砷污染微生物修复的进展研究

!!砷在地壳中含量占第 ’( 位$是普遍存在的一种 非金属元素B 砷主要以硫化物的形式存在$ 如雄黄 "3 M M @ 3 M 5# 等 F 5 F # (雌黄 " 3 ’ 5 ) # ( 砷黄铁矿 " =
) "*
* ((( 多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁 ) $* B 印 度(孟加拉国( 澳大利亚( 南美( 日本( 中国等国家上 亿人长期面临饮用高砷水的危险 ) &$#* B 砷污染影响人民身体健康的同时$也给国家经济 带来了巨大的损失B 按 "##* 年的 Z W V和人均收入计 算$ 中 国 砷 污 染 区 的 国 家 经 济 损 失 为 "&" 元O "人 1 C # b" $个人经济损失为 "%F 元 O "人 1 C # b")"(* B ’((& 年 % 月发现的云南阳宗海砷污染事件$在短短的 几个月中给国家带来了几十亿元的经济损失)""* B 砷污染土壤和水体的修复一直受到众多研究者 的关注$目前$传统的物理修复和化学修复技术已取 得一定成效$并形成了部分成熟的工艺流程B 对于砷 污染土壤的修复传统方法主要采用固定技术 $ 而对 水体则主要采用膜分离(离子交换(凝聚沉淀等方法 去除砷$这些方法工程量大( 投资费用高$ 同时还可 能导致二次污染 ) "’* B
) ** $超过国际标准 ) 倍)%* B 中国也是受砷污染最为 IU
严重的国家之一$新疆(内蒙(陕西(湖南(云南(贵州( 广西(广东(台湾等省区的砷污染均比较严重B 环境中的砷污染导致作物产量降低及质量和品 质下降$直接威胁到人畜健康B 目前$ 因砷污染引起 的砷中毒事件也已成为世界关注的焦点$ 地方性慢 性砷中毒成为大多数国家社会公共卫生面临的严峻 挑战B 据世界卫生组织官员公布$ 目前全球至少有
中图分类号!_ "$’!文献标识码!3 !文章编号!(’*(E ))(" " ’("" # ()E (&"$E (&
# & & % ( ) L % , % K& 7 0 % , ’ (T’ 7 & +3 ’ K4 L % 6% * ’ K) ’ +(+1 ? & , % ( ’ 72 +4 4 # ) ’ +(
eX] A C $_ . +1 A 8U E H A $Y 3 , Zd A C 8 $2 X5:>E J A 8
"6 7 ; ; @ U @7 R / @ M 7 >D L @ M C 8? + 8S A D 7 8G @ 89 $\ >C g :7 8U3 U D A L >; 9 >D C ; X 8A S @ D M A 9 < $e>:C 8 F)(($( $6 :A 8C # ? 3 , ) & K7 ) !3 ; 7 8UP A 9 : 9 :@D C NA ? ?@ S @ ; 7 NG @ 897 RA 8?>M 9 D A @ M $C D M @ 8A LL 7 89 C G A 8C 9 A 7 8 @ G @ D U @ MC M7 8@7 R9 :@P 7 D ; ? 2 MG 7 M 9>D U @ 89 @ 8S A D 7 8G @ 89 C ;ND 7 Q; @ G M $@ M N@ L A C ; ; <R 7 D9 :@?@ S @ ; 7 NA 8UL 7 >89 D A @ M B 1 A L D 7 QA C ;D @ G @ ?A C 9 A 7 8 7 RC D M @ 8A LN7 ; ; >9 @ ? @ 8S A D 7 8G @ 89 MA MCI@ < $R 7 >D C M N@ L 9 M $A B @ B $9 :@M N@ L A C ; C ?M 7 D N9 A 7 8 7 R C D M @ 8A LQ<G A L D 7 E 7 D U C 8A M G M $9 :@9 D C 8M R 7 D G C 9 A 7 8 7 R C D M @ 8A LM N@ L A C 9 A 7 8 9 @ L :8A f>@A 8 ND C L 9 A L @ C 8? 9 :@?@ U D C ?C 9 A 7 8 C 8? S 7 ; C 9 A ; A g C 9 A 7 8 7 R C D M @ 8A LL 7 G N7 >8?MQ<G A L D 7 E 7 D U C 8A M G M $9 :@@ R R @ L 9 M9 7C D M @ 8A LL 7 89 C G A 8C 9 A 7 8 7 R M 7 A ; Q<9 :@ A 89 @ D C L 9 A 7 8M Q@ 9 P @ @ 8 G A L D 7 E 7 D U C 8A M G MC 8? N; C 89D 7 7 9 M $C 8? 9 :@G 7 ; @ L >; C DQA 7 ; 7 U A L C ;G @ L :C 8A M G7 RQA 7 D @ G @ ?A C 9 A 7 8 R 7 DC D M @ 8A LP @ D @ D @ S A @ P @ ?A 89 :A M NC N@ D B . 89 :@R A 8C ; M @ L 9 A 7 87 R 9 :A M NC N@ D $9 :@7 >9 ; 7 7 I7 R QA 7 D @ G @ ?A C 9 A 7 8R 7 D C D M @ 8A LC 8? 9 :@A M M >@ M C 8? D @ C ; G M P :A L :L C ; ; R 7 D G 7 D @D @ M @ C D L :@ M A 89 :@R >9 >D @P @ D @?A M L >M M @ ?B D % OP +& * , !C D M @ 8A LN7 ; ; >9 A 7 8’ M 7 A ; ’P C 9 @ D ’G A L D 7 QA C ; D @ G @ ?A C 9 A 7 8’ G @ L :C 8A M G
第 )’ 卷第 ) 期 ’("" 年 ) 月
环!!境!!科!!学 + , . / 0 , 1 + , 2 3 456 . + , 6 +
7 ; B )’ $, 7 B ) 1 C D B $’(""
Baidu Nhomakorabea
砷污染微生物修复的进展研究
吴佳$谢明吉 $ $杨倩$涂书新 $
" 华中农业大学资源与环境学院 $武汉!F)(($( # 摘要!随着工业的快速发展$砷污染成为全世界尤其是发展中国家面临的主要环境问题之一 B 微生物修复是砷污染修复的重 要技术$本文在微生物对砷的专性吸附 $微生物对砷的形态转化及含砷化合物的降解和挥发 $微生物E 根系互作对土壤砷污染 文章还对微生物砷污染修复进行了 的影响$及微生物砷修复的分子生物学等 F 个方面阐述了微生物砷修复机制的研究进展 B 展望$并讨论了进一步研究的问题和领域 B 关键词!砷污染’土壤’水体’微生物修复’机制
收稿日期#’("(E ()E ’$ ’修订日期#’("(E (&E "’ 基金项目#农业部农业公益性行业科研专项 " ’((&()()F # ’ 国家高技 术研究发展计划" &%) # 项目" ’(($3 3 (%[ ))’ # 作者简介#吴佳" "#&$ a # $ 女$ 硕士$ 主要研究方向为环境污染生物 E G C A ; !P >H A C ’((&KP @ QG C A ; B :g C >B @ ?>B L 8 修复$+ E G C A ; ! J G H H A C 8?C 8K< C :7 7 B L 7 G B L 8’ M 9 >K $ 通讯 联 系 人$ + G C A ; B :g C >B @ ?>B L 8
&"&
环!!境!!科!!学
)’ 卷
微生物修复是利用微生物$ 如细菌( 真菌( 放线 菌和原生动物的生命代谢活动富集( 分解或清除生 长介质中的污染物B 近年来$微生物修复技术因其环 境友好性和低投入等优点得到迅速发展$ 大量高效 降解菌株被筛选和研究$ 这给生物修复技术进行污 染修复带来了活力与希望B 本文回顾了近年来砷污染土壤和水体的微生物 修复研究$对微生物修复砷污染的机制进行总结并 对今后的研究方向进行预测B <Q微生物修复砷污染的作用机制 微生物是自然界中形体微小( 单细胞或个体结 构简单的多细胞(甚至无细胞结构的低等生物的通 作为土壤中重要的活性胶体组分 $微生物数量众 称B 多$比表面积大$ 带电荷多$ 且代谢旺盛’ 同时$ 土壤 中的微生物与重金属" 砷 # 间存在吸收和富集( 溶解 和沉淀(氧化和还原等作用的动态平衡 ) ") a"** $ 这对 重金属包括砷的化学行为和生物有效性都会产生深 刻的影响B <R <Q微生物对砷的专性吸附 存在于微生物表面的多种极性官能团能够通过 与重金属$包括砷离子发生定量化合反应 " 如离子 交换(配位结合或络合等 # 而达到固定重金属的目 的B如 微 生 物 细 胞 壁 表 面 的.6 0 0 \ (., \ ’(
B 因
其特殊的类金属性和韧性 ) ’* $ 砷主要用于与铜( 铅 及其他金属形成合金B 此外$砷的化合物还广泛用于 制造防腐剂(染料(农药和医药等B 随着社会经济和工业的发展$全球许多国家面临 严重的砷污染威胁$砷污染已成为人们普遍关注的环 境污染问题之一B 据统计$在美国国家环保局超级基 金计划的污染场地中$ 有 F"m 的污染场地存在砷污 染问题))* B 在澳大利亚$共有超过 "( ((( 多个土壤砷 在印巴次大陆的孟加拉国$以含砷地下 污染场地)F* B 水浇灌 的 水 稻 田 中 土 壤 平 均 砷 含 量 高 达 "(" G U O
)b .V 0 F (. 5\等基团都是结合重金属离子的重要
) ’( * 分别为 "&‘ %F G U O U 和 $%‘ #" G U O U B
研究认为$在微生物吸附砷的过程中$ N\ ( 砷的 原始浓度(磷酸根浓度及预处理技术等都会影响微 当溶液中磷酸根的浓度 生物对砷的吸附效率 ) ’" a’’* B 为 (‘ *G U O 4时有利于砷的吸附$ i "( G U O 4会抑制 微生物对砷的吸附B 1 >D >U @ M C 8 等 ) ’)* 将 " 种从茶树 "T ! $ #$ ! E, # #$ " ! ) .* Q 0 $ * ## 上分离得到 的 真 菌 " 9 @ C R >8U >M #用 = @ 6 ; U O 4 # 浸泡 )( G A 8 $然后用于对 ) " "* G 砷的生物 吸 附 实 验 发 现$ 溶 液 中 砷 的 去 除 率 接 近 "((m$较对照组高出 F(mB 说明经过化学预处理$ 可以显著提高真菌对砷的吸附能力 B <R :Q微生物对砷的形态转化及含砷化合物的降解 和挥发 M " +# * 水体中的砷$通常以无机态的三价砷 ) 3 和五价砷) 3 M " ,# * ’ 种化学价态存在B 土壤中砷的 形态复杂$既有无机砷也有有机砷 ) ’F* $ 其中大多为 M " +# * 和五价砷 ) 3 M " ,# * $ 无机砷$包括三价砷) 3 又以 3 M " ,# 为主B 3 M " +# 和 3 M " , # 之间可以通过 氧化E 还原反应而发生价态转变$ 二者之间保持着动 态平 衡 ) ’** ’ 有 机 砷 主 要 包 括 一 甲 基 砷 酸 " 盐 # "1 1 3 3或 1 1 3 # 和二甲基砷酸 " 盐# " W 1 3 3或 W 1 3 # $ 占 土 壤 总 砷 的 比 率 极 低 ) ’%$’$* B 3 M " ,# 较 3 M " +# 的 附 着 能 力 强$ 移 动 性 弱$ 毒 性 相 对 较 小 ) ’&* B 相对于土壤动物和微生物而言$ 有机砷的毒 性要小于无机砷 ) ’%* B 研究表明$在土壤和水体中砷的形态转化中 $微 生物发挥了重要作用B 早在 "#"& 年$ Z D @ @ 8 等 ) ’#* 就 M " +# 氧化菌$证 从畜牧废水中分离得到了第 " 株 3 明了微生物对砷形态的转化能够产生作用 B 张雪霞 等 ) )(* 从一处有砷污染历史的冶炼厂废址采集土壤 样品$在厌氧环境中对其中的微生物进行富集培养 $ 观察其对砷的还原能力$ 发现在 ’" : 之内$ 3 M " ,# 就被完全转化为 3 M " +# B C ; @ 8g >@ ; C等 ) )"* 也从智利北部一条高砷污染河 流" 3 M U O 4 # 的沉积物中分离得到 # 种假单 ,""(( " 胞菌株$并且证实这些菌株能将 3 M " +# 氧化为更加 稳定的 3 M " ,# B = C 8 等 ) )’* 也从沉积物中分离得到 了砷氧化菌和砷还原菌$ 而且他们发现砷氧化菌分 布在从地表到 $ G 深的地下水中$ 而砷还原菌分布 在( a F" G的区域B 目前发现能够氧化 3 M " +# 的菌 株 主 要 有 两 大 类! 化 能 无 机 自 养 型 "6 :@ G 7 ; A 9 :7 C >9 7 9 D 7 N: # 和 化 能 有 机 异 养 型 "6 :@ G 7 7 D U C 87 :@ 9 @ D 7 9 D 7 N:A L #B 这 ’ 种菌都均有解毒作 用$ 其 中 化 能 无 机 自 养 型 菌 株 在 生 长 中 还 能 将