环境微生物课程论文-几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究

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微生物对土壤中的重金属污染的修复

微生物对土壤中的重金属污染的修复

微生物对土壤中的重金属污染的修复重金属污染是当代环境问题之一,它对土壤和生态系统带来严重的影响。

然而,微生物具有独特的能力,可以修复土壤中的重金属污染。

本文将探讨微生物在土壤修复中的作用和应用。

一、微生物的重金属耐受性微生物是一类极小的生物体,其中包括细菌、真菌、放线菌等。

它们能够耐受和富集土壤中的重金属物质,这是由于它们的特殊代谢途径和生理机制。

例如,一些微生物能够通过降低细胞膜渗透性、产生金属离子螯合剂和金属还原等方式将重金属离子固定或转化为无毒或较少毒性的形式。

二、微生物的重金属移除作用微生物在重金属修复中起着重要的作用。

首先,它们能够将土壤中的重金属物质与土壤颗粒结合,从而减少其可溶性和可迁移性。

其次,微生物还可以通过吸附、螯合和沉淀等方式将重金属离子从土壤中移除。

这些机制能够显著降低土壤中的重金属浓度,从而减少对生态系统的毒害。

三、微生物的重金属还原和转化作用微生物在重金属修复中还能够发挥还原和转化作用。

一些微生物能够通过代谢活动,将重金属离子还原为金属元素或相对无毒的形式。

同时,微生物还能够将重金属离子转化为难溶性的氧化物、碳酸盐和磷酸盐等,从而减少其可迁移性。

这些转化过程有助于修复受重金属污染的土壤,并降低对环境的危害。

四、微生物修复的应用技术微生物修复技术是一种有效的重金属修复方法。

以下是几种常用的微生物修复技术:1. 微生物植物共生技术:利用植物根系与根际微生物的协同作用,修复受重金属污染的土壤。

植物通过根系分泌物质吸附和沉淀重金属离子,同时根际微生物通过降解重金属物质来修复土壤。

2. 微生物菌剂技术:选用具有重金属耐受性和转化能力的微生物制备菌剂,通过施加菌剂来修复受重金属污染的土壤。

这种方法具有操作简单、扩大应用范围的优点。

3. 微生物原位修复技术:将具有修复能力的微生物定向引入受重金属污染的土壤中,利用其对重金属的吸附、转化和还原等作用来修复土壤污染。

五、微生物修复技术的优势和挑战微生物修复技术具有许多优势,例如操作相对简单、环境友好、成本较低等。

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨随着工业化和城市化的快速发展,土壤重金属污染成为当今环境领域的一大难题。

重金属的大量释放和累积,不仅会导致土壤肥力下降,破坏生态平衡,还会对人类健康产生威胁。

解决土壤重金属污染的问题,已经成为全社会共同关注的重点。

本文将从微生物修复技术的角度探讨有效治理土壤重金属污染的方法和途径。

微生物修复技术是指利用微生物代谢、吸附和转化重金属元素,从而减少或消除土壤中的重金属污染。

该技术具有操作简单、投资成本低、效果显著等优点,成为当前治理土壤重金属污染的主要手段之一。

以下针对微生物修复技术的几个关键方面,进行一些探讨:一、微生物筛选与优化微生物修复技术的关键在于微生物的筛选和优化。

根据具体污染情况,必须选用适合的微生物菌株。

一些微生物对于某种重金属有较好的生物吸附和转化功能,可以起到良好的治理效果。

如利用蓝藻等微生物修复含铀污染的土壤,能够使铀含量显著降低。

同时,为了提高微生物的生长速度和吸附效率,必须选择适宜的环境条件和培养基。

例如,适宜温度、适宜的pH和适宜的营养物质可以提高微生物的生长速度和吸附效率。

二、微生物在土壤中的行为特性微生物修复技术的有效性取决于微生物在土壤中的行为特性。

微生物在土壤中的分布、转化和吸附都会对治理效果产生重要影响。

为了提高微生物的存活率和活性,必须了解微生物在土壤中的行为规律,优化施工条件。

例如,微生物的生长受到土壤中氧气、氮气和其他有机物的影响,必须优化加入适量的有机物和调节土壤通气性,从而提高微生物的生长速度和吸附效率。

三、微生物修复技术的应用微生物修复技术可以应用于表面水和地下水除污、土壤修复等领域。

在土壤重金属污染治理中,微生物修复技术的应用已经得到了广泛认可。

常见的微生物修复技术包括菌群增强、生物增强剂培养和菌种增强等。

针对污染情况不同,应选择不同技术来进行修复。

微生物修复技术虽然可以有效解决土壤重金属污染问题,但也存在一些需要关注的问题。

环境微生物论文《土壤重金属污染的微生物修复技术》

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。

环境微生物课程论文-几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究全解

环境微生物课程论文-几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究全解

几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究摘要:总结了微生物修复土壤重金属污染方法的特点,对其原理进行了分析,比较了微生物刺激技术、微生物强化技术、植物-微生物联合修复三种方法,并对今后的微生物修复技术研究提出了建议。

关键词:重金属;微生物修复;菌根;根瘤菌0引言与常见的大气污染、水污染、工业固体废弃物污染相比,土壤重金属污染具有不可见性和隐蔽性.目前全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2.0 ×107hm2,约占耕地面积的1/5,我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过 1 ×107t,被重金属污染的粮食多达1.2 × 107t,合计经济损失至少200 亿元.土壤重金属污染日益严重导致土壤肥力退化、农作物产量降低和品质下降,严重影响环境质量和经济的可持续发展,威胁到人们的食品安全。

重金属对人类具有巨大的危害,能引起头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症,如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、乌脚病、畸形儿等[1]。

随着社会经济的发展,我国重金属污染已越来越严重,重金属污染事故频发。

近年来,随着土壤重金属防治方面研究增多,开发了越来越多的方法。

但是这些方法成本昂贵,可操作性差,且大部分是重金属稳定化技术,目前大都处在实验室研究阶段。

在此背景下,一些学者提出了利用微生物来修复土壤重金属污染方法,这对于传统的物理化学法是一种延伸。

1微生物修复土壤重金属污染的特点目前,用于土壤重金属污染治理的方法包括物理修复、化学修复和生物修复.物理修复、化学修复虽能达到一定的效果,但是能耗大、二次污染等问题也限制了其应用,尤其对于大面积有害的低浓度重金属污染,更是难以处理[2]。

微生物修复法具有处理费用低,对环境影响小、效率高等优点,加之微生物自身具有种类繁多,数量庞大,比表面积大等特点,所以利用一些真菌、细菌、放线菌等来修复重金属污染土壤具有很大的潜力,并且对重金属污染的耐性通常为真菌>细菌>放线菌。

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨随着人类活动和工业化的不断发展,土壤重金属污染已经成为全球关注的热点问题之一。

土壤重金属污染会使土壤质量降低、植物生长受到影响,进而对人类健康和环境稳定构成威胁。

因此,解决土壤重金属污染问题需要采取有效的措施。

传统的土壤重金属污染修复方法主要包括物理、化学和生物方法。

物理方法主要是通过挖掘、搬运和覆盖等方式来清除受污染的土壤。

化学方法则是通过化学试剂来将重金属离子转化为难溶、难挥发的物质,以降低重金属在土壤中的毒性。

然而,这些方法都存在一些不足之处,比如物理方法处理成本高、影响到周边环境,而化学方法则容易引起二次污染。

相比之下,生物修复技术是一种更为环保和经济的方法。

生物修复技术是通过利用微生物或植物的代谢能力来清除或减少重金属污染物,从而达到修复土壤的目的。

在生物修复技术中,微生物修复技术受到广泛关注。

微生物修复技术主要利用微生物对重金属的吸附、还原和氧化等能力来降低土壤重金属浓度。

其中,微生物的吸附能力是和微生物细胞表面存在的负电荷有关,负电荷吸引正电荷的金属离子 adsorbed (吸附)。

微生物的还原能力是通过一些还原酶作用,将重金属离子还原为价态低的物种或形成难溶的沉淀,从而降低土壤中重金属浓度。

氧化则是一种将重金属氧化为形成比较稳定、难溶于水的沉淀物的作用,从而使重金属不容易释放,达到修复效果。

微生物修复技术有很多具体的方法,具体的方法需要根据不同的情况进行选择。

有文献报道,将铜耐受性菌和有效细菌复合制备成微生物菌剂后喷洒到受污染土壤上,可以有效降低铜的含量。

此外,硫杆菌在生长过程中能进行氧化反应,从而将重金属离子氧化为难溶的沉淀物,因此可以利用硫杆菌来修复污染土壤。

在微生物修复技术中,不同的微生物对不同的重金属具有不同的修复效果,因此选择合适的微生物对于实现高效修复效果至关重要。

总之,微生物修复技术在土壤重金属污染治理中具有广泛应用前景。

但是,目前存在的问题是操作难度大、修复效率低下、生态效益不尽如人意。

微生物对重金属污染的修复机制研究

微生物对重金属污染的修复机制研究

微生物对重金属污染的修复机制研究近年来,随着工业化进程的加快,大量的重金属污染物被排放并积累在环境中,威胁着生态系统的健康。

不过,许多研究表明,微生物可以作为一种有效的工具来修复重金属污染。

本文将探讨微生物对重金属污染的修复机制,并讨论它们在环境修复中的应用。

一、微生物对重金属的吸收和蓄积作用微生物在土壤和水环境中广泛分布,可以通过吸收和蓄积的方式修复重金属污染。

微生物对重金属的吸附是基于电化学吸附原理的,主要受到重金属浓度、微生物表面电荷、微生物数量等影响。

研究表明,微生物的表面羟基、羧酸等官能团可以与重金属形成稳定的络合物,从而减少其对环境的污染。

此外,微生物对重金属具有蓄积作用,可以将污染物留存在其体内,起到减少环境中重金属污染的作用。

二、微生物对重金属的还原作用另外,一些微生物还具有将重金属还原的能力。

这些微生物可以通过将重金属还原为其元素态,如将重金属还原为铜或铁,从而达到减少重金属污染的效果。

常见的还原微生物主要包括铁还原菌和硫还原菌。

通过还原作用,微生物可以将重金属离子还原为较为稳定的元素状态,从而减少其对环境的毒性影响。

三、微生物对重金属的转化作用微生物不仅可以吸附和蓄积重金属,还可促进化学反应,将重金属转化为可吸收的物质。

比如,有些微生物可以将重金属离子转化为其盐类或氧化物,使得微生物在处理过程中能够更加容易把重金属吸收利用,并将其转化为有助于微生物生长的物质。

四、微生物在环境修复中的应用通过对微生物修复机制的研究,人们将其应用于环境修复中。

例如,施加具有吸附和蓄积作用的微生物可以有效地去除重金属离子,并实现对土壤和水体的净化。

另外,微生物的还原作用和转化作用也被广泛应用于环境修复领域中。

同时,还有一些微生物可以将污水和废料转化为有价值的物质,如利用微生物将重金属浓缩成矿物,从而帮助开采工业中的金属资源。

总之,微生物作为一种环保新型材料和工具,在重金属污染的修复工作中具有巨大的潜力和实际应用价值。

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨

土壤重金属污染的微生物修复技术探讨土壤重金属污染是指土壤中重金属元素超出环境容许的浓度,对于植物生长和人类健康都会产生不良影响的环境问题。

重金属污染是由于工业生产、采矿、垃圾填埋等活动所引起的,特别是在城市和工业区域。

土壤重金属污染已经成为全球范围的环境问题,因为重金属具有持久性和毒性,容易积累在生物体内,对生态环境和人类健康造成威胁。

传统的土壤重金属修复方法包括物理方法(如挖掘、覆盖和固化)和化学方法(如化学还原和酸洗)。

但这些方法会破坏土壤结构和生态系统,且成本高昂。

在当前环境保护和可持续发展的背景下,微生物修复技术成为了一种受关注的土壤修复方法。

微生物修复技术是指利用微生物去降解或转化土壤中的有害物质,恢复土壤功能和改善土壤环境。

本文将就土壤重金属污染的微生物修复技术进行探讨。

一、土壤重金属的来源及危害土壤重金属污染常常来源于工业废水、气体排放、废弃物填埋和农药残留等活动。

重金属主要包括铅、汞、镉、铬、铜、锌等元素,它们具有持久性和生物蓄积性。

这些重金属进入植物体内会影响植物的生长和发育,进而危害人畜健康。

重金属还会影响土壤微生物群落的结构和功能,破坏土壤的生态平衡。

二、微生物修复技术的原理微生物修复技术利用微生物代谢活动降解或转化土壤中的有害物质。

一般来说,微生物修复技术主要包括菌相修复和生物固化两种方式。

1. 菌相修复:利用特定的微生物菌株去降解土壤中的有害物质。

这些微生物菌株可以是天然存在于环境中的,也可以是经过改良和筛选的。

它们通过代谢活动将重金属离子还原或者转化成不活跃形式,从而降低土壤重金属的毒性。

2. 生物固化:利用微生物产生的胞外多糖等生物胶剂固定土壤中的重金属离子,减少其迁移和生物有效性。

这种方式可以保护土壤结构,提高土壤质量。

三、微生物修复技术在土壤重金属污染修复中的应用微生物修复技术已经在土壤重金属污染的修复中得到了广泛的应用,并取得了一定的成效。

利用铜和镉耐受菌株和微生物发酵剂处理重金属污染土壤,可以显著提高土壤中酶活性和微生物数量,从而改善土壤环境。

环境微生物课程论文-几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究

几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究摘要:总结了微生物修复土壤重金属污染方法的特点,对其原理进行了分析,比较了微生物刺激技术、微生物强化技术、植物-微生物联合修复三种方法,并对今后的微生物修复技术研究提出了建议。

关键词:重金属;微生物修复;菌根;根瘤菌0引言与常见的大气污染、水污染、工业固体废弃物污染相比,土壤重金属污染具有不可见性和隐蔽性.目前全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2.0 ×107hm2,约占耕地面积的1/5,我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过 1 ×107t,被重金属污染的粮食多达1.2 × 107t,合计经济损失至少200 亿元.土壤重金属污染日益严重导致土壤肥力退化、农作物产量降低和品质下降,严重影响环境质量和经济的可持续发展,威胁到人们的食品安全。

重金属对人类具有巨大的危害,能引起头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症,如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、乌脚病、畸形儿等[1]。

随着社会经济的发展,我国重金属污染已越来越严重,重金属污染事故频发。

近年来,随着土壤重金属防治方面研究增多,开发了越来越多的方法。

但是这些方法成本昂贵,可操作性差,且大部分是重金属稳定化技术,目前大都处在实验室研究阶段。

在此背景下,一些学者提出了利用微生物来修复土壤重金属污染方法,这对于传统的物理化学法是一种延伸。

1微生物修复土壤重金属污染的特点目前,用于土壤重金属污染治理的方法包括物理修复、化学修复和生物修复.物理修复、化学修复虽能达到一定的效果,但是能耗大、二次污染等问题也限制了其应用,尤其对于大面积有害的低浓度重金属污染,更是难以处理[2]。

微生物修复法具有处理费用低,对环境影响小、效率高等优点,加之微生物自身具有种类繁多,数量庞大,比表面积大等特点,所以利用一些真菌、细菌、放线菌等来修复重金属污染土壤具有很大的潜力,并且对重金属污染的耐性通常为真菌>细菌>放线菌。

微生物对环境中重金属的污染修复研究

微生物对环境中重金属的污染修复研究重金属污染一直是环境保护的一大挑战,对人类健康和生态系统产生严重影响。

近年来,利用微生物来修复重金属污染的方法受到了越来越多的关注。

微生物由于其多样性和多功能性被认为是一种有潜力的重金属污染修复手段。

本文将介绍微生物修复重金属污染的研究进展、机制及应用前景。

一、微生物修复重金属污染的研究进展微生物修复重金属污染已经成为环境科学领域的研究热点之一。

研究人员通过实验室和野外试验,发现一些微生物(如细菌、真菌和藻类)可以有效吸附、富集和转化重金属。

通过微生物修复,环境中的重金属可以被有效去除,从而减少其对环境和生物的毒性。

二、微生物修复重金属污染的机制微生物修复重金属污染的机制复杂多样,可以分为微生物自身的修复能力和与重金属的相互作用两个方面来理解。

1. 微生物自身的修复能力微生物通过自身代谢或代谢产物对重金属进行还原、氧化和解毒作用。

例如,一些细菌可以利用重金属作为电子受体或给体进行呼吸作用,从而降低重金属的毒性。

另外,微生物产生的某些酶可以将重金属离子还原为金属沉淀物,将其从环境中沉淀下来。

2. 微生物与重金属的相互作用微生物表面的活性基团,如羧基、磷酸基和胞外聚合物,可以与重金属形成络合物或离子交换,从而使重金属沉淀或吸附在微生物细胞表面。

此外,微生物的细胞表面结构和电荷特性也会影响其与重金属的相互作用。

三、微生物修复重金属污染的应用前景微生物修复技术具有许多优点,例如成本低、效果显著和对环境友好。

因此,其在重金属污染修复领域具有广阔的应用前景。

1. 土壤修复微生物修复可用于修复受到重金属污染的农田土壤和工业废弃地。

通过将具有重金属耐受性和吸附能力的微生物引入土壤中,可以有效清除重金属,恢复土壤肥力和生态系统功能。

2. 水体修复微生物修复还可应用于修复受到重金属污染的水体。

通过引入适应重金属环境的微生物,可以将水中的重金属转化为无害的形式,从而净化水源,保护水生生物的生存环境。

富集土壤中微生物群落对重金属污染修复效果研究

富集土壤中微生物群落对重金属污染修复效果研究重金属污染是当今环境领域中的一个严重问题。

重金属污染会对土壤、水体和生物体产生毒性影响,威胁人类健康和生态系统的持续发展。

为了对抗重金属污染,许多研究已经将目光转向了土壤中丰富的微生物群落,这些微生物可以通过各种途径对重金属进行修复和去除。

本文将就富集土壤中微生物群落对重金属污染的修复效果展开研究。

微生物群落在土壤中起着非常重要的作用,它们参与了许多土壤生物地球化学过程,如养分循环、有机质分解和土壤结构形成等。

同时,许多微生物能够通过吸附、沉淀和还原等方式与重金属发生交互作用。

具体而言,微生物通过吸附重金属离子到胞外多聚物、细胞壁和胞内有机物等降低土壤中重金属的有效性。

微生物还可以通过还原机制将重金属离子转化为难溶性沉淀物,从而降低其毒性。

通过这些途径,微生物可以对土壤中的重金属污染进行有效的修复。

研究表明,不同类型的微生物在重金属污染修复过程中具有差异性的修复效果。

举例来说,一些微生物如拟杆菌、铁杆菌和铵杆菌等具有优秀的重金属耐受性和吸附能力,可以在有重金属存在的条件下正常生长,并将重金属离子固定在细胞表面。

此外,一些微生物如放线菌和硫酸盐还原细菌等可以通过还原机制将重金属离子转化为难溶性盐类,从而降低其毒性。

在修复实践中,研究人员经常使用这些重金属耐受性强、吸附能力高或还原能力强的微生物来降低土壤中重金属的污染程度。

除了特定的微生物种类,微生物群落的多样性也与重金属污染的修复效果密切相关。

研究发现,土壤中微生物群落的多样性越高,修复效果越好。

微生物的多样性能够提供更多的功能基因和代谢途径,从而增强对重金属污染物的降解能力。

此外,微生物群落中的相互作用也对修复效果产生影响。

例如,一些微生物可以通过协同作用增强重金属去除的效率。

因此,保持富集土壤中微生物群落的多样性和相互作用有助于提高重金属污染的修复效果。

此外,环境条件如pH、温度、氧气浓度等也会对富集土壤中微生物群落对重金属污染的修复效果产生影响。

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几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究摘要:总结了微生物修复土壤重金属污染方法的特点,对其原理进行了分析,比较了微生物刺激技术、微生物强化技术、植物-微生物联合修复三种方法,并对今后的微生物修复技术研究提出了建议。

关键词:重金属;微生物修复;菌根;根瘤菌0引言与常见的大气污染、水污染、工业固体废弃物污染相比,土壤重金属污染具有不可见性和隐蔽性.目前全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2.0 ×107hm2,约占耕地面积的1/5,我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过 1 ×107t,被重金属污染的粮食多达1.2 × 107t,合计经济损失至少200 亿元.土壤重金属污染日益严重导致土壤肥力退化、农作物产量降低和品质下降,严重影响环境质量和经济的可持续发展,威胁到人们的食品安全。

重金属对人类具有巨大的危害,能引起头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症,如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、乌脚病、畸形儿等[1]。

随着社会经济的发展,我国重金属污染已越来越严重,重金属污染事故频发。

近年来,随着土壤重金属防治方面研究增多,开发了越来越多的方法。

但是这些方法成本昂贵,可操作性差,且大部分是重金属稳定化技术,目前大都处在实验室研究阶段。

在此背景下,一些学者提出了利用微生物来修复土壤重金属污染方法,这对于传统的物理化学法是一种延伸。

1微生物修复土壤重金属污染的特点目前,用于土壤重金属污染治理的方法包括物理修复、化学修复和生物修复.物理修复、化学修复虽能达到一定的效果,但是能耗大、二次污染等问题也限制了其应用,尤其对于大面积有害的低浓度重金属污染,更是难以处理[2]。

微生物修复法具有处理费用低,对环境影响小、效率高等优点,加之微生物自身具有种类繁多,数量庞大,比表面积大等特点,所以利用一些真菌、细菌、放线菌等来修复重金属污染土壤具有很大的潜力,并且对重金属污染的耐性通常为真菌>细菌>放线菌。

目前,大多数研究所用微生物种类主要还是从受污染土壤中分离得到,属于土壤微生物,由于它们能在土壤中长时间生存,因此当大量施入土壤以后会造成土壤微生物群落的失衡,具有潜在的二次污染。

白腐真菌是一类在腐木上生长的真菌,研究表明[3],某些种对污水中铅、镉等重金属具有很强的吸附作用,然而利用白腐真菌固体发酵来修复受重金属污染土壤,该方法目前国内外尚未报道。

2微生物修复土壤重金属污染的机理微生物修复重金属污染土壤主要体现在 3 个方面。

2.1固定作用土壤中重金属离子有5种形态:可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态.前3种形态稳定性差,后2种形态稳定性强.重金属污染物的危害主要来自前3种不稳定的重金属形态。

微生物固定作用可将重金属离子转化为后2种形态或积累在微生物体内,从而使土壤中重金属的浓度降低或毒性减小[4]。

2.1.1 胞外吸附作用胞外吸附作用主要是指重金属离子与微生物的产物或细胞壁表面的一些基团通过络合、螯合、离子交换、静电吸附、共价吸附等作用中的一种或几种相结合的过程。

许多研究表明细菌及其代谢产物对溶解态的金属离子有很强的络合能力,这主要因为细菌表面有独特的化学组成.细胞壁带有负电而使整个细菌表面带负电荷,而细菌的产物或细胞壁表面的一些基团如-COOH、-NH2、-SH、-OH等阴离子可以增加金属离子的络合作用[5]。

2.1.2 胞外沉淀作用胞外沉淀作用指微生物产生的某些代谢产物与重金属结合形成沉淀的过程.在厌氧条件下,硫酸盐还原菌中的脱硫弧菌属( Desulfovibrio)和肠状菌属(Desulfotomaculum)可还原硫酸盐生成硫化氢,硫化氢与Hg2+形成HgS沉淀,抑制了Hg2+的活性。

某些微生物产生的草酸与重金属形成不溶性草酸盐沉淀。

2.1.3 胞内积累作用胞内积累作用是指重金属被微生物吸收到细胞内而富集的过程.重金属进入细胞后,通过区域化作用分布在细胞内的不同部位,微生物可将有毒金属离子封闭或转变成为低毒的形式。

微生物细胞内可合成金属硫蛋白,金属硫蛋白与Hg、Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲合性,结合形成无毒或低毒络合物[6]。

如真菌木霉、小刺青霉和深黄被包霉通过区域化作用对Cd、Hg都有很强的胞内积累作用。

2.2氧化还原作用微生物对重金属的氧化还原作用则可以改变土壤中重金属的价态,降低其毒性或迁移性。

如假单胞菌( Pseudomonad sp . )可以把六价铬还原为三价铬,从而降低其毒性。

Fwukowa从土壤中得到假单胞杆菌K-62,它能分解无机汞和有机汞而形成元素汞,元素汞的生物毒性比无机汞和有机汞低得多。

2.3转化作用微生物对重金属的转化作用包括甲基化与去甲基化作用。

Frankenber等通过耕作、优化管理、施加添加剂等来加速硒的原位生物甲基化,使其挥发而降低硒的毒性,此生物技术已在美国西部灌溉农业中用于清除硒污染[7]。

3几种常见的微生物修复技术3.1微生物刺激技术生物刺激即向污染的土壤中添加微生物生长所需的氮、磷等营养元素以及电子受体,刺激土著微生物的生长来增加土壤中微生物的数量和活性.关于这方面的研究国外文献已有报道.Reddy K R,Cutright T J对铬污染土壤的微生物修复进行的研究表明[8],限制铬污染场地修复进程的一个共同因素是污染场地通常缺乏足够的营养以供引进的外来微生物或土著微生物生长,以至这些微生物自身具备的还原Cr6+的潜力得不到充分发挥;为使其潜力得到充分发挥,需向其生活的环境中投加营养物质来刺激铬还原菌的新陈代谢和殖,促进铬污染土壤的修复。

Higgins T E将堆肥、鲜肥、牛粪、泥炭加入铬污染土壤进行原位修复,提高了修复效果。

3.2 微生物强化技术生物强化技术即向重金属污染土壤中加入一种高效修复菌株或由几种菌株组成的高效微生物组群来增强土壤修复能力的技术.所加入的高效菌株可通过筛选培育或通过基因工程构建,也可以通过微生物表面展示技术表达重金属高效结合肽,从而得到高效菌株。

3.2.1 高效菌株筛选一是从重金属污染土壤中筛选;二是从其他重金属污染环境中筛选。

从重金属污染土壤中筛选分离出土著微生物,将其富集培养后再投入到原污染的土壤,这是本土生物强化技术[9]。

最新的研究成果,Robinson等研究了从土壤中筛选的4种荧光假单胞菌对Cd的富集与吸收效果,发现这4种细菌对Cd的富集达到环境中的100倍以上。

3.2.2基因工程的构建基因工程可以打破种属的界限,把重金属抗性基因或编码重金属结合肽的基因转移到对污染土壤适应性强的微生物体内,构建高效菌株.由于大多数微生物对重金属的抗性系统主要由质粒上的基因编码,且抗性基因亦可在质粒与染色体间相互转移,许多研究工作开始采用质粒来提高细菌对重金属的累积作用,并取得了良好的应用效果。

3.2.3微生物表面展示技术微生物表面展示技术是将编码目的肽的DNA片段通过基因重组的方法构建和表达在噬菌体表面、细菌表面(如外膜蛋白、菌毛及鞭毛)或酵母菌表面(如糖蛋白),从而使每个颗粒或细胞只展示一种多肽。

Sousa C等将六聚组氨酸多肽展示在E. coliLamB蛋白表面,可以吸附大量的金属离子,重组菌株对Cd2+的吸附和富集比E. coli大11倍,Kuroda K、Ued M将酵母金属硫蛋白(YMT)串联体在酵母表面展示表达后,四聚体对重金属吸附能力提高5.9倍,八聚体提高8.7倍[10]。

3.3 植物-微生物联合修复植物-微生物联合修复是在植物修复的基础上,联合与植物共生或非共生微生物,形成联合修复体,促进植物营养吸收,增强植物抗逆性,借助增加生物量的手段提高修复能力;增加植物根部重金属浓度,促进重金属的吸收或固定。

微生物不仅通过其自身的组成成分如菌根外菌丝、几丁质、色素类物质和EPS等吸附重金属,而且通过其分泌的各种有机酸或特殊物质来活化重金属,增加其在植物根部浓度。

植物-微生物联合修复目前研究较多的主要是植物-菌根真菌联合修复与植物-根瘤菌联合修复,其中植物-菌根真菌联合修以AM菌(丛枝菌根)为例。

菌根是土壤中的真菌菌丝与高等植物根系形成的一种联合体,可以溶解转运土壤中的无机矿物元素,其中应用最广泛的有 2 类:泡囊-丛枝菌根真菌即内生菌根真菌和外生菌根真菌。

在重金属污染情况下,菌根可以改善植物生长状况,减轻重金属对植物的毒害,影响植物对重金属的吸收和转运,加快土壤中重金属元素的植物萃取或植物稳定。

研究发现,向土壤中接种丛枝菌根真菌可促进海州香薷向地上部转运Cu,提高地上部Cu 含量。

接种菌根真菌能明显减少重金属复合污染土壤中三叶草对Cu,Cd和Pb 的吸收,地上部Pb 和Cd 质量分数分别下降24.2% ~55.3%和65%~97.9%,使三叶草地上部Cd 和Pb 含量均低于我国牧草重金属安全含量[11]。

3.3.1 丛枝菌根修复丛枝菌根( Arbuscular Mycorrhizae,AM) 是土壤生态系统中一种同时具有植物根系和微生物特性的互惠共生体。

AM 真菌能与地球上90%以上的陆生维管植物根系建立共生关系,形成“菌根”结构。

菌根共生体的形成能促进宿主植物对土壤中P、N、K、Zn、Fe、Cu、Ca 等矿质元素的吸收,改善植物营养状况,提高植物产量,改进产品品质,并可提高干旱、盐渍胁迫生境中植物根系对水分的利用效率。

研究表明,AM 真菌能够显著提高宿主植物在重金属污染土壤中的耐受能力。

长期生长于胁迫环境中的植物经过一段时间的适应,会逐渐具备耐受胁迫的能力,这种能力对植物的生长发育起着非常重要的作用,AM 真菌能够促进宿主植物提高对重金属胁迫的耐受性,减轻重金属对植物生长造成的危害[12]。

Slomka 等发现AM 真菌能够帮助三色堇( Viola tricolor) 降低对重金属的吸收从而保护植株的组织和器官。

Lins 等也发现接种幼套球囊霉( Glomus etunicatum ) 的银合欢( Leucaena leucocephala) 植株地上部分Cu 含量比不接种处理低。

长喙田菁( Sesbania rostrata) 、田菁( Sesbania cannabina) 和紫花苜蓿( Medicago sativa) 接种AM 真菌后,根中Cu、Zn、Pb 和Cd 的含量相比地上部分显著提高。

菌根化的香根草( Vetiveria zizanioides) 体内重金属含量也明显降低。

以上结果说明AM 真菌对重金属进行了固定、隔离,减少了重金属向地上部分的转移[13]。

另一方面,也有研究发现,在重金属污染条件下,AM 真菌侵染宿主植物后不会减少植株对重金属的吸收,但是能够提高植株对重金属的耐受性,从而帮助植物在较高浓度重金属水平下存活。

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