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的作用机制，选择高效微生物的标准包括：①对污染物有较高的耐性；②对环境的适应性较强：③对污染物的降解效率高、专一性强；④不影响环境中原有的生物多样性。

我国对生物修复高效降解微生物的筛选源于对农药高效降解微生物的研究。

现已筛选出大量的可用于生物修复技术开发的微生物。

肖伟等闭从宝钢电镀污泥中分离得到一系列高六价铬抗性菌株能耐受40mmol／LC，。

(3)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。

李福德同利用复合功能菌处理电镀废水取得了很好的去除效果。

【1】陈范燕重金属污染的微生物修复技术《现代农业科技)2008年第24期富营养化水体生的物修复修复微生物与水体微生物修复目标脱氮除磷相关微生物氮、磷元素含量过高是水体富营养化的重要原因，因此对其有去除效果的微生物理所应当地成为生物治理水体富营养化的关注点。

如：芽孢杆菌、碱杆菌属、假单孢菌、黄杆菌等复合菌都有去除水环境中氮、磷化合物的功能，还可转化水体中的硫、铁、汞、砷等有害物质元素。

富营养化水体主要涉及的脱氮过程以硝化作用、反硝化作用最为重要。

水体微生物修复目标水体微生物修复的目的，主要表现在利用水体自身及人工添加的外来有益微生物和植物对水体环境中的碳循环、氮循环、磷循环和硫循环进行人为调控，加强水生藻类和植物对水体污染物尤其是碳、氮、磷、硫元素的耐受性，促进其对主要污染物的去除、降解和转化，以达到改善水体污染状况，治理水体富营养化，逐步使水体恢复其自净功能。

水体生物修复的最终目标，是使水体达到地表水和湖泊水水质国家标准。

微生物对水体生物修复的作用作为自然生态环境的主要构成部分，环境水体以本身具有生态修复功能的同时，自然水体及其包含的多种植物、微生物还提供着多样的生态服务功能，如：环境改善、水资源与水能、物种生境、景观与文化以及气候调节等。

而微生物作为自然界里个体最小，数量最大，分布最广，种类最多的生物类群，通过多种微生物共同作用形成了微生物链，在水体修复中通过氧化、还原、光合、同化、异化作用把有机污染物转变为简单的化合物，保证水质的正常功能，从而改善水体环境质量，进一步影响整个水体生物修复过程。

3.1 净化水体水体生态环境中的有益微生物(硝化细菌、光合细菌、硫化细菌、芽孢杆菌等净水微生物)，在水环境中能清除水体底部长时间积累的动物排泄物、动植物残体以及有害气体(氨、硫化氢等)，使之先分解为小分子有机物(多肽、高级脂肪酸等)，接着分解为更小分子的有机物(氨基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等)，最终分解为CO2、硝酸盐、硫酸盐、N2等，有效地降低水体COD 和BOD，使水体中的氨氮(NH4-N)与亚硝酸氮(NO2-N)降低，透明度升高，总磷含量降低，起到了净化水质的作用。

3.2 促进碳循环在水体生态环境中，碳元素的总量非常大，而对水体生物修复有益的微生物的生长繁殖是通过对各种含碳化合物(尤其是作用于无氮有机物)进行发酵和氧化而实现的。

水体在纵向上主要分为表层有氧区和无氧区。

对水体碳元素循环而言，在表层有氧区微生物如细菌和真菌主要对纤维素、淀粉、几丁质等有机物进行氧化分解使之转化为CO2，而在无氧区(主要指深水区和淤泥层)，有机物主要被微生物发酵产生有机酸、CH4、H2和CO2，其中生成的CO2又经藻类和植物的光合作用合成复杂的有机物，为水生动物、底栖动物等提供O2和多糖类物质，进入动植物体碳循环系统，从而形成一个复杂的动态循环[10]。

可见，水体微生物的存在对水中植物的生长及水体碳元素循环具有不可替代的作用。

3.3 促进氮循环水体氮循环是水体生态系统中物质循环的重要环节，水体中氮元素含量的多少促进或限制着水体生态系统的能量转化，也是水体植物、藻类生长的限制因子之一，而对水体中氮元素含量的控制可有效控制水体富营养化程度。

整个氮循环过程主要包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用，其中氨化作用、硝化作用和反硝化作用与水体中氮元素的去除有密切关系。

在水体氮循环过程中，生物固氮、氨化、反硝化是微生物的特有环境功能，微生物通过氨化作用、硝化作用、反硝化作用把水体中的NH3、氨氮、亚硝酸氮(NO2-N)和硝酸盐转化为N2，从而降低水体中的氨氮、亚硝基氮和硝酸盐，起到了防止藻类大量繁殖的作用。

可见，氮元素循环所涉及的微生物的分布对水体氮循环过程有重要影响[11−13]。

另外，每个氮循环环节又都与环境因素和大量微生物的协同作用密不可分，如：最适环境为弱碱性；含氮有机物经微生物分解而产生氨与大量细菌、放线菌和真菌协同作用息息相关，且与上面提到的各种硝化、反硝化微生物等相关[13]。

任意一种氮循环环节中的必需微生物的减少或缺失都会影响整条氮循环链，对富营养化水体生物修复中氮元素的转化和去除造成严重影响，从而影响富营养化水体生物修复的氮元素控制修复作用。

其次还在促进磷循环，控制藻类繁殖等方面起着重要作用。

【2】郑焕春2 周青1,2** 微生物在富营养化水体生物修复中的作用中国生态农业学报2009 年 1 月第17 卷第1 期3 展望利用微生物对污染环境的修复既经济又安全,在环境治理过程中有着非常大的潜力。

但在自然环境中散在分布的污染物不能进行集中处理,受污染环境中化合物成分变化影响大, pH波动也较大,有可能抑制降解菌的生长及对环境污染物的降解速度,以致达不到实际需要,使受污染环境不能有效地维持降解菌的生物量。

对此，我们可以创建具有新代谢途径、矿化能力强、降解范围广、效果好的环境污染物降解超级工程菌,这有很强大的优势,无疑为解决环境污染提供了新途径,对改善环境、控制环境污染都有极其重要的意义,这也是目前最有希望和前途的一种手段。

对于不能直接作为微生物生长基质的环境有机污染物的降解,可运用微生物共代谢机制,选择合适的生长基质来诱导产生所需的酶及足够的能量,驱动污染物的最初转化。