分子生物学技术在土壤生物修复中的应用研究和展望剖析

分子生物学手段

在土壤污染生物修复中的应用

摘要: 污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复，文章

综述了分子生物学技术包括环境微生物群落降解基因分析、16S rRNA序列

分析技术以及荧光原位杂交技术在生物修复技术中跟踪污染土壤中降解微

生物行为、监测降解基因和微生物群落变化，揭示了其中的分子机制的应

用现状，对各项技术应用中需要注意的问题进行了讨论并对其发展前景进

行了展望。

关键词: 分子生物学；降解基因；16S rRNA；FISH

Molecular biology techniques in bioremediation of soil: Current status and future

Abstract：This review starts with a brief overview of the molecular

biology techniques applied to the bioremediation of soil. The

principles of the catabolic gene probe analysis of microbial

community, 16S rRNA sequence analysis and fluorescent in situ

hybridization (FISH) and their applications to monitoring the fate

of contaminant-degrading microorganisms, detecting catabolic gene

and analyzing the changes of microbial community in contaminated

soil are highlighted. The problems and prospects of these techniques

are discussed.

Key words: molecular biology; catabolic gene; 16S rRNA; FISH

1、引言

国家环保总局发布资料指出，目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上，全国每年因土地污染造成的经济损失超过2000亿元。随着我国工农业生产的迅速发展，我国土壤受石油烃类、硝基化合物、多环芳烃、氯代烃、农药、杀虫剂等有机化学品和重金属污染的状况日益严重，对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成严重威胁，土壤污染的总体形势相当严峻。另一方面，全国土壤污染防治的资金投入有限，土壤科学研究难以深入进行。生物修复技术通过利用和强化环境微生物对难降解污染物的代谢分解作用进行污染控制和治理，在发达国家已形成一定的产业基础，在我国也受到学术界的广泛重视[1]。

土壤是由固相、液相和气相共同组成的三相体系，土壤固相组成及性状复杂，存在于其中的生物群落亦具有高度的不均一性和波动性，土壤生态体系的复杂性加大了生物修复的难度。具有高效代谢污染物能力的微生物接入污染土壤中，受污染体系温度、水含量、pH值、营养物质供给等因素的不规律剧烈波动，以及土著微生物竞争作用的影响而无法生存，这是制约生物修复技术效率的根本原因[2]。因此，以分子生物学技术为基础，研究开发在复杂污染体系中快速定量分析具有高效代谢污染物能力的微生物及微生物群落变化的方法，用于指导生物修复的理性设计和过程调控是环境生物修复技术的重要研究方向。

传统的微生物学技术对环境中微生物的分析研究以纯培养技术为基础，工作量大，周期长(数天至数周)，而且由于土壤中90%~ 99.9%的微生物无法进行分离培养[3]，传统的分析技术无法反映微生物群落的真实情况，对不可培养的微生物在污染物生物降解中的作用也无法解析。另外土壤环境具有显著的地域差异性，依据传统微生物技术及经验进行生物修复过程设计的失败率较高。1985年Pace等[4]第一次利用rRNA测序技术分析环境中微生物群落以来，分子生物学手段在生物修复技术中的应用目前已成为一个研究热点。分子生物学技术无需对微生物进行分离培养，具有快速、准确的特点，仅需数小时即可完成检测，具有较大的优越性。该技术可从分子水平上定量跟踪、监测特定微生物和微生物群落变化，为解析生物修复过程中微生物生态变化与污染防治控制的关系提供了强有力的工具。

本文作者对基于分子生物学技术的微生物群落降解基因分析方法、16S rRNA群落分析技术以及荧光原位杂交技术在生物修复技术中的应用及研

究进展进行了综述。

2、环境微生物群落降解基因分析

降解基因是指编码污染物代谢途径中主要降解酶的基因片段。从环境样品中提取DNA样本，利用PCR技术对降解基因进行扩增，得到的结果可用于分析环境中污染物优势降解菌的分布，指导优势降解菌的筛选和生物修复过程的调控。表1列出了部分典型的降解基因及分子生物学检测方法。随着研究的开展，越来越多的降解基因被发现，这些降解基因编码有机物代谢途径中的关键酶通过选择合适的分子生物学方法，可在原位检测各类污染物富集的生态环境中降解菌的分布及代谢活性。

降解基因的发现和分子生物学检测方法的开发研究为监控生物修复过程提供了分子水平的理论依据。Stapleton等[5]将含有BTEX和萘的合成喷气机燃料油注入试验场地的地下水层，用一组基因探针对污染区域中alkB, nahA, nahH, todClC2和xylA基因进行监测，结果表明，在污染区域内形成了好氧降解污染物的微生物群落并对燃料油污染物有较强的适应能力。Whyte等[6]用PCR杂交和菌落杂交方法分析了4种链烷烃单加氧酶基因型在北极和南极的碳氢化合物污染土壤和对照土壤中的存在特性，由此鉴定出极地链烷烃降解微生物群落中的主要微生物。

对降解基因的定量检测还有助于开发高活性的微生物制剂。Wang等[7]通过考察菲的主要降解基因，分析了混合微生物在代谢菲时不同代谢途径之间的互补可加速生物降解的可能性。Cunliffe等[8]考察了采用不同手段预处理接种微生物，发现预处理过程能够显著影响降解基因的表达，进而影响对土壤中多环芳烃的降解效果。另外，对降解基因的研究还可有助于构建降解能力强的基因工程菌。

应用降解基因监测环境中的优势降解微生物仍面临如下两个关键问

题。第一，已知降解基因序列的有限性，由于大多数基因序列都来自于实验室中易培养的菌株。根据这些序列设计出来的PCR引物和基因探针只能检测到环境基因库中的某些特定序列。针对这一问题，需对环境中的代谢基因进行进一步的挖掘，使用定量评估手段也能够避免分析结果的混乱，如使用定量PCR(竞争性PCR或实时PCR)。第二，为确认降解基因是否真正在原位进行表达，需借助其他检测手段(如反转录酶PCR等)。

3、16S rRNA群落分析技术

以16S rRNA为基础的分子生物学技术主要利用不同微生物在16S rRNA 及其基因rDNA序列上的差异对微生物种类进行鉴定和定量分析。采用该技术无需对环境样品中的微生物进行分离培养，能够快速、准确地反映环境微生物样品的多方面信息。目前已知16S rRNA基因序列的细菌有10000种以上，并且每年都有新信息不断补充到GeneBank[9]中，这使得微生物研究工作者能够利用这一数据库对微生物群落多样性进行研究。

目前16S rRNA序列分析技术在环境修复领域的应用主要包括3个方面。第一是鉴定生物降解菌。如张小凡等[10]从石油污染土壤中分离到2株菲降解菌，经16S rRNA方法鉴定均为鞘氨醇单胞菌属细菌。Erksson等[11]对一组能够在厌氧环境和很宽的温度范围内降解多环芳烃的菌群进行了分析及鉴定，并分析了富集菌群在不同环境下微生物群落的变化趋势。Zhang 等[12]采用16S rRNA序列分析从多环芳烃污染的土壤中分离出3株优势降解菌，并首次报道副球菌属细菌对多环芳烃类物质的降解具有通用性。

第二是研究受污染环境中微生物群落多样性的变化，了解种群动态，解析群落与功能的关系，为实现对生物修复过程群落功能的定向调控提供必要的信息。通过添加营养物质对受高度风化石油烃(C10-C32)污染土壤进行了修复治理，利用16S rRNA基因末端限制性片断分析方法对微生物群落进行了跟踪。结果显示:在石油烃降解的快速阶段和缓慢阶段，微生物群落中的主要种属发生了很大的变化。Vanbroekhoven等[13]发现，在不同石油烃类物质污染的土壤中和不同的处理方法下，不动杆菌属微生物的多样性有明显的差异。Ruling等[14]考察了添加不同的营养物质对石油污染的泥滩中微生物群落的影响，发现添加缓释肥料时石油烃的降解速度较快，该区域中微生物群落中的主要种属与添加液体肥料的区域有明显不同。以上研究表明营养物质的剂型和添加方式会直接影响微生物群落的变化，进而影响到生物修复的效率。

另外，采用16S rRNA序列分析技术还可以用于检测不可培养的功能性微生物的存在，并指导分离培养技术的改进，从而通过复制自然环境得到

这些重要的“不可培养”微生物。隶属SAR 11进化枝的微生物约占海洋微生物群落的1/4，但在这之前只用16S rRNA序列分析方法检测到它们的存在，未获得纯培养菌株。Rappe等[15]通过添加海水和低浓度的营养物质分离得到了数株位于SAR 11进化枝上的微生物。通过提供木聚糖并延长培养时间，也可以从土壤中分离得到从前不可培养的重要微生物。在分离培养基中添加非营养物质，如环腺普酸，能够改变筛选环境，有利于极端环境中微生物的筛选。另外还有其他一些方法，如从环境中直接培养或者在实验室制造环境梯度等。以16S rRNA序列分析技术促进纯种分离培养技术的改进将有助于阐明从环境中检测到的基因的功能和调节方式，得到确定的微生物多样性信息，帮助人们更好地利用白然界中的微生物宝库。

16S rRNA序列分析技术缺点之一是操作过程繁琐，包括样品提取、细胞破碎、核酸提取、PCR扩增、扩增产物分离以及核酸探针设计、应用等，每一步都可能对16S rRNA序列分析结果产生重要的影响，此外该技术无法提供微生物分布的可视化信息。而荧光原位杂交(FISH)技术在此方面则独具优势。

4、荧光原位杂交(FISH)技术

FISH技术采用特殊荧光染料标记核酸探针，在细胞内与特异的互补核酸序列杂交，通过激发探针的荧光来检测信号。该技术不依赖于PCR，结合了分子生物学方法的精确性、特异性和显微技术的可视性，能够在自然环境中监测和区分不同的微生物个体，评价微生物群落，并同时提供形态学、数量、空间分布以及细胞环境方面的信息。在微生物学研究中，FISH 技术最常用的靶序列是16S rRNA。对于每个分类水平，根据rRNA目标区域可设计探针，进行种属特异性检测。

FISH技术最初的应用是在微生物多样性较差的体系，如原位鉴定细菌的共生体，或者鉴定有磁趋向性的便于分离的细菌。在过去数年中，针对复杂的样品，如活性污泥或者土壤的研究报道越来越多，这种趋势还在继续。通过传统的培养技术和FISH技术的联用，易北河中细菌聚合体的微生物群落得以描述[16]。目前FISH技术被广泛用于废水生物处理过程中微生物群落功能及动态分析，FISH技术还可用于监测土壤中重金属污染、有机物污染及修复过程中微生物群落以及特定微生物种群的动态。利用FISH 技术对土壤中的微生物群落进行监测主要有两种方式:①将土壤中的微生物洗脱至液相中进行FISH分析；②直接利用显微技术原位观察土壤中微生物群落及空间分布。共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)的出现为原位观察土壤微生物群落及特异种群的空间分布提供了有力的工具。这种技术适用于厚

度较大和荧光背景较高的样品，如污泥絮体和土壤，但是由于应用CLSM 容易导致荧光熄灭，因此要求标记探针的荧光染料具有较强的荧光信号。

FISH技术的关键是探针设计以及荧光标记物的选择。由于土壤体系独特的复杂性，将此技术应用于土壤体系时仍需对其中的技术细节进行优化，如土壤样品制备以及如何降低背景荧光等。为解决应用过程中的各种技术缺陷，FISH技术将在解析环境污染生物修复过程中的关键问题方面提供准确、丰富的信息。

5、分子生物学技术的地位和应用

图1总结了分子生物学技术在现代环境微生物技术中的地位和应用。分子生物学技术的应用不仅扩大了环境微生物的研究对象，并可在分子水平研究污染物的代谢途径，探索微生物群落变化在生物修复中的重要作用，准确地揭示微生物之间的关系，进而帮助阐明该生态过程的分子机理，实现生物修复的理性设计。

6、结语

以分子生物学技术为基础的降解基因分析、群落分析以及荧光原位杂交技术能够定量检测降解微生物的丰度和代谢活性、环境中的微生物群落多样性及其空间分布的变化趋势，为建立调控和优化生物修复过程的方法和理论提供先进的分析手段。但也应该看到每种技术都有其特定的优点和局限性，在实验室中使用这些技术时应根据样品的不同特性选择和摸索最为合适的方法。并且，一种方法的单独使用往往难以给出准确的定论，需要各种方法的联合使用，并与传统的培养技术结合。我国应用分子生物学技术分析污染土壤中微生物群落结构的工作刚刚起步，正处于不断探索和积累经验之中，这些技术在实际应用中的结合和优化，必将为生物修复技术的发展提供更为广阔的前景。

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污染土壤微生物修复技术研究进展

污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚

微生物修复技术与环境的关系

微生物与生态环境的关系 ——生物修复技术与生态环境田文涛化工与制药专业理工1005班学号100150135 指导教师刘雪玲摘要微生物是自然生态链中重要的一环，是必不可少的，它们对化学元素在自然界中循环、高分子物的合成与降解、甚至对无机物质形成、能量物质的储存、细胞基因储存复制及未知的方面等具有重要贡献。它的作用是呈两方面的：有益于人类的和病原的。微生物与人类的生活密切相关，在生态环境中发挥着重要的作用。生物修复技术已成功应用对于修复污染环境，并取得很好的成果。本文介绍了生物修复技术，着重叙述了微生物修复技术极其应用，从而说明了微生物在生态环境中的重要性和相关研究进展。关键词：微生物生物修复技术生态环境保护

前言生物修复( bioremediation) 技术是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物, 实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。它是一类低耗能、高效和环境安全的环境生物技术。它主要是利用土著微生物的代谢能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物, 针对不同的污染环境, 可利用不同的修复微生物及改善其生长条件。生物修复技术又包括动物修复、植物修复、微生物修复等技术，其中犹以微生物修复重要。本文主要叙述了微生物修复技术的定义与应用，从而介绍了微生物对污染环境修复中的研究进展。持久有机污染物主要有有机磷农药、芳香族类化合物、卤代有机化合物等，它们在大气、水环境、土壤中广泛存在，对人类产生了巨大威胁。这些环境有机污染物通常被认为是环境外来化合物,一般天然微生物由于缺乏与之降解相适应的完整酶系统,所以表现出难以生物降解。但是在长期的接触驯化过程中,微生物的遗传变异和质粒传递特性,使很多微生物具有了降解或部分降解的能力。下面讨论一下人们所关注的有机磷农药的微生物降解。据研究，假单胞菌及黄杆菌等均能产生一种高水平组合型表达的膜结合性有机磷水解酶,该酶对多种对硫磷结构的化合物都有降解活性,其pH、温度的范围广,稳定性强,底物范围广泛,可裂解包括P - O, P - F, P - CN, P - S等化学键。自可以从上两种微生物中将有机磷水解酶提纯起,人们尝试了借助固定化方法进行有机磷水解酶的应用,载体先是选用三苯甲基琼脂糖,依赖疏水作用将酶分子固定其上,而降解反应体系中补充的为增大农药溶解度的有机溶剂会引起酶与载体的解吸效应。为此将载体改用为聚酰胺纤维,采用共价结合法获得了良好的固定效果。因微生物生长周期较长,酶纯化效率又低、成本高,无法广泛地应用于生产。人们便将更多的目光集中在大肠杆菌宿主的表达系统上,使用强启动子lac实现有机磷水解酶大肠杆菌细胞表面高水平的表达,然后固定化细胞,发展成为生物反应器。土壤受到重金属污染后, 可能导致重金属在农作物体内积累, 造成食物链

含油土壤微生物修复技术

含油土壤微生物修复技术一、国内外研究动态 1.1技术背景石油是原油和石油制品的总称。原油是积累的有机物质经过地质变迁而形成的，主要由链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量硫化物、氮化物、环烷酸类等非烃化合物组成的复杂混合物，其中烃类占所有组分的95~99.5%，其化学组成、颜色和物理性状等随产地的不同而略有不同.【1】石油是现代社会的最主要能源之一，石油工业在国民经济中占有十分重要的地位，也是国家综合国力的重要组成部分，因此世界各国十分重视石油工业的发展。【2】在石油行业，土壤污染主要来源于油气生产、加工过程中产生的落地原油及含油污泥、钻井废泥浆以及含油污水处理产生的废渣等三部分。【3】石油进入土壤后,会破坏土壤结构，影响土壤的通透性，降低土壤质量；油污粘着在植物根系上，形成一层粘膜，阻碍植物根系对养分和水分的吸收，引起根系腐烂，影响农作物生长；石油富含的化学基团能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效氮、磷的含量减少，影响作物的营养吸收；【4】石油中的多环芳烃具有致癌、致畸、致突变等作用【5】。石油烃中不易被土壤吸附的部分能渗入地下污染地下水。 1.2含油土壤的处理方法为了消除土壤中的石油污染，各国的研究人员进行了广泛的研究。处理含油土壤的物理和化学方法主要有焚烧法、固化法、热脱附法、溶剂萃取法、洗涤法等，这些方法存在价格较高、破坏土壤结构和组分、造成二次污染等问题，限制了应用范围。【6】生物修复因其具有成本低、效率高、无二次污染、易操作等优点，被认为是有机污染物修复技术中最有效、最可行和最可靠的方法，越来越引起人们的关注。Hung-Soo Joo等人发现粉末状Candida catenulata 在23%食物残渣和77%柴油污染的土壤（2%柴油）培养13天后，84%最初的石油烃被降解，相比较没有接种的只有48%的降解率。【19】研究表明固定化细胞相比自由细胞有着很高的热稳定性，并且底物浓度明显的影响着降解的能力。【21】 3石油的微生物降解 .3.1微生物降解石油污染物的优势动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力，但微生物在污染物降解中的作用最大。这是因为微生物具有种类多、分布广、个体小、繁殖快、比表面积大、容易变异的特点。 3.2环境中降解石油的微生物能降解石油烃的微生物非常多，有100余属，200多个各种(顾传辉等，2001)。一般认为，细菌分解原油比真菌、放线菌容易的多，更能有效地降解原油。降解

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土壤修复技术及优缺点

土壤修复技术及优缺点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

土壤是植物生长繁育的自然基地，是农业的基本生产资料，是人类赖以生存的极其重要的自然资源。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。不同污染类型的土壤污染，其具体治理措施不完全相同，目前，重金属土壤的修复技术主要有工程措施，物理化学方法，植物修复方法以及微生物修复方法。工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，可以降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤-植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法，在这方面日本取得了成功的经验。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。物理化学方法是当前重金属污染土壤修复研究的热点，也是最为成熟工程上应用最为广泛的修复技术，主要包括固化/稳定化技术，土壤淋洗技术，电动修复技术和电热修复技术等。固化/稳定化技术是通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，从而降低污染物质的毒害程度。如通过施加水泥等固化土壤重金属的固化修复技术，或向土壤投入无机或有机改良剂，改变土壤的

土壤修复技术汇总

目录一、中国土壤污染现状 .................................................................................................................. 1. 总体情况............................................................................................................................ 2. 污染物超标情况................................................................................................................ 3. 不同土地利用类型土壤的环境质量状况 ........................................................................ 4. 典型地块及其周边土壤污染状况 .................................................................................... 5.土壤污染治理的难度.......................................................................................................... 二、污染土壤的修复技术 .............................................................................................................. 1 典型的土壤污染问题 ......................................................................................................... 1.1 重金属污染 ............................................................................................................ 1.2 石油污染 ................................................................................................................ 1.3 化肥污染 ................................................................................................................ 1.4 农药污染 ................................................................................................................ 2 污染土壤的修复技术 ......................................................................................................... 2.1 物理修复 ................................................................................................................ 2.2 生物修复 ................................................................................................................ 2.3 化学修复 ................................................................................................................ 3 各土壤修复技术优缺点比较表 ......................................................................................... 4 土壤修复的产业链条 ......................................................................................................... 三、土壤修复企业 .......................................................................................................................... 1 土壤修复工程企业及其常用技术 ..................................................................................... 2 土壤修复行业2017年部分工程项目一览 ....................................................................... 四、运营模式 .................................................................................................................................. 1 污染方付费模式................................................................................................................. 2 受益方付费模式................................................................................................................. 3 财政直接出资方式............................................................................................................. 4 财政出资回购方式（BT模式） ....................................................................................... 5 PPP模式 ..............................................................................................................................

污染土壤的微生物修复研究进展

污染土壤的微生物修复研究进展土壤污染严重影响了土壤的生产力，是急需解决的环境问题。本文全面地介绍了土壤修复的微生物筛选与降解研究，以及污染土壤的微生物修复技术及其应用，提出了今后微生物修复研究的工作重点，强调了污染物降解基因的发掘和微生物复合修复技术开发的重要性。标签：土壤污染微生物筛选微生物修复 1简介我国土壤污染总体形势不容乐观，局部地区污染严重，目前至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染，约占全国耕地的10%以上，每年因重金属污染的粮食就达到1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元人民币[1]。与大气、水体相比，污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释，所以土壤污染的治理尤为重要，土壤的环境修复技术也应运而生。 80年代以前，土壤的环境修复主要侧重于研究物理、化学修复理论与技术，80年代后微生物修复受到高度重视。微生物修复主要利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效微生物，在优化的环境条件下，加速分解污染物，修复被污染的土壤。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，因而在土壤的环境修复上具有巨大的发展潜力。 2土壤修复的微生物筛选与降解研究我国土壤污染类型中，重金属污染和有机物污染所占比重较大。自然界中存在能够对重金属或有机物进行降解的菌种和微生物，这些微生物大多存在于被相应污染物污染的土壤表层。因此，人们一般以污染土壤为对象，从中筛选相应的降解菌。为了获得高效镉吸附微生物，刘标等[2]从重金属污染土壤中分离筛选出4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1，其中菌株4-1的镉吸附效果最好，并研究分析了其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响，结果显示培养液中加入Zn2+、Cu2+对菌株生长无明显影响，但加入100mg/L Pb2+会抑制其生长。李明顺等[3]研究了微生物对锑的代谢机制，一方面微生物能够利用体内的蛋白如ArsB转运蛋白将锑外排，另一方面微生物能够对锑进行氧化，将毒性较强的Sb（Ⅲ）转化为毒性相对较弱的Sb（Ⅴ）。为了得到高效的石油降解菌，汪杰等[4]以柴油为培养基的唯一碳源，从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化得到3株高效的石油烃降解菌，用这3株菌进行污染土壤的修复试验，污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右，为自然情况下的1/4左右。姜肸等[5]以南海

生物修复技术

生物修复技术作为一项有效的环保处理技术被应用始于上世纪70年代初。由于其具有设备简单、操作方便、经济可靠的特点，生物修复技术在全球范围内得到了迅猛的发展并被广泛应用于石油、化工、制药、矿山等行业的污染处理，成为土壤和地下水污染处理的首选技术。作为一种新兴的环保技术，生物修复技术具有广泛的市场发展前景。举例来说，在美国大约有750000个各种地下储罐，一半以上为石油或汽油灌，其中有超过300000个存在泄漏现象，并以每年30000左右的速度递增。生物修复技术被证明是目前处理此类污染的最经济和有效的环保技术。关于生物修复技术在处理含油泥沙（主要产生于油田、炼油厂和石油泄漏）的应用，国外进行了大量的研究和实践。逐渐形成了一套较为成熟和可靠的工艺，并取得了不错的处理效果。总的来讲，这些工艺可分为异位生物修复和原位生物修复两种。其中异位生物修复主要包括composting(堆肥)和landfarming工艺，而原位生物修复主要包括Bioventing（生物通风）和soil vapor extraction (土壤气抽吸)工艺。作为一项较为复杂的环保技术，生物修复牵涉环保、生物、水文、地质等多个学科。因此，影响生物修复处理效果的因素也很多，大致包括生物种类及活性、污染物种类及浓度、土壤条件（土质、湿度、pH等）、营养成分、充氧状态以及温度等。所以，一个有效的工程方案在选择合适的工艺的基础上，还必须监测和控制适当的影响因素，才能达到最佳的处理效果。影响因素的参数确定和优化必须采用试验与实践相结合的方法来获得。一、异位生物修复工艺 1、Composting(堆肥)

堆肥工艺就是将污染的土壤与一定量的填料混合后垒成土堆，土壤中的微生物在适当的条件下进行新陈代谢的同时将污染物降解并去除。填料的作用是改善土壤结构，提高空隙率，增加充氧效果，并提供适合微生物生长的温床。填料主要有稻草、木屑、鸡粪、牛粪、或活性污泥等。添加比例应视土壤结构和污染物的种类和浓度而定，通常为5%~40%不等。为提高处理效果，通常需要充氧、提供营养物质并保持适当的湿度。微生物新陈代谢所产生的热量能使土堆内部的温度高达30~60 C, 较高的温度能促进微生物的降解过程，达到较理想的处理效果。工程中，对土堆内部温度变化的监测能为充氧量提供依据。通常堆肥工艺根据形式不同又分为Static Pile (Biopile)、Windrow、和Closed Reactor三种工艺。由于Closed Reactor工艺处理费用高从而限制了它的应用。工程中应用最广泛的是Biopile 和Windrow工艺。这两者的主要区别是供气方式的不同。Biopile是靠鼓风或抽吸的方式利用管路向土堆内充氧。而Windrow 则是利用人工或机械定期翻土来达到向土堆中充氧的目的。美国艾斯特技术工程公司在美国数十个石油污染土壤的生物修复工程均采用了Biopile 或Windrow工艺。统计数据表明，经过3-6个月的处理,TPHs的浓度下降了80%以上，处理效果明显。 2、Landfarming Landfarming是一种最简单的生物修复技术之一。它是将待处理的土壤以一定的厚度均匀的铺在事先经过处理的不透水的平地上，定期用类似爬犁的工具耕土; 在适当的条件下，利用土壤中的微生物的新陈代谢作用去除污染物。耕地的目的是提供充足的氧气和起到混合搅拌的作用。通常土层的厚度为15-40cm, 视处理

土壤微生物修复综述

土壤污染生物修复【摘要】随着工业技术不断发达，人们生活水平不断提高的今天，严重的土壤环境污染却成为发展后的代价。所以对于污染的治理的研究成为科研工作者们的主要内容。在土壤治理方面不断革新，传统的治理手段不断淘汰，随着科学技术发展，生物修复技术将大量的被应用到土壤污染修复之中。本文主要概述了生物修复土壤污染的概念及手段。【关键词】土壤污染，微生物修复，植物修复，重金属，有机化合物。 1 我国土壤污染现状就目前我国土壤的污染程度来说，在污染的总体趋势上较为严峻。据2014年国家环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染调查公报》显示，全国土壤总的超标率为 16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达19.4%；在调查的重污染企业用地和工业废弃地点位中，超标率分别高达 36.3%和34.9%。我国受到污染的耕地面积达到了0.1亿 hm2，受到污染的耕地面积占我国总耕地面积的1/10，可以说污染的程度相当深。其中很多的耕地受到重金属的污染，总面积达到了2000 万 hm2，占总耕地面积的1/5。其中工业“三废”污染耕地1000万hm2，污水灌溉农田面积达330多万hm2，1600万hm2耕地受到农药的污染，固体废弃物堆存占地和毁田13.3万 hm2，合计占耕地总面积的10%以上。二是土壤污染危害巨大。据估算，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，造成的直接经济损失超过200亿元。由土壤污染引发的农产品安全和人体健康事件时有发生，成为影响农业生产、群众健康和社会稳定的重要因素。土壤的生态环境保护与治理已引起人们的普遍关注。 2 生物修复技术生物修复(Bioremediation)是一项清洁环境的低投资、高效益、便于应用、发展潜力较大的新兴技术，它具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，生物修复利用生物(包括植物、微生物和原生动物)的代谢功能，吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态恢复。从参与修复过程的生物类型来划分，生物修复包括微生物修复、植物修复、动物修复和联合修复等，另外还有原位生物修复技术和异位生物修复技术等。生物修复是一种较为理想的污染治理手段。对于土壤污染生物修复是很好的修复手段，主要是利用生物的自然新陈代谢功能对环境中的各种有害物质的浓度进行有效的降低，使得土壤中的污染物形成自然分解，这样的修复可以使得土壤自然的恢复到原始的状态，而这种修复方式对于土壤的整体结构不会造成损害。针对土壤污染治理来说，传统的修复技术都存在一定的弊端，不能够彻底的将土壤中的有害物质消除，使得二次污染很快的出现，对于土壤结构来说会造成更加严重的破坏。而采用生物修复技术则可以有效的对土壤中的有害物质进行彻底的清除，而且这种技术属于物理修复技术，其中不含有任何的化学成分，这样的修复技术可以有效保持土壤的完整性，不会对土壤中的分子结构造成破坏。而且这种技术的应用也较为简单，并且不需要较高费用的支持，在处理的效果上也较为突出，对环境不会造成负面影响，而且能够有效避免二次污染的出现，可以说这种修复技术在土壤污染治理上具有极大的

土壤地下水污染生物修复技术

土壤地下水污染生物修复技术什么是生物修复生物修复是指用微生物修复被污染的土壤和地下水。微生物是天然地存活在环境中的非常微小的生物体，比如细菌。对某些种类的微生物而言，污染物就是它们的食物和能量之源，生物修复所做的就是促进和鼓励这些微生物扩张它的种群。生物修复适用的污染物有石油、石油类产品、化学溶剂和农药。生物修复的工作原理有些微生物吃下并消化污染物，通常将其转化成少量的水和无害气体（比如二氧化碳、乙烯）。如果那些“有用”的微生物在土壤和地下水里的数量不足，就要通过一个叫做“生物添加”的过程来增补。为了保证生物修复切实有效，正确的温度、营养素和食物都不可缺少。恰当的环境条件将使“有用”的微生物得以生长繁殖，进而吃掉更多污染物。如果环境条件不适宜，微生物会生长得过于缓慢或是死亡，导致污染得不到修复。这时就需要增加“修正措施”来完善环境条件。从糖蜜、植物油这类“居家用品”，到空气和产生氧气的化学物质，都是修正措施可能包含的要素。诸多添加物通常用泵送往地下，运输通道就是土壤和地下水原位修复井。在土壤中，生物修复所必需的条件不可能一直具备。在有些场地，过于寒冷的气候会使微生物无法活跃；土壤若过于致密，也会使添加物不能均匀地在地下扩散。对这样的场地，环保局可能要把土壤挖出，在垫子上或容器里进行异位修复。土壤会被加热、搅拌或与添加物混合，以改善它的环境条件。微生物吸收油、氧气和营养元素，释放水和气体有时，土壤的混合会导致污染物在被微生物吃掉之前就挥发出来。为防止污染空气，土壤混合要在特别的容器或设施里进行，化学物质挥发出的蒸气可以被收集并处理。为了修复被污染的场地内地下水，井壁上会被钻孔，以便能把一部分地下水泵到地上容器里。在被泵回地下水之前，这些水就会与添加物混合。这些富含添加物的水将为微生物修复那些仍在地面之下的地下水提供适宜的条件。地下水也可以被泵入一个“生物反应器”进行异位修复。在生物反应器里，地下水、微生物和添加物混合在一起接受处理。根据场地情况不同，处理过的水可能泵回地下，可能排入地表水，也可能进入污水系统。

土壤修复技术及优缺点

环境微生物论文《土壤重金属污染的微生物修复技术》

土壤重金属污染的微生物修复技术农业资源与环境111班罗赛云【1131240125】【摘要】土壤是农业生产的基础,是人类最基本的生产资料和劳动对象,也是人类世代相传的生存条件和生产条件,是我们的生命线。然而，土壤污染已成为世界性问题，我国土壤污染总体形势也相当严峻；随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，我国土壤重金属污染日益严重。目前，土壤污染的修复方法中以生物修复效果较好，其中微生物修复在土壤污染净化、修复中显示出的作用越来越重要。该文以土壤污染中的重金属污染为切入点，分析了我国土壤的重金属污染,综述了微生物修复土壤重金属污染的研究进展，讨论了微生物在土壤重金属污染修复中的前景。【关键词】土壤重金属污染微生物修复原理微生物修复技术一．引言土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于其自然背景含量，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。重金属不能为土壤微生物分解，而易于积累、转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。根据农业部环保监测系统对全国24个省市，320个严重污染区约548万公顷土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20％，其中重金属污染占80％，对全国粮食调查发现，重金属Pb，Cd，Hg，As超标率占10％。重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，大多数微生物不能使之降解。并可经水，植物等介质最终危害人类健康。二．土壤重金属污染状况污染土壤环境的重金属主要是指生物毒性显著的镉、汞、铅以及类金属砷,其次是指毒性一般的重金属铜、铬、镍、锌、钴、锡等,当前最引起人类关注的是汞、镉、铅、铬、砷等。我国农田土壤重金属污染现象已经十分严重,近10%的耕地和多数城市近郊农田土壤都受到了不同程度的污染。调查表明工矿企业的污水排放、污水灌溉、污泥、垃圾肥料、畜禽粪便以及化肥的大量使用是土壤重金属污染的来源。污水灌溉是我国农田重金属污染的主要原因之一，我国的大型污灌区主要集中在部分大中城市的近郊县,普遍出现了重金属污染问题。重金属污染不仅使土壤肥力退化,农产品的产量和品质降低,而且促使水环境恶化,并且通过食物链最终危及人类的生命健康。和其他类型的污染物相比,重金属污染具有普遍性、隐蔽性、表聚性、长期性、不可逆性、易积累、不能被降解、毒性大等特点,是影响生态系统安全的一类重要污染物质,对土壤污染有较长的潜伏期，一旦进入农田土壤,对其进行治理十分困难，其修复不仅见效慢而且费用高。三．土壤重金属污染的微生物修复技术

微生物修复

微生物修复摘要: 微生物与人类的生活密切相关，在生态环境中发挥着重要的作用。生物修复技术已成功应用对于修复污染环境，并取得很好的成果。本文介绍了生物修复技术，着重叙述了微生物修复技术极其应用，从而说明了微生物在生态环境中的重要性和相关研究进展。关键词: 生物修复微生物修复重金属富营养化水体生物修复( bioremediation) 技术是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物, 实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。它是一类低耗能、高效和环境安全的环境生物技术。它主要是利用土著微生物的代谢能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物, 针对不同的污染环境, 可利用不同的修复微生物及改善其生长条件。生物修复技术又包括动物修复、植物修复、微生物修复等技术，其中犹以微生物修复重要。本文主要叙述了微生物修复技术的定义与应用，从而介绍了微生物对污染环境修复中的研究进展。微生物修复微生物修复技术主要是利用自然环境中生息的微生物或投加的特定微生物,在人为促进工程化条件下,分解污染物,修复被污染的环境。目前受污染的环境主要有土壤、水体等，微生物修复正是利用微生物将其中有毒有害有机污染物降解为无害的无机物质的过程。重金属污染土壤的微生物修复土壤受到重金属污染后, 可能导致重金属在农作物体内积累, 造成食物链污染, 严重威胁人体健康。微生物对重金属的修复机理比较复杂, 目前学术界还没有形成统一认识。一些学者认为, 微生物修复技术是在人为优化的条件下, 利用自然环境中的微生物或人为投加的特效微生物对重金属吸收、沉淀、氧化、还原等过程,降低土壤中重金属的含量或毒性,使污染的土壤恢复生态功能。有学者发现, Cu, Cd, Pb能以硅酸盐或氢氧化物形式结合在芽孢杆菌细胞的表面。变价金属在环境中可以同价态形式存在, 细菌的代谢活动可将这些重金属离子氧化还原。某些细菌可向胞外分泌硫和磷酸等物质使环境中的重金属离子沉淀,或在细菌的成矿过程中伴随有重金属的共沉淀。氧化硫杆菌、氧化亚铁杆菌等可通过提高氧化还原电位、降低酸度等滤除污泥、土壤和沉积物中的重金属。另一些学者认为,新陈代谢是微生物修复功能实现的生理基础,在新陈代谢过程中微生物通过对重金属元素的价态转化或通过刺激植物根系的发育影响植物对重金属的吸收, 从而降低土壤中重金属含量或毒性。微生物通过产生有机酸、提供质子或与重金属络合的有机阴离子交换或络合金属离子,使土壤溶液中的金属含量增加,有利于超富集植物吸收。某些菌还能通过胞外络合作用、胞外沉淀作用、胞内积累与转化等生理过程将重金属由高毒性变为低毒性。微生物还可与植物根系相互作用, 形成菌根或刺激根系分泌重金属络合剂、螯合剂,抑制重金属的毒性,或促进植物对重金属的吸收富集,降低土壤中重金属的含量。重金属污染土壤的修复是一个系统工程, 单一的修复技术很难满足实际的需要,以生物修复为主, 注重植物、动物和微生物协同作用,辅以物理、化学及农业生态措施, 加快重金属毒性消解,促进生物吸收富集,从而提高生物修复的综合效率。金属污染微生物修复技术的研究与应用 (1)重金属污染的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。目前应用微生物的高效降解、转化能力在治理重金属污染方面已经取得了良好效果。其治理过程分为：①高效生物降解能力和极端环境微生物的筛选、鉴定；②污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；③生物恢复的实际应用和工程化。 (2)筛选污染物高效降解菌株的研究是微生物修复技术研究的第1步。根据微生物与污染物

土壤生态修复技术有哪些

此技术是充分研究和汲取当今较为先进的生态修复技术成果和理念，在现有客土喷播及高次团粒技术的基础上，不断深化，引入土壤菌理论，集成创新形成的特别适应于矿山废弃地、高陡岩石边坡等特殊困难立地条件生态修复的高新技术。该技术研制出具有高生物活性、高纤维、高团粒结构植物生长的土壤基材，植物不仅能在团粒保水剂的湿润以及客土、肥料支撑条件下迅速发芽，形成根系网，健康生长发育，还客服了目前土壤基材活性化不足，缺乏可持续肥力供给和植被容易退化的难题；特别是在无土岩石、沙化或生土基面，能够加速岩石风化--土壤化过程，模拟产生生土熟土化、熟土腐植化，增加土壤自身造肥功能，促进土壤基材中肥力的持续性释放，有利于保持土壤基材养分供给与消耗平衡，恢复岩石、土壤、微生物、植物四者之间的自然循环及平衡；降解污染物，净化土壤，解除重金属等污染对土壤的危害和对植物生长的胁迫作用，为植物提供适合的微生态生长环境，再造自然的土壤和植物循环体系，实现植物群落的可持续生长和发育，永不退化，促进特殊困难立地植被群落的可持续演替，在短期内形成期望的植物群落，达到恢复自然生态环境功能的目的和效果。城市垃圾场大量垃圾填埋：填埋场的废气、废液、水土流失、及边坡安全将对周围的居民、水体等产生很大的危害。技术流程：将垃圾场进行全场覆盖，同时修建专用外排管道，将场内积存的垃圾污水、渗滤液等输送至城市污水管网，最终进入污水处理场处理，彻底实现垃圾渗滤液的无害化处理；全场设置雨污分流系统，大大减少污水量；然后根据业主要求和不同规划利用方向，采用活性团粒生态修复技术进行植被建设，规划打造成林地、绿地、湖泊和大型生态公园等。高陡岩石边坡生态修复：

污染土壤的修复技术汇总

污染土壤的修复技术汇总几种典型的土壤污染问题 1重金属污染采矿、冶金和化工等工业排放的三废、汽车尾气以及农药和化肥的使用都是土壤重金属的重要来源。按生物化学性质土壤中的重金属可以分为两类：第一类，对作物以及人体有害的元素，如汞、镉、铅及类金属砷等，因此，必须减少这些元素的含量使其不超过环境的容量;第二类，常量下对作物和人体有益而过量时出现危险的元素，如铜、锌、铬、锰及类金属硒等，应控制其含量，使其有益作物生长和人体健康。 2石油污染石油污染是指在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中原油和各种石油制品进入环境而造成的污染，土壤中的石油污染物多集中在20cm左右的表层。石油开采过程中产生的落地油和油田的接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池的底泥，炼油厂含油污水处理设施产生的油泥，也是我国油田土壤石油污染的主要来源。污染土壤中石油主要成分为C15-C36的烷烃、多环芳香烃、烯烃、苯系物、酚类等，其中环境优先控制污染物多达30种。 3化肥污染化学肥料在现代化的农业生产中不仅是粮食增产的物质基础，更是农业生产资料的主体。在粮食增产中花费的贡献率在40%-60%，稳定在50%左右，但是化肥中的有毒重金属、有机物以及无机酸类等是造成土壤污染的主要来源。 4农药污染据初步统计，我国至少有l300-1600万hm2耕地受到农药污染。造成土壤农药污染的主要是有机磷和有机氯农药。据2000年国家质检总局数据，全国47.5%的蔬菜农药残留超标，因农残超标被退回的出口农产品金额达74亿美元。一、污染土壤的修复技术在土壤修复行业，已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术大致可分为物理、化学和生物等三种。物理修复是指通过各种物理过程将污染物特别是有机污染物从土壤中去除或分离的技术。主要包括土壤淋洗、热吸附、蒸气浸提、微波加热和异地填埋等技术。还包括多相抽提等技术，已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯等污染土壤的修复。相对于物理修复，污染土壤的化学修复技术发展较早，主要有土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化-还原技术、化学改良、光催化降解技术、电动力学修复技术和有机质改良等。土壤生物修复技术包括植物富集、微生物修复、生物联合修复和植物固定及降解等技术。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复常见的一种修复技术。进入21世纪后生物修复技术得到迅速发展，成为绿色环境修复技术之一。由于我国土壤污染面积大，污染物质种类多，污染组合类型复杂等原因，单项修复技术往往难以达到预定修复目标，多种修复技术相结合