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1、重金属的生物修复摘要: 在土壤污染胁迫下，部分微生物通过自然突变形成新的变种，并由基因调控产生诱导酶，在新的微生物酶作用下产生了与环境相适应的代谢功能，从而具备了对新污染物的降解能力，所以说土壤微生物是污染土壤生物降解的主体。关键词: 重金属 污染 生物修复一 重金属污染的特点及其成因重金属指密度大于 4 或 5 的金属，约有 45 种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。虽然锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒,所以由此引发了一系列危害。重金属一般以天然浓度广
2、泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始
3、人增加了约 100 倍，损害了人体健康.重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤 ，引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。 水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属
4、有机化合物(如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等) 比相应的金属有机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。许多重金属是生命必需的物质或元素例如 Zn2+ , Cr3+ , 但是当它们在环境中的浓度超过了限度就成了毒物, 微生物虽不能将重金属像有机物矿化那样彻底降解, 但可对它们进行固定、移动或转化, 改变它们在环境中的迁移特性和形态用使这些金属离子的活性降低。有些金属离子如 Mn2+ 和 Sn3+ , Mn2+ 和 Sn3+ 的生物毒性分别比 Mn4+ 和 Sn4+ 大。有些微生物能够氧化 Mn2+ 和 Sn3+ , 使之成为毒性较小的 Mn4+和
5、 Sn4+。微生物与重金属具有很强的亲合性,能富集许多重金属。有毒金属被贮存在细胞的不同部位或被结合到胞外基质上,通过代谢过程,这些离子可被沉淀,或被轻度螯合在可溶或不溶性生物多聚物上,细胞对重金属盐具有适应性,通过平衡或降低细胞活性得到衡定条件二 重金属生物修复在土壤污染的应用重金属由于其本身的不可降解性，所以土壤污染以后单靠自然净化需要很长时间才能得以完成；同时，由于重金属在土壤中又具有较强的移动性，易于向水体和植物迁移，导致环境的连锁反应，引起食物链污染，从而进一步影响人体健康。目前，修复重金属污染土壤的方法很多，包括有物理、化学、植物和微生物等方法。其中，植物和微生物的方法近年来得到了
6、特别的重视，并取得了显著进展。微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用。其主要作用原理是:微生物可以降低土壤中重金属的毒性; 微生物可以吸附积累重金属 ;微生物可以改变根际微环境,从而提高植物对重金属的吸收,挥发或固定效率。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类,能够产生胞外聚合物与重金属离子形成络合物;Macaskie 等分离的柠檬酸菌, 分解有机质产生的 HPO2 -4 与 Cd 形成 CdHPO4 沉淀;李志超发现有些微生物能把剧毒的甲基汞降解为毒性小、可挥发的单质 Hg ; Frankenber 等以 Se 的微生物甲基化作为基础进行原位生物修复 。耿春女等利用菌根吸收和固定重
7、金属 Fe 、Mn、Zn、Cu 取得了良好的效果.在土壤污染胁迫下，部分微生物通过自然突变形成新的变种，并由基因调控产生诱导酶，在新的微生物酶作用下产生了与环境相适应的代谢功能，从而具备了对新污染物的降解能力，所以说土壤微生物是污染土壤生物降解的主体。添加 N、P 等营养物质并接种经驯化培养的高效微生物，并可将残存在土壤中的农药等有机污染降解或去除，使之转化为无害物或降解为CO2 和 H2O。目前，所利用的微生物有土著微生物、外来微生物和基因工程菌 3 种类型。污染土壤的微生物修复前景广阔，这主要是因为微生物来源广泛、修复效率高、应用范围广等一系列独特的优点。其中，土壤微生物降解是除去土壤农药
8、残留、有机物污染的最有效途径。一方面因为微生物降解的最终产物为 H2O 和 CO2 等，另一方面微生物具有代谢的多样性，可降解几乎所有的有机污染物。同时，通过工程化措施，利用土著、外来微生物和基因工程菌进行污染土壤的生物修复是有机污染土壤修复的有效方法。菌根在污染土壤的生物修复中能起重要作用，有良好的应用前景。通过针对性的驯化和筛选，可获得能修复多种污染物的优良菌株。菌根化的植株能生长在一般植物不能很好生长的土壤中，借助自身抗逆能力强、降解能力强、吸收能力强、储存能力强等优点，降低土壤中污染物的含量，适用于修复污染土壤；菌根生物修复技术的风险小且简便经济。三 重金属生物修复技术存在的问题重金属
9、的生物修复技术不仅效果好, 投资少,运行费用低, 且杜绝了二次污染, 还有利于生态环境的改善, 在治理污染的同时, 还可以获得一定的经济效益, 有报道植物吸收技术的成本可能不到各种物理化学处理技术的 10 % , 并且通过回收和出售植物中的重金属, 还可以进一步降低植物修复的成本。生物修复技术在重金属污染治理方面虽然取得了一些成功, 但目前还有许多问题有待进一步的研究。(1) 有关重金属对微生物的抑制效应及吸附机理的研究。(2) 如何从功能和成本两个方面开发优良的生物吸附剂。(3) 如何通过遗传工程构建高效降解微生物菌株及创造超累积型转基因植物。随着生物技术和基因工程技术的发展,生物修复技术研
10、究与应用将不断深入并走向成熟,特别是微生物修复技术、植物生物修复技术和菌根技术的综合运用将为有毒、难降解、有机物污染土壤的修复带来希望。我们不难发现由于土壤重金属来源复杂,土壤中重金属不同形态、不同重金属之间及与其它污染物的相互作用产生各种复合污染物的复杂性增加了对土壤重金属治理和修复难度,我们还不应该忘记必须加强企业自身的环保意识，提高企业自我约束能力，始终将防治污染积极治理作为企业工作的头等大事来抓，把企业对环境的污染程度降到最低限度，形成全社会都来重视土壤污染问题的良好环保氛围，逐步改善我们的土壤生态环境，且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性,同时进一步恶化了土壤条件
11、，严重制约了我国农业生产的加速发展，所以要更好的防治土壤重金属污染还需要广大科研工作者不懈的努力，研发出更好的效率更高的修复治理技术.参考文献：1陈怀满. 土壤-植物系统中的重金属污染 M. 北京: 科学出版社, 1996.2钱暑强, 刘铮. 污染土壤修复技术介绍J. 化工进展, 2000, 4: 10-12, 20.3沈振国, 陈怀满. 土壤重金属污染生物修复的研究进展J. 农村生态环境, 2000,16(2):39-44.4孟祥和,胡国飞. 重金属废水处理M . 北京: 化学工业出版社,20005唐受印,汪大 . 废水处理工程M . 北京: 化学工业出版社6陈玉成. 污染环境生物修复工程M . 北京: 化学工业出版社,20037陈志良,仇荣亮. 重金属污染土壤的修复技术 J . 环境保护,2002 ,29 (6) :21 - 23.
