，而且还可以节约成本。
微生物法是以微生物的生物降解活动为主要功能，利用微生物群落的相互作用、选择性吸附和代谢产物的化学作用，有效减少重金属离子废水中重金属离子的含量。
当前，对微生物在重金属离子废水处理中的研究已经取得了许多实用性的结果，可以归纳为以下三个方面：（1）确定重金属离子降解微生物耐受阈值。
研究表明，重金属离子降解微生物通常可以在不同的浓度范围中存活和活跃，从而有效地减少重金属离子的浓度。
（2）开发重金属离子降解微生物的配方。
从微生物工程的角度，可以根据重金属离子废水的特点，开发合适的微生物配方，以提高重金属离子降解微生物的活性。
（3）优化水质，减少重金属离子的浓度。
除了重金属离子降解微生物的研究，科学家们还在发展水质优化技术以优化微生物生物降解过程，减少重金属离子的浓度。
重金属离子处理废水的应用包括铜镉处理工艺、生物膜过滤处理工艺、生物活性污泥处理工艺和真菌处理工艺等。
铜镉处理工艺是一种重金属离子废水处理技术，采用微生物表面吸附和生物膜过滤作用，有效降低重金属离子的浓度。
生物膜过滤处理工艺是一种结合了生物和物理处理的水处理技术，采用微生物的吸附效应和代谢产物的化学活性来有效分离重金属离子。
生物活性污泥处理工艺通过利用污泥中含有的生物活性物质，包括酶、多肽、琼脂等，有效净化重金属离子废水，减少重金属离子的浓度。
最后，真菌处理技术是利用正常或致病真菌的降解活性，以及它们产生的调节剂和化学催化剂，可以有效清除重金属离子废水中的污染物。
总而言之，重金属离子废水的微生物处理具有多种处理方案和有效的处理效果，可以有效减轻重金属离子污染。
微生物群落对环境重金属的耐受性研究
微生物群落对环境重金属的耐受性研究随着人类工业和农业的发展，环境污染已经成为全球关注的焦点问题。
其中，重金属污染是一种常见的污染形式，它不仅对人类健康构成威胁，而且对土壤、水体和大气等自然环境产生了极大的影响。
解决重金属污染问题已成为环境保护领域的重要任务之一。
但是，重金属的清除成本高昂，且难以彻底清除，因此，寻找一种生物技术来解决重金属污染问题成为了重要的研究方向之一。
而微生物群落在这一领域有着巨大的潜力，本文将简要介绍微生物群落对环境重金属的耐受性研究进展。
一、微生物群落的定义微生物指的是生长在土壤、水、大气等环境中的生物体，包括细菌、真菌、病毒、甚至原生动物等。
微生物群落是指共同生活在特定环境中的微生物种群。
微生物群落与环境之间相互作用，共同维持着生态系统的平衡，因此对环境污染的监测，微生物是非常重要的指标生物。
此外，微生物群落还具有多样性、适应性强等特点，在清除环境重金属污染方面有着广泛的应用前景。
二、微生物群落对环境重金属的耐受性重金属离子是一种有毒物质，在微生物生长和代谢过程中，会影响其正常功能，甚至导致其死亡。
但是，一些微生物群落对重金属具有一定的抵抗性，这种情况被称为微生物群落对重金属的“耐受性”。
a. 影响微生物对重金属的耐受性因素微生物群落对重金属的耐受性不仅与其自身特性有关，而且还受到环境因素的影响。
以下是影响微生物对重金属的耐受性因素。
1. 菌株特性：一些微生物物种天生对重金属的耐受性较高，例如铜绿假单胞菌、酸硫杆菌，这主要是因为它们自身有一些可以清除重金属离子的酶。
2. pH 值：pH 值是微生物生长过程中非常重要的因素之一，当 pH 值较低时，重金属的毒性会更大，此时微生物对重金属的耐受性会降低。
3. 重金属浓度：在重金属浓度较高的环境下，微生物群落对重金属的耐受性会weaker。
因此，在重金属污染地区，微生物种群会出现变化或消失。
4. 温度：当温度过高或过低时，微生物会失去对重金属的耐受力。
微生物与土壤中重金属污染物的相互作用研究
微生物与土壤中重金属污染物的相互作用研究近年来，随着工业化进程的加快和人类活动的不断扩大，土壤中重金属污染问题日益突出。
重金属污染不仅对土壤质量和生态环境造成了严重威胁，还对人类健康产生了潜在风险。
而微生物作为土壤中的重要组成部分，与土壤中的重金属污染物之间存在着复杂的相互作用关系。
首先，微生物在土壤中对重金属污染物具有一定的修复能力。
研究表明，某些微生物可以通过吸附、离子交换、螯合等方式，将土壤中的重金属污染物转化为难溶性盐或稳定的络合物，从而减少其毒性和迁移性。
例如，一些细菌和真菌可以分泌出一些特殊的有机物质，与重金属形成络合物，从而降低其毒性。
此外，微生物还可以通过代谢作用，将重金属污染物转化为无毒或低毒的物质，进一步减轻其对土壤和生态环境的影响。
其次，土壤中的重金属污染物也对微生物的生态功能和多样性产生了影响。
重金属污染物的存在会改变土壤微生物的生存环境，抑制微生物的生长和繁殖，降低微生物的活性和代谢能力。
一些重金属离子还可以与微生物细胞内的酶、蛋白质等生物分子结合，导致其功能失活或降解，从而影响微生物的生态功能。
此外，重金属污染物还会导致土壤微生物群落的结构和组成发生变化，减少微生物的多样性和稳定性，降低土壤的生态功能。
另外，微生物与土壤中的重金属污染物之间还存在着一种相互促进的关系。
一方面，微生物可以通过降解有机物质释放出一些有机酸和胞外多糖等物质，促进重金属污染物的溶解和释放。
这些物质可以与重金属形成络合物，增加其在土壤中的可溶性和迁移性。
另一方面，重金属污染物的存在也可以刺激土壤中的微生物代谢和生长，促进微生物的活性和功能发挥。
例如，一些重金属离子可以作为微生物的营养源，促进微生物的生长和代谢活动。
综上所述，微生物与土壤中重金属污染物之间存在着复杂而密切的相互作用关系。
微生物既可以通过吸附、螯合、代谢等方式修复土壤中的重金属污染，又可以受到重金属污染物的抑制和影响。
此外，微生物还可以通过释放物质促进重金属的溶解和迁移，同时重金属污染物的存在也可以刺激微生物的生长和代谢活动。
微生物对水质中重金属的吸附与去除
微生物对水质中重金属的吸附与去除重金属污染是当前全球面临的一大环境问题。
重金属通过工业废水、农业污染等途径进入水体，对人类健康和生态系统造成严重威胁。
然而，微生物作为一类广泛存在于自然界的微小生物体，具有较强的生物吸附能力，被广泛应用于水质中重金属的吸附与去除，具有重要的环境意义。
一、微生物的吸附机制微生物通过其细胞表面的各种功能基团实现对重金属的吸附。
其中，胞外聚合物如多糖、蛋白质和脂质等是微生物吸附金属离子的重要物质基础。
多糖和蛋白质通过其官能基与重金属之间的化学键结合，形成稳定的络合物。
此外，微生物表面的胞外酶和微生物自身的酶也参与了吸附过程，通过酶解重金属络合物，进一步增强了吸附效果。
二、微生物的吸附特性微生物的吸附特性包括亲和性、选择性和容量性。
亲和性是指微生物对重金属的吸附能力，受到微生物表面功能基团种类和数量的影响。
选择性指微生物对不同重金属的吸附能力存在差异，不同的微生物对不同种类的重金属表现出不同的亲和性。
容量性是指微生物对重金属的吸附量，与微生物的生长状态、环境条件等相关。
三、微生物的应用微生物在水质中重金属去除方面的应用主要包括生物吸附和生物沉淀两种方式。
生物吸附是指微生物细胞表面的胞外聚合物吸附金属离子，实现重金属的去除。
生物沉淀是指微生物通过吸附重金属形成沉淀物，从而将重金属从水体中去除。
这两种方式都可以通过调控微生物的生长条件、改变废水中的pH值和温度等因素来提高其吸附和去除效果。
四、微生物对重金属的去除效果与应用前景微生物对重金属的吸附和去除效果受到多种因素的影响，包括微生物菌株的选择、废水中重金属浓度和溶液pH值等。
不同的微生物菌株对不同种类的重金属表现出不同的去除效果。
目前，已有许多微生物被广泛研究用于水质中重金属的去除，如蓝绿藻、酵母菌等。
微生物在水质中重金属去除方面具有较高的效果和应用前景。
总结：微生物作为一类具有重金属吸附能力的微小生物体，通过细胞表面功能基团和酶等实现对重金属的吸附。
微生物与环境中的重金属污染
微生物与环境中的重金属污染重金属污染是当代环境面临的严重问题之一。
重金属对环境和人类健康产生严重影响，因此需要寻找有效的治理方法。
微生物在解决重金属污染方面具有独特的优势，并被广泛应用。
本文将探讨微生物在环境中处理重金属污染方面的重要作用，并介绍一些相关的应用案例。
一、微生物的种类及其在重金属污染处理中的作用微生物是一类非常复杂的生物体，包括细菌、真菌和藻类等。
在重金属污染处理中，微生物可以发挥以下作用：1. 重金属吸附：许多微生物具有吸附重金属离子的能力，可以通过吸附将重金属离子从水体或土壤中去除。
这是一种相对简单而有效的处理方法。
2. 生物还原：某些特殊的微生物具有还原重金属离子的能力，将其还原为元素状态，从而减少对环境的污染。
生物还原在处理重金属污染土壤中具有很高的应用潜力。
3. 生物沉淀：有些微生物可以通过产生沉淀物的方式将重金属转化为不溶性沉淀物，从而使重金属固定在土壤或水体中，减少其活性和毒性。
二、微生物在重金属污染处理中的应用案例1. 铜污染处理：某研究团队利用微生物的吸附能力，成功将废水中的铜离子降低到合理的安全标准。
通过添加具有吸附铜离子的微生物到废水中，可以快速、高效地去除铜离子。
2. 镉污染治理：一些微生物具有生物还原镉离子的能力。
通过培养这些微生物并将其添加到受镉污染的土壤中，可以将镉离子还原为不活性状态，有效治理镉污染。
3. 铅污染修复：使用一种特殊的微生物，可以实现生物沉淀铅污染土壤，从而减少铅污染的影响。
这种方法成本低廉且环境友好。
三、微生物在重金属污染治理中的优势和挑战微生物在重金属污染治理中具有多种优势，包括资源丰富、操作简便、成本较低等。
此外，微生物的应用还可以减少二次污染的风险，对环境和生态系统造成的影响比传统方法更小。
然而，微生物在重金属污染治理中也面临着一些挑战。
首先，不同种类的微生物对于不同的重金属有不同的处理效果，选择合适的微生物对治理效果至关重要。
微生物与重金属相互作用过程与机制研究进展
第３３卷㊀第８期２０２０年８月环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３３ꎬＮｏ.８Ａｕｇ.ꎬ２０２０收稿日期:２０１９￣０６￣２１㊀㊀㊀修订日期:２０１９￣１２￣１１作者简介:劳昌玲(１９９０￣)ꎬ女ꎬ广西北海人ꎬｌａｏｃｈａｎｇｌｉｎｇ＠１６３.ｃｏｍ∗责任作者ꎬ罗立强(１９５９￣)ꎬ男ꎬ湖北仙桃人ꎬ研究员ꎬ博士ꎬ博导ꎬ主要从事地球化学研究ꎬｌｕｏｌｉｑｉａｎｇ＠ｃａｇｓ.ａｃ.ｃｎ基金项目:国家自然科学基金项目(Ｎｏ.４１８７７５０５)ꎻ国家自然科学基金青年基金项目(Ｎｏ.２１６０７０３３)ꎻ国家重点研发计划项目(Ｎｏ.２０１６ＹＦＣ０６００６０３)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.４１８７７５０５ꎬ２１６０７０３３)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１６ＹＦＣ０６００６０３)微生物与重金属相互作用过程与机制研究进展劳昌玲１ꎬ２ꎬ罗立强１ꎬ２∗ꎬ沈亚婷１ꎬ朱㊀帅１１.国家地质实验测试中心ꎬ北京㊀１０００３７２.中国地质大学(北京)ꎬ北京㊀１０００８３摘要:重金属污染对土壤㊁地下水和农作物等会产生重大影响ꎬ并通过生物链危害人体健康.微生物在环境中广泛存在ꎬ在矿物分解㊁元素释放㊁迁移㊁沉淀和再富集过程中起着重要作用ꎬ进一步发掘对不同重金属具有耐受性的特异性菌株ꎬ探究其对重金属的解毒和耐受性的机制ꎬ可更好地为微生物用于环境修复工作提供理论依据.综述了微生物与环境中重金属的相互作用过程与机制以及微生物在修复重金属污染中的应用ꎬ结果表明:①微生物自身生长过程中产生的大量氨基酸㊁蛋白质和多肽等物质可与重金属鳌合ꎬ促进重金属的溶解和吸附过程.②重金属对微生物产生毒性影响ꎬ微生物通过氧化还原㊁生物矿化和甲基化等作用改变重金属元素的化学形态ꎬ降低重金属的毒性.③微生物对重金属的修复效果与重金属的存在形态有关ꎬ在实际应用中可先将重金属元素转化为易于被微生物吸附的形态ꎬ再利用特异性菌株进行生物修复.④根际微生物对植物吸收重金属起着重要的调控作用ꎬ但植物根系分泌物和微生物的新陈代谢产物对重金属形态及生物有效性的协同拮抗作用机制及其微观的界面过程尚未明晰ꎬ有待进一步研究.关键词:微生物ꎻ重金属ꎻ生物吸附ꎻ形态转化ꎻ生物修复中图分类号:Ｘ１７㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１￣６９２９(２０２０)０８￣１９２９￣０９文献标志码:ＡＤＯＩ:１０ １３１９８∕ｊ ｉｓｓｎ １００１￣６９２９ ２０１９ １２ ０６ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅＳｔｕｄｙｏｆＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｔｗｅｅｎＭｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍａｎｄＨｅａｖｙＭｅｔａｌＬＡＯＣｈａｎｇｌｉｎｇ１ꎬ２ꎬＬＵＯＬｉｑｉａｎｇ１ꎬ２∗ꎬＳＨＥＮＹａｔｉｎｇ１ꎬＺＨＵＳｈｕａｉ１１.ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＧｅｏａｎａｌｙｓｉｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００３７ꎬＣｈｉｎａ２.ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ(Ｂｅｉｊｉｎｇ)ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００８３ꎬＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｓａｓｅｒｉｏｕｓｉｍｐａｃｔｏｎｓｏｉｌꎬｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄｃｒｏｐｓꎬａｎｄｉｔｃａｎａｌｓｏｐｏｓｅａｈｉｇｈｒｉｓｋｔｏｈｕｍａｎｂｏｄｙｂｙｅｎｔｅｒｉｎｇｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｉｎ.Ｔｈｅｗｉｄｅｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｐｌａｙａｃｒｉｔｉｃａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｒｅｌｅａｓｅꎬｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ.Ａｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ.Ｗｅｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍꎬａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｆｉｒｓｔｌｙꎬｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｃａｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｙｃｈｅｌａｔｉｎｇｔｈｅｍｅｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈａｍｉｎｏａｃｉｄｓꎬｐｒｏｔｅｉｎｓａｎｄｐｅｐｔｉｄｅｓｃｒｅａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｇｒｏｗｔｈ.Ｓｅｃｏｎｄｌｙꎬｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｏｘｉｃｉｔｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉｅｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｔｈｒｏｕｇｈｒｅｄｏｘｒｅａｃｔｉｏｎｓꎬｂｉｏｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｉｒｄｌｙꎬｔｈｅｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｓｐｅｃｉｅｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ.Ｉｎｐｒａｃｔｉｃｅꎬｉｔｗｉｌｌｂｅｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｔｒａｉｎｓ.Ｌａｓｔｌｙꎬａｌｔｈｏｕｇｈｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓꎬｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃａｎｄａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏｂｉａｌｅｘｃｒｅｔａａｎｄｐｌａｎｔｒｏｏｔｅｘｕｄａｔｅｓꎬａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｃｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｐｌａｎｔｓａｎｄｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｒｅｓｔｉｌｌｕｎｃｌｅａｒꎬａｎｄｎｅｅｄｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍꎻｈｅａｖｙｍｅｔａｌꎻｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎꎻｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３３卷㊀㊀随着社会经济的发展ꎬ矿山开采和重金属的冶炼活动导致大量重金属进入生态系统.重金属污染对土壤㊁水和植物等产生了严重影响ꎬ并通过生物链危害人体健康.大部分重金属在达到一定浓度时会对生物体产生毒害作用.如汞㊁镉和铅会破坏细胞膜的结构ꎬ取代必需元素的结合位点ꎬ扰乱酶的功能ꎬ损害细胞功能ꎬ改变蛋白质结构ꎬ破坏组织器官和神经系统ꎬ甚至引起生物体死亡[１].环境中重金属污染的修复研究具有重要意义.传统的物理化学方法ꎬ如开挖填埋㊁土壤淋洗法㊁逆向渗透㊁离子交换㊁电化学处理法㊁膜处理技术㊁热液提取和蒸发回收等ꎬ已广泛应用于环境中重金属污染的修复研究.但这些方法所需成本较高ꎬ工作量大ꎬ土壤性质不可逆ꎬ且有的化学处理方法还会引起二次污染[２].生物修复具有简单㊁易操作㊁成本低㊁不引起二次污染以及可应用于现场的原位修复等优势而受到了广泛关注[３].微生物在自然界中广泛存在ꎬ几乎参与自然界中所有的生物化学反应ꎬ对重金属的溶解释放㊁迁移转换和富集沉淀均具有重要作用.部分微生物在新陈代谢过程中产生铵盐[４]㊁硫代硫酸盐[５]㊁氰化物[６]㊁碘化物[７]及有机酸[８]ꎬ该过程可以提供大量的阴离子络合基团ꎬ增加对重金属的螯合能力.同时ꎬ微生物可通过胞外沉淀㊁细胞内积累和氧化还原等机制将毒性重金属离子转化为毒性较低的形态[９].该文综述了微生物在重金属的生物地球化学循环过程中的作用ꎬ主要包括微生物对重金属元素的溶解迁移过程以及微生物对重金属元素的吸收富集与形态转化机制ꎬ并探讨了微生物在修复重金属污染方面的应用前景.１㊀微生物与重金属相互作用过程与机制１ １㊀重金属对微生物生长过程的影响微生物在元素的生物地球化学循环过程中扮演着重要角色ꎬ元素的生物地球化学循环过程会影响微生物的生长[１０].例如ꎬ一些金属元素(如Ｋ㊁Ｎａ㊁Ｃａ㊁Ｍｇ㊁Ｆｅ㊁Ｃｕ和Ｚｎ)是微生物生长的必需营养元素[１１]ꎬ另一些金属离子(如Ａｓ３＋∕Ａｓ５＋㊁Ｆｅ２＋∕Ｆｅ３＋㊁Ｍｎ２＋∕Ｍｎ４＋㊁Ｖ４＋∕Ｖ５＋㊁Ｓｅ４＋∕Ｓｅ６＋和Ｕ４＋∕Ｕ６＋)的氧化还原反应过程可为微生物提供新陈代谢所需的能量[１２]ꎬ还有一些重金属离子(如Ａｇ＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁ＣｒＯ４２＋和Ｐｂ２＋)通过置换作用取代原本结合位点上的必需金属离子进而对微生物造成毒害[１３￣１４].从宏观上来说ꎬ重金属含量会影响微生物的生物量及其多样性[１０].韩桂琪等[１５]发现ꎬ低含量的Ｃｄ(７ ５ｍｇ∕ｋｇ)㊁Ｃｕ(７５ｍｇ∕ｋｇ)㊁Ｚｎ(１５０ｍｇ∕ｋｇ)和Ｐｂ(１５０ｍｇ∕ｋｇ)复合污染会促进细菌㊁真菌和放线菌生物量的增加ꎬ增幅分别为１４ ９％㊁１２ ４％和５８ ５％ꎬ但随着这些重金属含量的增加ꎬ重金属对微生物的作用由刺激转变为毒害作用ꎬ细菌㊁真菌和放线菌的生物量显著下降.从微观上来说ꎬ高浓度的重金属会损坏细胞膜结构ꎬ改变酶的特异性ꎬ损害细胞功能ꎬ改变蛋白质结构ꎬ破坏ＤＮＡ甚至引起细胞死亡.毒性重金属离子(如Ａｇ＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁ＣｒＯ４２＋和Ｎｉ２＋等)的氧化电位比必需金属元素高ꎬ对巯基具有更强的亲和能力ꎬ可通过置换作用取代原本结合位点上的必需金属元素[１６].在重金属的胁迫下ꎬ微生物会产生过多的氧化应激产物(如过氧化氢㊁活性氧和超氧化物歧化酶等)ꎬ当这些产物超过微生物的抗氧化能力时就会导致细胞死亡[１７].Ｄａｓ等[１８]研究发现ꎬ低浓度(<１３０μｍｏｌ∕Ｌ)的ＡｕＣｌ４－会刺激米根菌(Ｒｈｉｚｏｐｕｓｏｒｙｚａｅ)分泌还原蛋白进行生物解毒ꎬ但当ＡｕＣｌ４－浓度高于１３０μｍｏｌ∕Ｌ时ꎬ细胞的超微结构受到破坏ꎬ菌的生长受到明显抑制.ＺＨＯＵ等[１９]对从生活排放污水中分离出的细菌进行实验室培养后发现ꎬ当ρ(Ａｓ３＋)为０ ０５ｍｇ∕Ｌꎬρ(Ｈｇ２＋)为０ ２ｍｇ∕Ｌꎬρ(Ｃｄ２＋)㊁ρ(Ｃｒ３＋)和ρ(Ｃｕ２＋)均为０ ５ｍｇ∕Ｌꎬρ(Ｐｂ２＋)和ρ(Ｚｎ２＋)均为１ｍｇ∕Ｌ时ꎬ细菌的ＤＮＡ结构会受到破坏.长期生活在重金属污染环境中的部分微生物会通过吸附㊁积累和生物转化等过程改变重金属的毒性ꎬ甚至通过改变自身的遗传物质ꎬ逐渐适应环境并存活下来形成优势菌种ꎬ这些优势菌种对重金属的耐受性也会有所增加[１０].噬金属的微生物 如β变形菌属贪铜菌(Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ) 体内含有多种重金属的抗性基因簇ꎬ细胞可通过络合作用㊁外排作用或还原沉淀等作用进行解毒ꎬ使其可在矿渣岩石堆ꎬ重金属加工厂附近的河流以及矿化区等环境中得以生存繁衍[２０].１ ２㊀微生物作用下重金属的生物地球化学循环过程及机理１ ２ １㊀微生物作用下重金属元素的溶解迁移微生物自身生长的过程中可以产生大量蛋白质㊁多肽㊁羧酸㊁核酸和氨基酸ꎬ部分微生物还会分泌氰化物和硫代硫酸盐等代谢产物ꎬ这些过程可以提供大量的阴离子络合基团与重金属螯合ꎬ提高重金属的生物有效性[１３ꎬ２１].Ｆａｒａｍａｒｚｉ等[２２]发现ꎬ假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｌｅｃｏｇｌｏｓｓｉｃｉｄａ)在生长早期分泌大量的ＨＣＮꎬＨＣＮ与重金属形成络合物促进重金属的溶解０３９１第８期劳昌玲等:微生物与重金属相互作用过程与机制研究进展㊀㊀㊀迁移.Ｒｅｉｔｈ等[８]发现ꎬ金矿区土壤中的原生微生物在生长过程中分泌大量游离的氨基酸(浓度高达６４ ２μｍｏｌ∕Ｌ)ꎬ土壤中８０％的金会发生溶解并以有机结合态形式存在ꎬ但在培养５０ｄ后ꎬ这些氨基酸配体被大量消耗ꎬ游离氨基酸浓度仅为８μｍｏｌ∕Ｌꎬ此时金在溶液中不稳定ꎬ会重新吸附到土壤表面上.化学自养型细菌可通过氧化还原难溶矿石中的硫化物或碘化物来获取新陈代谢所需的能量ꎬ释放矿石中的重金属元素.在含氧环境中ꎬ铁和硫的氧化细菌通过将Ｆｅ２＋氧化为Ｆｅ３＋或将Ｓ０氧化为Ｈ２ＳＯ４来获取能量ꎬ该过程可导致黄铁矿(Ｆｅ２Ｓ)和磁黄铁矿(Ｆｅ１￣ｘＳ)溶解[２３].在厌氧环境中ꎬ硫杆菌(Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ)可将Ｓ０氧化为ＳＯ４２－ꎬ该过程降低了环境的ｐＨꎬ促进了重金属的溶解[２４].假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ)可将ＩＯ３－还原为Ｉ－ꎬ进而使金发生溶解[７ꎬ２５]ꎬ相关反应过程如下:４Ｆｅ２＋＋Ｏ２＋４Ｈ＋ң４Ｆｅ３＋＋２Ｈ２Ｏ(含氧环境)(１)２Ｓ０＋３Ｏ２＋２Ｈ２Ｏң２Ｈ２ＳＯ４(含氧环境)(２)Ｓ０＋６Ｆｅ３＋＋４Ｈ２ＯңＳＯ４２－＋６Ｆｅ２＋＋８Ｈ＋(厌氧环境)(３)２Ａｕ＋３Ｉ３－ң２ＡｕＩ４－＋Ｉ－或２Ａｕ＋Ｉ－＋Ｉ３－ң２ＡｕＩ２－(４)㊀㊀化能异养型的微生物利用有机物作为电子供体ꎬ将金属氧化物中的高价金属离子作为电子受体从而将金属进行异化还原[２６].铁的异化还原对吸附于铁(氢)氧化物表面的重金属元素的生物地球化学循环过程起着重要作用.在枯草芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ)中加入Ｆｅ３＋后ꎬ在胞外聚合物作用下细胞表面形成无定型铁(氢)氧化物纳米粒子ꎬ细胞对Ａｓ５＋的吸附能力至少提高了１１倍[２７].Ｔｏｓｈｉｈｉｋｏ等[２８]从稻田土壤中分离出异化还原菌株Ｇｅｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＯＲ￣１ꎬ该菌株培养４周可溶解土壤中７０％的砷ꎬ其对砷的溶解释放过程如图１所示.Ｇｅｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＯＲ￣１既可以Ａｓ５＋作为电子受体将砷还原为Ａｓ３＋ꎬ又可以Ｆｅ３＋作为电子受体将铁还原为Ｆｅ２＋使水铁矿发生溶解ꎬ此时吸附于水铁矿的Ａｓ３＋释放到溶液中被农作物吸收ꎬ通过食物链威胁人体健康.１ ２ ２㊀微生物对重金属的吸附和富集微生物细胞膜外存在大量胞外聚合物(ＥＰＳ)ꎬ该聚合物中含有羧基㊁羟基㊁巯基㊁氨基㊁酰胺基和磷酸基等活性基团ꎬ这些基团中的Ｎ㊁Ｏ㊁Ｐ和Ｓ等提供孤对电子重金属离子结合ꎬ从而使溶液中的重金属离子被吸附[２９].Ｋａｓｉｍａｎｉ等[３０]研究发现ꎬ在ρ(Ｃｒ２＋)为２５ｍｇ∕Ｌ的溶液中ꎬ蓝藻菌(Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ)对Ｃｒ的吸附能力最高可达７５ ６３％ꎬＦＴＩＲ结果显示ꎬ对Ｃｒ吸附起作用的官能团主要是氨基㊁羟基和羧基.ＳＨＥＮ等[３１]图１㊀砷的异化还原菌Ｇｅｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＯＲ￣１将砷从水铁矿中释放的过程[２８]Ｆｉｇ.１Ａｒｓｅｎｉｃｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍｆｅｒｒｉｈｙｄｒｉｔｅｂｙａｒｓｅｎａｔｅ￣ｒｅｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉｕｍＧｅｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＯＲ￣１[２８]发现ꎬ在ρ(Ｃｄ２＋)为０ ５ｍｇ∕Ｌ的溶液中ꎬ胞藻(Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓｓｐ.ＰＣＣ６８０３)可吸附８６％的Ｃｄ２＋ꎬ吸附效率的增加与ＥＰＳ的增加同步ꎬ胞藻通过分泌ＥＰＳ将Ｃｄ吸附于细胞外ꎬ防止其对细胞的毒害.Ｇｏｎｚáｌｅｚ等[３２]利用同步辐射Ｘ射线吸收近边结构(Ｘ￣ｒａｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｎｅａｒｅｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬＸＡＮＥＳ)测定了含ＥＰＳ和不含ＥＰＳ的根际假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｕｒｅｏｆａｃｉｅｎｓ)对Ｆｅ３＋的吸附过程ꎬ发现两种情况下与羧基结合的铁分别为７８％和４０％ꎬ说明ＥＰＳ可促进细胞表面Ｆｅ Ｏ Ｆｅ高聚物的形成.不同微生物对金属离子的吸附能力有所差异.革兰氏阴性菌细胞表面缺乏有机磷酸基ꎬ对金属离子的吸附作用比革兰氏阳性菌差[３３].相同微生物细胞在不同环境下的吸附能力也有区别.在０ １ｍｍｏｌ∕Ｌ的Ａｕ３＋溶液中ꎬ形成生物膜的细胞由于胞外聚合物对Ａｕ３＋的吸附作用强ꎬ进入细胞内的Ａｕ３＋也较少ꎬ导致其存活率比浮游细胞的存活率高４个数量级[３４].微生物对元素的表面吸附过程受ｐＨ的影响显著.Ｇｉｒｉ等[３５]发现ꎬ当ｐＨ在２ ５~７ ５范围内时ꎬ蜡样芽胞杆菌对砷的吸收效率随着ｐＨ的升高而增加ꎻ但随着ｐＨ继续升高ꎬ吸收效率反而降低.原因在于表面吸附主要包括吸附和解吸两个过程(见图２):①当ｐＨ较低时ꎬ细胞表面高度质子化ꎬ解吸过程起主要作用ꎬ因此ｐＨ升高会引起解吸作用降低ꎬ吸附增强ꎻ②当ｐＨ超过７ ５后ꎬ吸附起主要影响作用ꎬ随着ｐＨ的继续升高ꎬ细胞表面电负性增强ꎬ对砷的吸附作用也随之减弱.因此ꎬ在实际的环境修复应用中ꎬｐＨ也是一个重要的考察因素.与简单的表面吸收不同的是ꎬ富集作用是重金属离子从活细胞外侧通过细胞膜运输进入细胞质ꎬ该过１３９１㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３３卷图２㊀蜡样芽胞杆菌表面对ＡｓＯ３３－的吸附和解吸过程[３５]Ｆｉｇ.２ＢｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡｓＯ３３－ｂｙｌｉｖｉｎｇＢ.ｃｅｒｅｕｓ[３５]程是主动运输的过程[３６].重金属进入细胞后ꎬ与体内氨基酸或者蛋白质结合生成无毒或低毒的络合物并富集在细胞内.从印度某工业废水处理厂中分离出的芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓ)可富集高达９ ８ｍｇ∕ｇ的砷ꎬ其中８０％的砷富集在细胞质中ꎬ天冬氨酸㊁谷氨酸和半光氨酸参与砷的解毒过程[３７]ꎬ该特异性菌株在实际环境中砷污染的修复中可能具有潜在的应用前景.１ ３㊀微生物对重金属元素形态的转变微生物通过氧化还原㊁生物矿化㊁甲基化和去甲基化等作用改变重金属的形态ꎬ从而实现对重金属的解毒.通常情况下ꎬ微生物可通过多种解毒机制共同作用ꎬ使其在重金属污染的环境中存活下来.例如ꎬ在高浓度Ｆｅ３＋胁迫下ꎬ蓝藻菌可通过以下多种途径降低铁对细胞的毒害:①胞外蛋白质将Ｆｅ３＋矿化为赤铁矿和磁铁矿ꎬ减少其进入细胞的量ꎻ②细胞内的磷酸盐与Ｆｅ３＋鳌合ꎬ减少游离的Ｆｅ３＋对细胞的毒害ꎻ③超氧化物歧化酶㊁过氧化氢酶㊁脯氨酸和类胡萝卜素等可降低Ｆｅ３＋引起的氧化应激压力ꎻ④蓝藻菌合成的脂多糖㊁脂肪酸㊁叶绿素和糖类等物质与Ｆｅ３＋络合降低铁的毒害[３８].１ ３ １㊀微生物对重金属元素的氧化和还原元素的价态是影响其毒性的重要原因ꎬ微生物对毒性元素的氧化还原过程是重要的解毒机制之一.从制革废水中分离出的蜡样芽胞杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｅｒｅｕｓ)可将Ｃｒ６＋还原为Ｃｒ３＋ꎬ降低Ｃｒ的毒性ꎬ当Ｃｒ６＋浓度分别为６０和７０ｍｇ∕Ｌ时还原率分别达到９６ ７％和７２ １％ꎬ该过程中ꎬ还原型辅酶Ⅰ和Ⅱ可作为重要的电子供体[３９].在有氧环境中ꎬ栖热菌属(Ｔｈｅｒｍｕｓ)利用无机Ａｓ３＋作为电子供体ꎬ将Ａｓ３＋氧化为毒性较弱的Ａｓ５＋[４０].游离态的金对生物体具有很强的毒性ꎬ因为其一旦进入细胞内ꎬ就容易与谷胱甘肽结合ꎬ形成的化合物会与氧分子反应生成氧化谷胱甘肽和过氧化氢ꎬ并抑制活性酶的功能[２０ꎬ４１].而惰性的单质Ａｕ对微生物几乎没有毒性[４２￣４３].不同的微生物对Ａｕ离子的还原解毒机制不同.微生物可通过胞外分泌物ꎬ细胞膜上的还原蛋白或者胞内还原酶等将毒性的金离子进行还原解毒(见图３)[１８].在１００μｍｏｌ∕Ｌ的ＡｕＣｌ３溶液中ꎬ正常生长的代尔夫特食酸菌(Ｄｅｌｆｔｉａａｃｉｄｏｖｏｒａｎｓ)可通过分泌次级代谢产物将Ａｕ３＋在体外还原解毒.而基因突变后不能正常分泌次级代谢产物的菌对Ａｕ３＋的毒性敏感程度增加了１０２ ８倍ꎬ菌的生长受到明显抑制[４２].很多革兰氏阴性菌的膜囊可作为抵御环境中有毒物质的防护盾.当蓝藻菌暴露于Ａｕ(Ｓ２Ｏ３)２３－溶液中ꎬ蓝藻菌会释放膜囊包裹住细胞ꎬ防止金离子对细胞的毒害ꎬ并通过膜囊组分中的Ｐ㊁Ｓ或者Ｎ等配体与Ａｕ离子反应生成金纳米颗粒[４４￣４５].在５０μｍｏｌ∕Ｌ的ＨＡｕＣｌ４溶液中ꎬ贪铜菌吸附的金进入细胞质内被还原形成Ａｕ(Ｉ)￣Ｓ中间体ꎬ最终被还原为纳米金ꎬ并通过Ｐ型ＡＴＰ酶外排通道将金排出体外[２０].图３㊀微生物对金离子的还原解毒机制[１８]Ｆｉｇ.３Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｇｏｌｄｉｏｎｓｂｙｃｅｌｌｓ[１８]同步辐射ＸＲＦ和ＸＡＮＥＳ技术可原位获得重金属元素在细胞体内外的分布及其形态特征ꎬ是探究微生物对重金属解毒机制的重要途径.Ｋｅｎｎｅｔｈ等[４６]利用空间分辨率为１５０ｎｍ的ＸＲＦ和ＸＡＮＥＳ技术分析了在Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液中暴露６ｈ后ꎬ荧光假单胞菌的浮游和附着在固体表面的两种不同状态细胞中元素的分布和化学形态ꎬ得到以下结论:①浮游状态的细胞中Ｐ㊁Ｓ㊁Ｃａ㊁Ｆｅ和Ｚｎ等元素大量丢失ꎬ细胞内富集了大量的毒性元素Ｃｒꎬ而附着状态的细胞表面含有大量的Ｃａ和Ｐ元素ꎬ在细胞表面形成大量的磷灰石沉淀ꎬ并将Ｃｒ区隔在细胞外ꎻ②附着细胞中Ｃｒ６＋被还原为Ｃｒ３＋并与细胞外的磷酰基官能团结合ꎬ防止Ｃｒ对附着状态的细胞的毒害.同步辐射是一种先进的分析技术ꎬ但目前受光斑大小的限制ꎬ难以对数微米的微生物进行准确的定位分析ꎬ这也是目前研究中急需解决的问题之一.１ ３ ２㊀微生物对重金属的矿化作用２３９１第８期劳昌玲等:微生物与重金属相互作用过程与机制研究进展㊀㊀㊀重金属离子在微生物体内外的生物矿化可使重金属发生沉淀.生物矿化主要包括磷酸盐矿化㊁碳酸盐矿化和硫化物矿化等ꎬ具体的方程式[４７]如下:ＨＰＯ４２－＋Ｍ２＋ңＭＨＰＯ４(５)ＣＯ３２－＋Ｍ２＋ңＭＣＯ３(６)Ｈ２Ｓ＋Ｍ２＋ңＭＳ＋Ｈ２(７)㊀㊀硫酸盐还原菌(ＳｕｌｆａｔｅｒｅｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａꎬＳＲＢ)可利用硫酸盐作为电子受体将硫酸盐转化为硫化物ꎬ产生的Ｈ２Ｓ与重金属发生反应形成硫化物沉淀[４８￣４９].在重金属污染的土壤中ꎬ芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓ)和八叠球菌属(Ｓｐｏｒｏｓａｒｃｉｎａ)分泌的脲酶增加ꎬ从而促进土壤中的尿素水解生成碳酸盐ꎬ碳酸盐与Ｎｉ㊁Ｃｕ㊁Ｐｂ㊁Ｃｏ㊁Ｚｎ和Ｃａ等矿化形成沉淀ꎬ矿化率为８８％~９９％[５０].酿酒酵母(Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ)通过释放磷酸盐将Ｕ６＋矿化为氢铀云母 Ｈ２(ＵＯ２)２(ＰＯ４)２ ８Ｈ２Ｏ ꎬ降低了Ｕ６＋对细胞毒害[５１].从尾矿分离出的芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓ)可将溶液中的Ｐｂ(ＮＯ３)２转化为溶解性较差的ＰｂＳ和ＰｂＳｉＯ３ꎬ将该菌添加到矿区土壤中ꎬ土壤中可交换态的Ｐｂ减少了２６％ꎬ与碳酸盐结合的Ｐｂ增加了３６％[５２].微生物对重金属的生物矿化作用可降低重金属的迁移能力和生物有效性ꎬ是其可应用于重金属污染修复的重要原因之一.１ ３ ３㊀微生物对毒性元素的甲基化和去甲基化微生物对砷形态的转化主要包括氧化㊁还原㊁甲基化和去甲基化.不同形态的砷迁移能力变现为ｍｅｔｈｙｌＡｓ(Ⅲ)>>ｍｅｔｈｙｌＡｓ(Ⅴ)>Ａｓ(Ⅲ)>Ａｓ(Ⅴ)[５３]ꎬ而砷的毒性大小顺序为ｍｅｔｈｙｌＡｓ(Ⅲ)>Ａｓ(Ⅲ)>Ａｓ(Ⅴ)>ｍｅｔｈｙｌＡｓ(Ⅴ)[５４].微生物将无机砷甲基化生成可挥发性有机砷并排出体外的过程是微生物重要的解毒机制.一甲基砷渗透性差ꎬ仅作为胞内甲基化的中间体无法渗出体外ꎬ而二甲基砷和三甲基砷具有较高的渗透性(比一甲基砷至少高出１０倍)ꎬ能穿过细胞膜释放到环境中[３６].稻田土壤中添加４％的秸秆时ꎬ由于秸秆分解过程中产甲烷细菌增加ꎬ水稻根际土壤中砷的甲基化程度增加了２个数量级[５５].由于砷的去甲基化过程降低了其迁移能力ꎬ不适合应用于污染土壤的修复ꎬ因而受到的关注较少.气态的甲基砷经过快速的氧化降解可形成无机砷ꎬ但目前该过程中微生物起何种作用仍不清楚[５６].２㊀微生物在修复重金属污染中的应用生物修复已经成为目前修复环境中重金属污染的一项重要技术手段ꎬ其原理是使重金属形成更稳定的化合物.研究[５７]表明ꎬ重金属化合物的稳定性顺序为酸溶性部分<可还原部分<可氧化的部分<残渣部分.微生物可通过生物吸附作用㊁还原沉淀㊁生物矿化等作用将重金属固定[５８].ＳＲＢ广泛存在于稻田土壤㊁海水㊁温泉㊁油田和沉积物中ꎬ是最常见的应用于生物修复的微生物[５９￣６０].在缺氧条件下ꎬＳＲＢ对含水层沉积物中重金属的矿化起着重要作用ꎬ其主要机制:ＳＲＢ将硫酸盐转化为Ｈ２Ｓꎬ胞外ＥＰＳ将重金属吸附到细胞表面ꎬＨ２Ｓ与重金属发生反应形成金属硫化物沉淀[４８￣４９].虽然ＳＲＢ应用于重金属修复得到了实验室的证实ꎬ但其在实际环境中的应用受到了限制ꎬ原因在于微生物生长需要适宜的环境和电子供体.近年来ꎬ有研究者针对这一问题开展了实际环境中微生物用于修复重金属污染的研究.例如ꎬＺＨＡＮＧ等[６１]通过添加不同的营养物质解决了尾矿修复中噬酸菌和ＳＲＢ的竞争问题ꎬ发现酵母提取物和胰蛋白胨可促进ＳＲＢ的生长ꎬ抑制噬酸菌的生长ꎬ从而提高ＳＲＢ在实际尾矿环境中的重金属修复效率.有研究[６２￣６３]表明ꎬ零价铁(Ｆｅ０)可作为ＳＲＢ生长过程中重要的补充物质ꎻＦｅ０与重金属氧化物之间发生电子传递将重金属还原ꎬ被还原的重金属与铁的氧化物发生表面吸附和共沉淀作用ꎬ此外Ｆｅ０与水反应产生的Ｈ２同样可作为ＳＲＢ的电子供体促进其生长.ＸＩＮ等[６４]研究表明ꎬ在同时含有Ｆｅ０和ＳＲＢ的体系中ꎬＣｕ㊁Ｃｄ㊁Ｚｎ和Ｐｂ的浸出率分别达１００％㊁９８ ５％㊁９０ ６９％㊁１００％ꎬＸ射线衍射(Ｘ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎꎬＸＲＤ)和Ｘ射线光电子能谱(Ｘ￣ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙꎬＸＰＳ)分析结果显示ꎬＣｕ㊁Ｃｄ㊁Ｚｎ和Ｐｂ主要形成了ＰｂＣｄ㊁ＰｂＺｎ㊁ＺｎＳ㊁Ｚｎ㊁ＣｄＯ㊁ＣｕＺｎ和ＣｕＳ等更稳定的矿物.微生物对重金属的修复效果与重金属的存在形态有关.从下水道污泥中分离出的伯克霍尔德氏菌(Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｓｐ.)Ｚ￣９０对Ｍｎ㊁Ｚｎ㊁Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ａｓ和Ｃｕ的修复效率分别为５２ ２％㊁４４ ０％㊁３７ ７％㊁３２ ５％㊁３１ ６％和２４ １％ꎬ修复前后的ＢＣＲ分步提取结果显示ꎬ重金属中酸溶态的组分比残渣态更易于被微生物吸附吸收[６５].在实际应用中可先利用菌株将重金属元素转化为易于被微生物吸附的形态ꎬ再利用特异性菌株进行修复.微生物应用于土壤和灌溉水的重金属修复ꎬ可降低重金属对作物的毒害ꎬ增加产量.Ｆａｗｚｙ等[６６]发现ꎬ蓝藻菌对灌溉污水中Ｆｅ㊁Ｐｂ㊁Ｃｄ㊁Ｚｎ㊁Ｃｕ和Ｍｎ的去除率分别为６２ ０％㊁８３ １％㊁８８ ５％㊁６８ ８％㊁５５ ２％和４２ ４％ꎬ降低了污水灌溉的甜菜体内重金属㊁过氧化氢和脂质过氧化反应产物的含量ꎬ说明蓝藻菌可有效减少灌溉污水中重金属对甜菜的氧化应激压３３９１㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３３卷力[６６].稻田土壤中施加粉煤灰可为水稻提供Ｋ㊁Ｎａ㊁Ｐ㊁Ｚｎ和Ｆｅ等营养元素ꎬ也会引入Ｐｂ㊁Ｃｒ和Ｃｄ等毒性重金属元素ꎬ在施肥的同时加入１ ０ｋｇ∕ｍ３的固氮蓝藻菌可显著提高水稻的固氮能力ꎬ同时蓝藻菌对重金属元素的吸附作用可减少毒性重金属元素进入水稻中[６７].根际微生物对植物吸收重金属起重要的调控作用[６８].超富集植物可大量吸收重金属ꎬ但大部分植物由于生物量低㊁生长缓慢和对重金属具有选择性等原因不适用于大规模地应用于修复重金属污染[６９].一些有益的微生物可直接或间接地溶解营养元素(氮㊁磷㊁钾和铁等)ꎬ分泌植物激素和促生酶(如１￣氨基环丙烷￣１￣羧基脱氨酶)等物质ꎬ从而促进植物的生长[７０].在大麻的根际土壤中接种丛枝菌根真菌ꎬ大麻的生物量增加６４ ２％ꎬ根际有效态Ｃｄ含量增加４６ ３％ꎬＣｄ的吸收量增加１０７ ８％[７１].从尾矿区花叶芒的根际土壤中分离出的假单胞菌(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｋｏｒｅｅｎｓｉｓ)接种在矿区的土壤中ꎬ花叶芒的生物量㊁叶绿素和蛋白质含量均分别增加５４％㊁２７％和２８％ꎬ根中重金属的增加量分别为２３％(Ａｓ)㊁３１％(Ｃｄ)㊁７％(Ｃｕ)㊁１８％(Ｐｂ)和１５％(Ｚｎ)ꎬ茎中重金属的增加量分别为３１％(Ａｓ)㊁７１％(Ｃｄ)㊁６１％(Ｃｕ)㊁２２％(Ｐｂ)和２１％(Ｚｎ)ꎬ超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性分别增加４２％和３３％ꎬ羟基自由基减少ꎬ说明接种该菌可提高花叶芒的抗氧化应激压力的能力[９].微生物还可通过酸化㊁沉淀㊁络合和氧化还原等作用改变重金属的生物有效性ꎬ降低重金属的毒性ꎬ诱导植物对重金属的抵御机制.根际微生物可改变重金属的形态ꎬ影响其生物有效性ꎬ其机制如下:①真菌(如黄曲霉)可通过新陈代谢活动产生的有机酸㊁氨基酸及其他代谢产物溶解重金属ꎬ增强重金属的生物有效性ꎻ②部分特异性丛枝菌根可以通过对重金属的鳌合作用ꎬ增加重金属的有机结合态ꎬ从而影响植物对重金属的吸收富集[４７].Ｂａｕｍ等[７２]从重金属污染的植物根部分离出真菌淡黄曲霉菌接种到污染土壤中ꎬ重金属Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｐｂ和Ｚｎ的硝酸铵提取态含量增加了１１％~３３％ꎬ其中Ｃｄ的生物有效性提高了２２％.与非超富集植物相比ꎬ硒的超富集植物根际的微生物种类更为丰富.超富集植物利用硫酸盐转运蛋白吸收土壤中的硒酸盐ꎬ并将其转化为硒半胱氨酸(ＳｅＣｙｓ)和硒甲硫氨酸(ＳｅＭｅｔ)[７３].从硒的超富集植物碎米芥根际分离出一种氧化微杆菌属(Ｍｉｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｏｘｙｄａｎｓ)可耐受高达１５ｍｇ∕Ｌ的亚硒酸盐.将其暴露于１ ５ｍｇ∕Ｌ的亚硒酸盐中ꎬ可检测到大量的ＳｅＣｙｓ２ꎬ该机制可能是超富集植物能富集大量硒的重要原因[７４].３㊀结论ａ)微生物可通过自身生长的过程中产生的蛋白质㊁多肽㊁羧酸㊁核酸和氨基酸等物质与重金属络合ꎬ氧化还原难溶矿石中的硫化物或碘化物ꎬ或直接对重金属进行异化还原等过程促进重金属的溶解迁移.ｂ)微生物细胞外ＥＰＳ的活性基团中Ｎ㊁Ｏ㊁Ｐ和Ｓ等提供的孤对电子可对重金属离子进行吸附ꎬ被吸附的重金属离子从活细胞外侧通过细胞膜运输进入细胞质ꎬ从而富集在细胞内.ｃ)微生物可通过氧化还原㊁生物矿化㊁甲基化和去甲基化等过程改变重金属的毒性ꎬ从而影响重金属在环境中的生物地球化学循环.４㊀展望微生物应用于重金属污染环境中的生物修复越来越受到关注.目前有关微生物对重金属的解毒和耐受机制以及微生物在实际的环境修复应用中仍存在以下问题有待进一步深入研究.ａ)在重金属污染地区ꎬ特异性菌株对于重金属的解毒和耐受性的机制仍需要进一步研究.ＸＲＦ和ＸＡＮＥＳ技术虽然可原位获得重金属元素在细胞体内外的分布及其形态特征ꎬ但由于仪器机时的限制ꎬ难以展开大量的研究工作.同时ꎬ由于微生物细胞个体小ꎬ仅为数微米ꎬ受光斑大小的限制ꎬ难以分辨出元素在细胞内外的准确位置.在今后的研究中可以采用相应的分离和提取技术ꎬ分别获取细胞的胞外聚合物㊁细胞上的结合蛋白和胞内蛋白质与重金属相互作用ꎬ探究其解毒过程中起主要作用的物质及其解毒机制.ｂ)微生物对重金属的修复效果与重金属的存在形态有关.在实际应用过程中可以考虑利用一些特定的微生物促进重金属元素的溶解释放后ꎬ再利用对重金属具有耐受性的特异性菌株进行生物修复.目前对于混合菌株应用于修复重金属污染这方面的研究工作较少.ｃ)植物根际￣微生物￣重金属之间的相互作用是一个复杂的过程ꎬ目前植物根系分泌物和微生物的新陈代谢产物对重金属形态及生物有效性的协同拮抗作用以及植物与微生物相互作用微观的界面过程尚未明晰.加强相关机理的研究可为微生物修复环境中重金属污染的应用提供重要依据.参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀ＡＢＤＵＮꎬＡＢＤＵＬＬＡＨＩＡＡꎬＡＢＤＵＫＡＤＩＲＡ.Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｅｓ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１７ꎬ１５(１):４３９１。
利用微生物消除重金属污染及其机理分析
利用微生物消除重金属污染及其机理分析重金属污染是一种严重影响环境和人体健康的污染形式。
随着工业化进程的加速和人类活动的增加，重金属污染问题日益严重。
传统的重金属污染治理方法较为繁琐且成本较高，因此，寻找一种高效且经济的治理方法具有重要意义。
微生物技术作为一种新的环境修复技术，已逐渐受到广泛关注。
本文将探讨利用微生物消除重金属污染的方法及其机理分析。
一、微生物的种类及其应用微生物是一类复杂多样的生物体，包括细菌、真菌和藻类等。
其中，细菌在微生物修复中起到了重要的作用。
一些特定的细菌能够通过吸附、螯合和还原等方式从环境中去除重金属。
通过选择特定的微生物菌株，可以使其在重金属污染环境中发挥作用，从而达到消除重金属污染的目的。
二、微生物消除重金属污染的机理分析1. 吸附作用微生物细胞表面具有丰富的功能基团，如羧基、羟基和胺基等，可与金属离子发生物理吸附和化学吸附。
通过微生物细胞表面的活性基团与重金属离子之间的化学键形成，重金属离子被吸附在微生物细胞表面，从而减小了重金属离子在环境中的浓度。
2. 螯合作用一些微生物菌株在代谢过程中分泌出具有螯合能力的有机分子，如细菌胞外多糖、蛋白质和有机酸等，可与重金属形成络合物，将重金属离子与环境中的其他物质分离开来。
此过程称为螯合作用，通过螯合作用，微生物能够有效地降低重金属离子的毒性。
3. 还原作用一些微生物菌株具有还原性能，可以通过还原作用将重金属离子还原为金属离子或沉淀形式，从而使重金属减少毒性。
这些微生物通过代谢过程中产生的还原酶，将重金属离子还原为相对无害的金属离子或形成沉淀，沉积到微生物细胞表面，或者释放到环境中。
三、微生物治理重金属污染的应用案例1. 铜污染铜是一种常见的重金属污染物，严重影响水体和土壤的质量。
研究发现，某些铜耐受性细菌能够利用吸附和还原机制，有效去除水体中的铜离子。
其中，革兰氏阴性菌杆状芽胞杆菌是一种具有较强耐受性的微生物菌株，其细胞外多糖产生的羟基和羧基能够吸附并沉淀铜离子，实现铜的去除。
微生物与环境中重金属污染物的相互作用研究
微生物与环境中重金属污染物的相互作用研究在当今的现代工业社会，重金属污染已经成为一种非常常见的环境污染源。
由于很多重金属对环境和人类健康造成的威胁，现在已经变得越来越严重了。
微生物因其具有天然分解污染物、转化重金属离子、抵抗重金属毒性等优良特性，成为了减缓重金属污染的一种重要途径。
本文将对微生物与环境中重金属污染物的相互作用进行探讨。
在环境中，微生物是一种自然生态系统的组成部分。
它们能够利用多种物质和能量来源，从而发挥出对于环境的积极作用。
微生物与环境中的重金属元素相互作用的过程中，微生物可以通过各种方式来降解和去除重金属的污染物。
此外，微生物还可以通过吸附重金属离子来减缓重金属的污染程度。
微生物的种类非常多样化，每种微生物都有其自身在重金属处理上的特点和贡献。
例如，铜绿假单胞菌能够降解苯酚等有机物和清除铅等重金属物质；硫酸还原菌能够将有害的重金属转化为不活泼纯度的化合物或沉积物，这些沉积物在自然情况下是不会扰动健康环境的。
此外，盐单胞菌等嗜盐菌属于一类非常适应重金属环境的微生物，它们可以使用较高的氯化钠浓度（如4M）作为a基础来清除医疗和工业废水中的重金属元素。
微生物对于环境的影响是非常显著的。
它们不仅能够减缓并解决了重金属污染带来的环境问题，也有助于恢复环境与生态平衡。
然而，微生物在降解和去除重金属污染物时也会产生一些可能会造成二次污染的化合物。
而且，微生物虽然可以吸附和降解一些有害物质，但是其处理污染物的效率相对较低，周期较长，必须慎重考虑微生物修复的实际应用。
总体来说，微生物与重金属污染物的相互作用是非常重要的。
微生物通过降解重金属的污染物，对保护环境和人类健康产生正面影响。
再通过生物协同作用，重金属元素被转化为石墨、磷酸盐等稳定化化合物，从而减轻二次污染带来的威胁。
但是，微生物修复仍然是一项复杂而需要研究的领域。
我们需要深入实验室和现场实验研究，求得一个真正有效的方法，让环境健康，人民健康。
酵母菌在重金属污染水体中的吸附和转化机制研究
酵母菌在重金属污染水体中的吸附和转化机制研究随着工业化的发展，重金属污染已经成为当今世界面临的一个严峻问题。
而在这个问题面前，酵母菌作为一种微生物，在重金属污染水体中的吸附和转化机制研究逐渐成为了一个热门话题，不仅具有很深远的意义，而且它的研究对于环境的保护和治理也具有很高的实用价值。
一、酵母菌在重金属污染水体中的吸附机制在水体中，重金属离子呈游离态，容易与酵母菌表面的复合物结合，形成复合物，并从水相中移除，从而起到吸附的作用。
此时，重金属吸附的强度主要由酵母菌表面的官能化学基团和重金属离子之间的反应决定。
具体来说，酵母菌表面主要含有羧基、胺基、硫醇基等官能基团，而重金属离子的选择性吸附主要取决于这些官能基团的表面电荷。
与此同时，酵母菌在重金属污染水体中的吸附过程还受到水体pH值、温度等环境因素的影响，需要进行详细的实验研究。
二、酵母菌在重金属污染水体中的转化机制除了吸附，酵母菌还可以利用自身代谢活动，对重金属污染水体中的重金属进行转化。
在这个过程中，酵母菌主要是通过还原、氧化、螯合、有机酸络合等方式来回收和固化重金属。
其中，还原和氧化是酵母菌最常用的两种方式，它们可以通过酵母菌自身的酶系统来实现。
在还原的过程中，酵母菌可以将重金属离子还原为二价或更低的价态，从而有效降低了重金属的毒性。
而在氧化的过程中，酵母菌可以将重金属离子氧化为更容易被沉淀或吸附的高价性态，从而促进了重金属的深度转化和固化。
三、酵母菌在重金属污染水体中的应用前景酵母菌在重金属污染水体中的应用前景非常广阔。
首先，酵母菌作为一种微生物，其环境适应性非常强，可以生长在各种恶劣环境中，比较容易得到。
而在重金属污染水体治理中，酵母菌具有不可替代的优势，因为它们不仅可以吸附和转化重金属污染物，而且同时可以进行自我生长和繁殖，形成一个自我稳定的生态系统。
此外，酵母菌的生长和维持成本相对较低，可以大规模地应用于重金属污染治理中。
总之，酵母菌在重金属污染水体中的吸附和转化机制研究为我们提供了一种新的重金属污染治理技术和途径，对环境的保护和治理具有非常重要的意义。
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微生物与重金属间的相互作用及其应用研究 !
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类型及其作用机制如下：其一、 利用微生物细胞直接固定金 属离子! 在这方面， 微生物表面结构对重金属的吸附起着重 要的作用（其 中 细 胞 壁 和 粘 液 层 能 直 接 吸 收 或 吸 附 重 金 属） 微生物的表面既带正电荷， 又带负电荷! 大多数微生物 ! 所带的是阴离子型基团， 特别是羰基， 因此在水溶液中呈负 电性! 根据 " 带电的菌体粒子与固体靠近时， 相 # $ % 理论， 与作用势能 （"） 有如下的关系： 互作用力 （ !） （ （ ／ #） &’$ " #） $ # （ # 为两表面间的距离） ! 因而微生物与重金属吸附只是一个自由能变化过程! 不 同的微生物因带电性不同、 与重金属间的作用力及作用势能 变化不同而对重金属的吸附作用有异! 其中革兰氏阳性细菌 往往能固定较多的金属离子! ( ) * + + , / + +曾用假单胞菌 -和 . 和金色葡萄球菌的混合物进行实验， 发现干细胞可固定 0 1 ・ 2 3 3 4 ! 5 7 7 8年 . 9 : , 9 + 1 1 - 对一株具有吸附金属离子能 力的枯草杆菌进行加热加碱处理后制成颗粒状装入柱内， 让 待处理的金属溶液通过， 结果每克干物质固定了 2 、 7 3 4 / 10 、 7 6 4 / 6 2 ; 4 ,等! 10 1< 其二， 利用微生物的代谢产物固定金属离子! 微生物在 其生长过程与环境因素相互作用时会释放出许多代谢产物 （如 = 它们能与金属反应从而固定重金属! <及有机物等）， > 有迹象表明硫酸盐还原菌的代谢产物可作为氧化铅、 氧化锑 的硫化剂! 典型的还有利用细菌产生的硫化氢固定金属， 如 硫弧菌 （% 和脱硫肠状菌 （% ； & ’ ( ) * + ) , ) *） & ’ ( . * / * 0 1 2 ( . 2 ( 0） ! ! 另外， 许 多 微 生 物 提 取 物 也 具 有 键 合 能 力， 例如 3 * * . * & 1 4 这种多糖由葡萄糖、 半乳糖 1 0 ) & 1 可产生很多胞外多糖， 4 和丙酮酸等构成， 具有很高的金属键合活性! 还有一些微生
［ ］ > ; 相当敏感 ， 若施入有机物料， 则可以减轻 0 E对微生物的 ［ ， ］ 5 5 2 毒害作用 !
% 两者间相互作用的应用 % " # 应用微生物采矿 由于资源的枯竭及人们对矿物原料需求量的不断增加， 迫使人们不得不开发利用品位低、 分散、 难处理矿石， 同时还 要保护环境， 细菌冶金因此而有代替传统冶金工艺之势! 近 从各种贫矿、 废矿、 尾矿 > 3年来微生物浸矿已被广泛采用， 中提取回收 0 、 等许多重要金属， 既可节约资源， 又可减 /( / 少环境污染! 美国每年 ( /产量约 5 3 J 是通过生物浸矿实现
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［ ， ， ］ % V " " 转化 &
众所周知， 重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害 作用， 但是微生物对重金属又有一定的抗性和解毒作用， 可 以吸附和转化重金属& 两者间相互作用的研究可为湿法冶 金、 环境污染评价及生物净化提供理论依据& 近年来， 正是基 于微生物对重金属的积累和解毒作用， 以净化有毒金属污染 或回收有经济价值重金属为目的的生物处理技术日益成熟， 微生物是现代工业发展的坚强后盾& 微生物巨大的环境保护 功能（生态毒理评价和生物修复）显得越来越重要& 研究和 运用微生物与重金属间的相互作用将具有明显的生态效益、
［ ］ " V 而且还是反硝化细菌中硝酸盐还原酶的辅助因子等 & + 花岗岩风化壳剖面中的微 9 : 6 : 9 微生物的淋滤作用 $! 生物对重金属元素的迁移和富集有重要的影响& 整个花岗岩 ［ ， ］
微生物不仅种类繁多， 数量极大， 分布广泛， 而且具有繁 殖迅速， 个体微小， 比表面积大， 对环境适应能力强等特点， 因而成为人类最宝贵、 最具开发潜力的资源库之一& 作为分 解者， 微生物在地球生态系统的物质循环过程中起着 “天然 环境卫士” 的作用& 它们几乎能降解或转化环境中存在的各 种天然物质， 一旦新的物质出现， 也能逐步通过自发或诱导 产生新的酶系， 具备新的代谢功能& 可以说， 只要找到合适的 微生物并给予适宜的条件， 所有的污染物都可以得到降解和
> ’ 物（例如柠檬酸菌）利用某些细胞表面的 = ? % 6 来固定金 ［ ］ 6 属 ! ［ ］ ’ 5 6