第十章 污染环境的生物修复

绿色植物的光合作用
净化大气中的尘埃、气溶胶、重金属和有机污染物
土壤生态系统-高效的“活过滤器”
土壤净化功能主要组成要素
1、绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用 2、土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转
化和生物固定化作用 3、土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和
沉淀作用 4、土壤的离子交换作用 5、土壤和植物的机械阻留作用 6、土壤的气体扩散作用
高等水生植物净化水体的特点
以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协 同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附 和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属元 素也有去除效果。
第二节 农田土壤污染的生物修复
无机营养物质
植物生长、发育的需要
有机废物 土壤微生物
土壤形成的基础 土壤净化的原因
微生物修复的生物类型
➢土著微生物：环境中固有的微生物 ➢外来微生物：需大量接种的高效菌 ➢基因工程菌（GEM）
影响微生物修复的因素
营养盐： 需添加氮、磷营养元素 电子受体： 电子受体种类和浓度直接影响微生物降解的速
度和程度。对于好氧生长的微生物，通过不同 方式增加氧的供给，加速污染物的清除。常见 方法有翻耕土壤、直接充氧和加入氧发生剂供 氧。 表面活性剂：有助于对亲水性差的污染物质的降解。
富营养化水体 ➢ 水华和赤潮 ➢ 防治水体富营养化的对策：
• 控制外源性营养物质的输入； • 减少内源性营养物质的负荷。 ➢ 防治水体富营养化的措施： • 工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等； • 化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等； • 生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、磷
进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。
➢ 已有的方法：将土壤从污染点搬移，然后用分散 剂或鳌合剂进行处理。
➢ 植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性 核素，因此植物去除是一个值得研究的方法。
➢ 植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性 质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放 射性核素的能力越大。
植物在富营养化水体的水质净化中的应用
共代谢基质: 微生物可通过共代谢加速降解一些难降解有机物。
二、环境污染的植物修复
植物修复的特点
可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用 于大面积、低污染的区域。
环境污染的植物修复机理 有机物的降解与去除
1) 植物对有机污染物的直接吸收作用 2) 植物释放分泌物和酶 3) 根区的矿化作用
矿化作用是在土壤微生物作用下 ，土壤中有机态化合物 转化为无机态化合物过程的总称。
金属硫蛋白(Metallothionein)与金属螯合素(Phytochelatins) 是担负重金属处理机制中最重要的角色。
典型的金属硫蛋白具有61-74个氨基酸，其中含有20 个半胱氨酸(cysteine)，每一个金属硫蛋白就可结合七 个二价重金属离子如镉、铬、锌等.
金属螯合肽主要由谷胱苷肽(glutathione, GSH)所组成， 其结构为谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸(r-Glu-Cys-Gly)。 GSH能够缓解重金属对植物细胞的毒害作用.
横石水稀释10000倍，水生物还是不能在里面 存活24小时。其毒性可顺延下游50公里。 上坝村民生存在一个重金属污染到处存在的环境中，当地种出来的香蕉，镉超标187倍
运用植物去除有毒重金属的新型态植物修复技术
植物修复技术是透过植物体本身吸收并累积重 金属的过程来移除土壤中的重金属。
植物去除有毒重金属机制
经常被作为吸收重金属试验的植物
变叶木 马齿苋
仙丹花
鹅掌藤
美人蕉
孔雀草
适应重金属胁迫的植物
适应重金属
胁迫的植物
不吸收或少吸收重金属
将吸收的金属钝化在 植物的地下部分
大量吸收金属的同时正常生长
在金属污染土壤中生产 符合环境标准的农产品
通过栽种植物积累金属， 收获后进行植物提取
环境中放射性核素的去除
第十章 污染环境的生物修复
第一节 生物修复概论
生物修复的基本概念
生物修复（bioremediation） 生物修复是生物特别是微生 物催化降解有机污染物，从 而修复被污染环境或消除环 境中的污染物的过程。
生物恢复（biorestoration）、生物清除（bioelimination）、 生物再生（bioreclamation）或生物净化（biopurification）。
以生物修复为核心的生物治理技术种类
原位生物修复（in situ）
采取就地解决问题的技术方案， 即在污染区域直接使用修复技 术而无需将其转移。
异位生物修复（ex situ）
需要通过某种途径将被污 染物从污染现场运到一指 定地点进行集中处理。
成功的生物修复需具备的前提条件
• 必须存在具代谢活性的微生物，这些微生物在降解或转化化合物 时必须达到一定的速率，且不会产生有毒物质；
植物在土壤修复中的应用
1、土壤环境中金属 污染生物修复
我国每年因重金属污 染的粮食达1200万吨！ 直接经济损失超过200 亿元，而这些粮食可 养活4000多万人。
广东最著名的“癌症村”——上坝村重金属污染
该村18年间有250多人死于癌症，祸起矿山剥采污染水源，央视曾称其为“死亡村庄”
下游的水田被严重污染，无法种植农作物
农药
土壤微生物
降解
脱卤作用和脱烃作用
农药污染土壤的微生物修复手段
原位生物修复技术
将受污染土壤在原地处理。处理期间, 土壤基本不被搅动。最常见的是土壤的 水饱和区进行生物降解。除了要加入营 养盐,氧源外，还需引入微生物以提高生 物降解的能力。这种方法因受温度和土 壤类型的影响而具有一定的局限性。
1、土壤农药残留污染的控制与生物修复
防治农田病虫害、杂草、保证农作物高产的重要手段；又 是控制某些传染性疾病如疟疾、黄热病、脑炎、丝虫病以 及登革热等的重要药剂。
大部分直接落入土壤 植物吸收 飞扬到大气中 随水流走
土壤农药污染生物修复机理
主要通过微生物的转化作用。
农药被土壤微生物降解的基本机理
（假单细胞菌属、诺卡氏菌属和曲霉菌属）
• 目标化合物必须能够被微生物利用，污染场地不含对降解菌种
有抑制作用的物质，否则需先行稀释或将该抑制剂无害化；
• 污染场地或生物反应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的环境条件必须
有利于微生物生长或保持活性；
• 技术费用必须尽可能低。
生物修复主要生物种类及其修复原理
一、环境污染的微生物修复
有机污染物
微生物的降解和转化
无害的小分子化合物和二氧化碳与水