污染土壤微生物修复技术研究进展

1、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、神、滴滴涕和多环芳慌的微生物修复研究进展。关键词 上壤污染：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%,其中轻微、轻度、中度和重度污 染点位比例分别为以、和。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达,迫在眉 睫的主要污染物为镉、碑、滴滴涕和多环芳燃。微生

2、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。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、银、碎、有机污染物滴滴涕和多环芳炫超标 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

3、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。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。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倍，8聚

4、体 吸附能力提高了倍。目前已经成功实现细胞表面展示金属硫蛋白、植物鳌合素等。Bae 等将植物鳌合素（ECs）与INP的N端和C端融合，在莫拉菌表面展示，使得重组菌株 对Cd2+、Hg+等重金属的吸附能力提高了 10倍。詹绍君施用高量猪粪（Z4）或石灰十 低量猪粪（Z2）能显著降低小麦对镉的吸收，使籽粒的镉浓度降至国家食品镉污染限量标 准以下。碑污染微生物对神的固定修复依据重金属污染土壤的微生物修复原理中的生物富集中的专性吸附原理：存在于 微生物表面的多种极性官能团能够通过与重金属，包括神离子发生定量化合反应（如离 子交换、配位结合或络合等）而达到固定重金属的目的。Takeuchi等研究发现，生

5、长 在含有5mg/L As （V）的培养基中的Marinomonas communis,其吸附碑可达2 290mg/kg （干 重）。在对水体碑污染研究中，廖敏用菌藻共生体去除废水中碎的研究表明，菌藻共 生体能够很好地吸附碑,积累碑可以达8/1（干重），对于无营养源的含45（川）仃$（丫） 的废水碑吸附率达80%以上；对于含营养源的含碑的废水As（IH）和As（V）吸附分别在 50%和70%以上。微生物对碑的转化修复碑转化为无毒或毒性很小的物质后挥发掉来进行土壤中碑污染的去除。无机碎化 物在微生物的作用下，可以被转化为毒性较低的一甲神酸（盐）（MMAA或MMA）、二中基 硅酸（盐）（DMAA或

6、DMA）和三甲基碑氧（TMAO）以及无毒的芳香族化合物碎胆碱（AsC）和神 甜菜碱（AsB）。吴剑等分离到了 1株芽胞杆菌属的细菌，能将DMAA转为气态神。而 气态中基肿的毒性比硅酸盐或As203小得多，而且如果产生的甲基肿数量比较大，还可 以通过覆盖薄膜的方式回收碑。微生物-根系互作对土壤碑污染的影响微生物在根际微生态系统中，对养分、重金属的转化吸收和植物的生长有其独特 影响。有研究发现，在硅超富集植物娱蚣草根际施用硅酸还原菌(Tsi、Ts33、Ts37、Ts41 和PSQ22)能够显著促进娱蚣草的生长,与对照相比，加Tsi、Ts33、Ts37处理的效果 尤其明显，娱蚣草羽叶干重增加了 14

7、8%153% .同时，娱蚣草羽叶中硅浓度也显著升 高，与对照相比增加了 6%44% ,其中施用Ts33的娱蚣草羽叶中碑的浓度是对照 (886. 47 mg/kg)的144%。同时有研究发现接种AM菌根能促进娱蚣草对种的富集, 接种处理能够降低玉米根和地上部分中总碑的浓度等加。同时:宋红波等门口研究了不 同环境条件对碎污染土壤生物挥发的影响，结果表明施加生物有机肥能促进碑的生物挥 发。碑污染微生物修复的分子生物学机制高浓度的碑对微生物具有毒害效应，碑污染土壤中微生物数量呈现下降趋势，并 且有研究显示，碑污染土壤中的微生物数量与碎浓度呈显著负相关。微生物对碑氧化过 程常被认为是一种解毒机制，近年来

8、，对碑氧化酶和相关编码基因的研究也已取得了一 定的成绩。在微生物体内广泛地存在As(V)的还原，主要有2种形式:非特异性地 由细胞内的谷胱甘肽(GSH)以非酶促反应形式还原;通过硅酸盐还原酶，以GSH作为 电子源，通过酶促反应特异性地还原.后者是微生物体内As(V)的主要还原形式。As (III) 的中基化也是微生物对环境中碑的一种重要的解毒机制。研究者从细Rhodopseudomonas palustris中克隆了位arsRM操纵子上的珅甲基化相关基因arsM,整合到神敏感的E. coli基因组中后，发现ArsM能赋予As (III)敏感菌株碑抗性。具体说来，微生物修复/ 去除土壤中的碑的反

9、应机理大致包括：1.将As( III)氧化成为As( V),从而降低其毒 性2.细胞壁吸附固定3.通过生成铁镒氧化物而将伸吸附固定在铁锦氧化物中皿。2、有机物污染土壤微生物修复研究进展滴滴涕污染土壤修复进展有机氯农药六六六(HCH)、滴滴涕(DDT)均属于高残留、生物富集性很强的持久性 有机污染物(POPs),它们可以通过食物链传递污染整个生态环境，进而危害人类健康回。 滴滴涕主要通过筛选降解菌株进行降解。赵煜坤等皿以盆钵试验的方式研究六六六高效 降解菌株BHC-A和滴滴涕高效降解菌株wax对六六六、滴滴涕污染土壤的生物修复效果 和降解菌在土壤中的数量变化。研究结果表明：BHC-A和wax能够

10、对水稻田土壤中残留 的六六六和滴滴涕农药残留起到很好的修复作用，降解效果分别达到了 98. 93%和97. 85%,且农药残留的降解速度与土壤中高效降解微生物的数量呈正相关。随着土壤中六六 六、滴滴涕农药残留量的降低,高效降解菌株BHC-A和wax最终在土壤中消失，降解菌的 喷施不会长时间影响土壤中土著微生物的数量平衡。多环芳烧污染土壤修复进展多环芳煌(PAHs)是一类持久性有机污染物，具有较高致癌、致畸、致突变性， 对生态环境安全和人类健康造成较大的威胁、因此大多数国家都已将其列为优先控制污 染物。有研究发现，在厌氧条件下，特定功能微生物可将部分2环和3环的PAHs作 为唯一碳源或能源，并将

11、其完全降解或矿化，并指出自然界厌氧环境中特定的微生物菌 株或菌群对降解PAHs具有巨大的修复潜力:。邹德勋等:发现污染土壤中PAHs降解菌 和微生物总量呈正相关,并随着PAHs降解菌数量的增加,土壤中PAHs降解率也随之提高。 可见,土壤中PAHs降解速率主要决定于PAHs的降解菌数量。3、总结从目前来看,微生物修复是最具发展和应用前景的生物修复技术，人们在微生物材 料、降解途径以及修复技术研发等方面取得了一定的研究进展，并展示了一些成功的修 复案例。但是针对复杂的污染土壤生态系统，每种微生物修复技术不仅要克服自身原有 的不足，而且还需要进一步认识和解决在修复过程中出现的新现象和新问题。如：引

12、入外 源微生物的条件与原则问题;生物修复过程中微生物的适应性机制与影响因素的研究问 题;有机污染物降解过程中的次生污染物问题等。还有,今后还需在以下几个方面展开深 入研究:如，继续筛选和驯化新的降解菌株;进一步解析典型污染物降解基因的结构、功 能与调控机制，阐明降解过程的分子生物学机理;解决复合污染土壤的修复问题;利用土 地翻耕、农艺措施、添加物质、高效微生物、植物修复、季节更替等创造现场的修复条 件,构建出一套合理可行的污染土壤田间修复工程技术等等6。总之,相信随着科学的发 展,大规模利用微生物降解土壤污染物、治理环境污染不久将会成为现实加。参考文献1环境保护部国上资源部.全国土壤污染状况调

13、查公报M.中国环境报2014年04月18日2滕应，骆永明，李振高.污染土壤的微生物修复原理与技术进展J.上壤.2007,39(4)3曹启民，王华，郑良永，等.污染土壤的微生物修复机理及研究进展J,华南热带农业大学学报， 2006, 12 (1)Kuroda K, Ueda M. Effective display of metallothionein tandem repeat s on the bioadsorption of CadmiumionEj. Appl Microbiol Biotechnol, 2006, 70: 458-463.Bae W, Mui chan dani A,

14、Chen W. Cell surface display of synthetic phyt ochelatins using ice nucleation protein for enhanced heavy metal bioaccum ulationE J , JInorg Biochem, 2002, 88: 223-227.6詹绍君，有机物料与石灰性物质对土壤镉有效性及小麦吸收锌的影响D,四川农业大学，20117 Takeuchi H, Kawahata P, Gupta L, et al. Arsenic resistance andremoval by marine and no

15、n-marine bacteria J . Journal ofBiotechnol, 2007, 127(3): 434-442.8廖敏.菌藻共生体去除废水中碑初探J .环境污染与防治,1997, 19(2): 11-13.9吴剑，杨柳燕，肖琳.微生物挥发伸影响因素研究A.见:第三届全国环境化学学术大会论文 集C. 2005. 12-1310吴佳，谢明吉，杨倩等，神污染微生物修复的进展研究J.环境科学，2011, 32 (3)*11宋红波,范辉琼，杨柳燕，等.御污染土壤生物挥发的研究J.环境科学研究，2005, 18(1): 61-64.12孙璐，丛海扬，姚一天，上壤碑污染的微生物修复技术研究进展J.污染防治技术，2012. 25 (4)13张运林,杨龙元,秦伯强,等.太湖北部湖区COD浓度空间分布及与其他要素的相关性研究J.环 境科学,2008, 29 (6) : 1457-1462.14赵煜坤,廖海丰,陈一楠,等.六六六、滴滴涕污染土壤的