微生物在重金属污染处理上的应用
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微生物在重金属污染处理上的应用
摘要：为了要研究微生物修复技术在重金属污染治理中的应用，特综述了国内外近几年有关微生物修复技术作用机理及方法的研究，也同时阐述了不同微生物（细菌、真菌和藻类）对重金属的修复及其应用现状。
尽管微生物修复治理重金属污染具有良好的应用前景，但因为该技术在工业化应用等方面还存在不足，今后仍需要进一步研究。
关键词：重金属污染；微生物修复；生物吸附；生物转化
前言
由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动的日益增多，造成了不少重金属如Pb，As，Hg，Cd，Cu等进人大气、水、土壤中，由此引起严重的环境污染。
而以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或者生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。
重金属指的是密度在4 g／cm3以上大约60种元素或密度在5．0 g／cm3以上的45种元素，主要包括有Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ag、Co、Ni等。
某些重金属像Cu、Zn、Cr、Ni、Co等是生物体新陈代谢所必须的微量元素，适量的摄取可促进生物体正常生长，但如果生物体对其的摄人量超过所需范围后，就会影响到生物的生长发育。
而其它某些重金属如：Hg、Cd、Pb、As等元素，就算浓度很低，也会对人体及其他生物体造成毒害作用，这类重金属应该严格控制其使用。
随着城市化、工业化、农业化的集约发展，大量有毒重金属通过各种方式被排放到环境中，人类和一切动植物赖以生存的土壤、水体、大气等环境受到严重的重金属污染。
由于重金属不能被降解消除，会随着土壤、水体及大气的迁移和流动在环境中进行迁移富集，并最终通过食物链进人人体，危害到人类身体健康。
如震惊世界的“水俣病”和“骨痛病”就是因为汞污染和镉污染所致。
因此，寻找科学、合理、有效的重金属污染处理方法成为人类生态环境保护领域一个亟待解决的问题。
1.微生物修复技术以及作用机制
生物修复技术是利用生物的生命代谢活动来降低环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害，从而使污染的土壤部分地或者完全地恢复到原始状态。
相比常规的物理、化学修复方法，它的最大特点是经济高效且不会形成二次污染，一些科学家形象地称之为替环境“天然排毒”。
微生物修复技术是指利用天然存在的或者是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，从而来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，它已经成为污染土壤生物修复技术的一个重要组成部分。
其原理主要是利用微生物对土壤中重金属元素具有特殊富集、吸收、降解能力。
微生物在重金属污染环境下逐渐形成了一些对重金属有抗性的种群, 包括细菌、放射菌、真菌等, 它们能够通过生物解毒对重金属污染物产生抗性, 并且能够在重金属污染的环境中生长繁殖。
目前，对微生物修复重金属污染的具体机
理还不是很清楚，但不同类型的微生物对重金属的修复机理各不相同，像原核微生物主要通过减少重金属离子的摄取，同时增加细胞内重金属的排放来控制胞内金属离子浓度。
而细菌的修复机理主要在于改变重金属的形态从而改变其生态毒性。
真核微生物它能够减少破坏性较大的活性游离态重金属离子，原理是其体内的金属硫蛋白可以螯合重金属离子。
不同类型微生物对重金属污染的耐性也不同，通常认为：真菌>细菌>放线菌。
研究者一般认为, 微生物抗金属的机制主要有生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。
2.研究与应用
（1）重金属污染的微生物修复技术是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或将其转化为低毒产物，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取得了一些良好效果。
其治理过程分为：
①高效生物降解能力和在极端环境下微生物的筛选、鉴定；
②重金属污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；
③生物恢复技术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重要的的第1 步。
根据微生物对重金属污染物的作用机制，选择高效微生物的标准就包括有：
①对重金属污染物有较高的耐性；
②对环境的适应性比较强；
③对重金属污染物的降解效率高、专一性强；
④不会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来源于对农药高效降解微生物的研究，现已经筛选出大量的可用于生物修复技术开发的微生物。
像肖伟等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/L Cr6+。
（3）由于大多数微生物对重金属的抗性系统主要是由质粒上的基因编码，且抗性基因也可在质粒与染色体间相互转移，因此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。
李福德就利用过复合功能菌处理电镀废水并取得了很好的去除效果。
3.总结与展望
利用微生物处理重金属污染已取得了一定成果，国外利用微生物来治理Hg+,Cd3+、Pb、Cu2+、Zn、Ag2+等重金属离子技术也已经投入市场并取得了预期效果。
但国内利用微生物来处理重金属污染起步比较晚，因此利用微生物处理重金属污染机理还不是很明确，很多研究也还处在实验性阶段，并没有投入实际应用。
随着对微生物处理重金属机理的不断深入，接下来的工作主要从以下几个方面大力着手：
(1)需要加大实验力度，驯化和筛选高效高活的菌株，培育具有超量蓄积重金属能力的微生物，对微生物的重金属抗性基因结构及功能也要进行研究。
(2)运用紫外线诱变技术，在含有重金属的模拟环境中，利用紫外线照射微生物细胞，以此诱导基因突变，引起微生物遗传性状发生改变，来获得高活力变异菌株，并提高菌种活性，减少重金属对微生物的毒害。
(3)自然界微生物种类虽然很多，但发现并运用于重金属污染治理的相对较少。
如何才能有效利用转基因技术，将微生物中具有重金属抗性的基因克隆到不具有重金属抗性基因的微生物上，从而培育出大量抗重金属微生物。
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