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微生物对重金属污染物的修复机理

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浏览:- 发布日期:2020-05-08 15:07:54【

微生物可通过多种作用方式影响土壤重金属的活性,主要由吸附、转化、矿化固定和淋滤四个方面来实现。

微生物对重金属的吸附作用

微生物的吸附能力与其细胞壁结构、成分密切相关。微生物吸附重金属主要是利用细胞表面的带电荷阴离子吸附重金属。有研究表明,细胞内的金属硫蛋白同Hg,Zn,Cd,Cu,Ag等重金属有强烈的亲合性,可富集并抑制重金属毒性,多种微生物通过金属硫蛋白发挥贮存、调节金属离子浓度的作用。如,裂殖酵母菌、某些藻类中分离出的一些多肽能结合Cd,Cu,Zn,Hg,PI等重金属;真菌的金属硫蛋白能与细胞内的重金属离子结合形成不具有生物活性的无毒的鳌合物。

同时,微生物细胞外多聚物表面含有大量可与金属离子发生相互作用的官能团(如羧基基、羟基等),可对金属离子发生吸附或鳌合作用。胞外多聚物中胞外核酸能参与Cu的络合。研究表明生物膜能将Cd以硫化镉的形式沉积在生物膜表层,能将Cu以硫化铜的形式沉淀在生物膜表层和液相界面处,从而实现对重金属的吸附。

微生物对重金属的转化作用

环境中重金属离子的长期存在使自然界形成了一些特殊微生物,这类微生物对重金属具有一定的抗性,使金属离子发生转化,改变重金属离子的存在状态,这一作用对微生物而言是一种解毒作用,对环境而言是一种修复作用,主要包括甲基化或去甲基化、氧化还原及重金属的溶解和有机络合配位降解等。

甲基化和去甲基化作用

Hg、Cd、Pb、As等重金属能在微生物作用下发生甲基化或去甲基化反应。如在厌氧条件下,汞甲基化硫酸盐还原菌和铁还原菌等微生物能将无机汞甲基化;去甲基化硫酸盐还原菌、产甲烷菌的去甲基作用和水藻分解甲基汞等。

微生物对重金属离子的氧化还原作用

微生物的转化作用主要通过改变金属离子的氧化还原态,进而影响其稳定性和络合能力。如,脱弧杆菌在厌氧条件下可将Fe3+还原为Fe2+,厌气的固氮梭状杆菌能通过酶的催化作用还原氧化铁和氧化锰。硫还原细菌可使S2−分泌于体外,与Cd2+形成沉淀实现重金属Cd的修复。在厌氧条件下,硫酸盐还原菌可还原硫酸盐生成硫化氢,与Hg2+形成HgS沉淀,从而抑制Hg2+的活性。