重金属还原细菌和重金属相互作用的分子机制

1、主要内容:林璋教授的报告分为工作理念、研究背景、工作举例、总结展望 四个方面，其科研团队追求从原理认识到实际应用的全流程贯通，从 2015年开始对铭好氧菌进行还原/固定铭微观机制的探索，在抗铭机 理、还原机理、固定机理、矿化机理等方面开展了以下工作：1、将 表界面调控纳米晶“聚集生长”原理用于环境细颗粒型重金属固废难 题的解决；2、发展了一系列纳米晶晶相及界面状态调制治理低浓度 污染的策略；3、探索了微生物矿化固定铭、铀重金属的多态性及成 矿动力学，并揭示其环境意义。心得体会：近年来，我国水体中的重金属含量呈逐年上升趋势，已经严重威 胁到人们的健康。生物修复技术是一种可有效地解决重金属污染的治

2、 理方法,能够降低因重金属超标而引发的各种疾病及一系列环境问 题。因为效果显著，但成本低廉，所有越来越受到人们的重视。生物 修复也是土壤重金属污染整治的重要手段之一，是目前世界范围内的 研究热点，也是目前少见的土壤污染治理的环境技术。重金属的生物修复具有投资少、效率高、不给环境造成二次污染 的特点，充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用，并辅之 以物理或化学方法，结合农业生产措施，强化生物过程的解毒效力， 是净化重金属污染的有效途径。然而成功的生物修复需要多学科的共 同合作，特别是对生物技术方法与微生物学原理的深刻理解将有助于 这一技术的进一步发展和有效、更广泛的应用。总的来说，重金属污

3、 染生物修复技术将具有非常可观的发展前景。人们利用培育的生物或培养、接种的微生物的生命，对水中污染 物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到恢复。人们利用微生 物处理污水、废水已有将近百年历史，微生物修复技术是在以人为的 条件为前提下，利用自然环境中生存繁衍的微生物或人为投加的特效 微生物的生命代谢活动，来分解污染物，修复受污染的环境。微生物对土壤中重金属活性的影响主要体现在生物吸附和生物 转化两个方面。在土壤环境中，微生物能够利用有效的营养和能源， 在土壤滤沥过程中通过分泌有机酸络合并溶解重金属。14微生物对 重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行的。土壤微 生物的代谢作用能产

4、生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丁酸 等。基于生物化学原则，微生物可对重金属进行生物转化和氧化还原， 土壤中的一些重金属元素可以多种价态存在，它们呈高价离子化合物 存在时溶解度通常较小，不易迁徙，而以低价离子形态存在时溶解度 大，易迁徙。林璋教授主要研究宗旨是：环境纳米材料和资源利用。生物成矿 与重金属污染的两个流程：1、重金属矿物经过自然风化形成重金属 低溶度溶解，再通过微生物自然修复生物成矿；2、重金属矿物通过 人类工业化活动，重金属浓度急剧增加，再通过微生物加快应激修复 生物成矿；生物成矿最后经过造山等地质过程回到重金属矿物的循环 过程。传统的微生物固定重金属研究的关注点：吸附剂、

5、还原剂、沉 淀剂。但是重金属进入细胞表面及内部的状态不得而知和重金属后续 的迁移性不得而知。微生物的临时性钝化和永久性稳定严重制约了在 实际环境中的长周期使用。讲座从利用微生物降低重金属的毒性、微生物展示技术用于土壤 重金属污染的治理、生物表面活性剂去除土壤重金属、植物根际宜生 茵对重金属的修复等方面对土壤重金属污染微生物修复的研究进行 了综述。通过讲座了解到在生物载体的界面及内部的成矿微观机制： 1、重金属离子在生命过程中的转化机制；2、重金属离子的界面固定 机制；3、晶核形成、物种及其调控生长；4、微生物各成分对吸附及 成矿的贡献分析。研究体系-铭和铀过程中，铭和铀在矿物中往往是 以低价的状态稳定存在，迁移性高、高价态的含氧阴离子，易进入体 内，生物毒性大。工作主要从以下这几方面入手：1、铭的固定及矿 化困难，还原容易，固定困难，矿化规律不明；2、生物成因铀矿迁 移度高，U（IV）并不像之前学界所相信的那样容易被固化，生物成因 的沥青铀矿的活动性被严重低估。对于研究还有三点可以深入研究： 1.铭的成矿调控：引入铁（红壤）；2.铀的成矿调制：普通常见菌+ 电子供体；3.日光响应半导体矿物协同下的重金属成矿。对于U污染 的生物成矿治理的研究发现U（VI）在好氧或兼