环境生物修复---环境微生物修复（下）

一、微生物对有机污染物的修复机理

微生物降解有机物有两种方法：第一，通过微生物分泌的胞外酶降解；第二，污染物被微生物吸收到微生物细胞内后，由胞内酶降解。

1.有机污染物的生物降解过程

（1）有机物微生物降解的分类

（2）有机物微生物降解的方法

微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式

单纯扩撒：也叫被动扩散，即由高浓度向低浓度自由进行

促进扩散：由高浓度向低浓度进行，但需要借助细胞膜上的载体蛋白。

主动运输：逆浓度进行，利用膜表面亲和力，需要消耗能量，需要载体蛋白的参与，是微生物生长过程中所需营养的主要方式

基团转移：另一种类型的主动运输，运输过程中物质分子发生化学变化。

胞饮作用：可能机制有：第一，通过疏水表面突出物的作用把物质吸附到细胞表面；第二，物质通过孔和沟穿透坚硬的酵母细胞壁，而聚集在细胞质表面；第三，通过物质的胞饮作用把物质转移到细胞内的部位。

单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转移已经在之前的内容介绍了，今天主要讲胞饮作用也叫内吞作用，是指物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程植物细胞吸收水分、矿质元素和其他物质的方式之一特点：非选择性吸收，它在吸收水分的同时，把水分中的物质一起吸收进来，如各种盐类和大分子物质甚至病毒。过程：当物质吸附在质膜时，质膜内陷，液体和物质便进入，然后质膜内折，逐渐包围着液体和物质，形成小囊泡，并向细胞内部移动囊泡把物质转移给细胞的方式有两种

• 囊泡本身在细胞内溶解消失，把物质留在细胞质内

• 囊泡一直向内移动，到液泡膜后将物质交给液泡

  胞饮作用必须在有些物质的诱导下才能发生，如蛋白质、氨基酸和盐类等就能发生胞饮作用
  （3）微生物降解有机污染物的基本反应类型

  氧化作用：醇/醛/甲基/氨/亚硝酸/硫/铁/硫醚的氧化、β-氧化、氧化去烷基化、过氧化、苯环羟基化、芳环/杂环裂解、环氧化等；

  还原作用：乙烯基、醇、醌类的还原、芳环羟基化、双/三键还原作用；

  基团转移作用：脱羧作用、脱氨基作用、脱卤作用、脱烃作用、脱氢卤、脱水反应等；

  水解作用：酯类、胺类、磷酸酯、腈、卤代烃的水解等其他，包括酯化作用、缩合反应、氨化作用、乙酰化作用、双键断裂反应、卤原子移动

1. 微生物对重金属污染的修复机理

   微生物虽然不能将重金属降解而去除，但可以将其积累在菌体内使之得到固定、移动或转化，改变其在环境内的迁移特性和形态，降低它的毒性，从而进行生物修复。

   1.微生物对污染物的避性（avoidance）在环境污染情况下，微生物种群和群落的分布会有所改变，从生态学角度避开污染环境和污染物：

2. 形态学造型有些微生物具有荚膜，是微生物进入细胞的屏障。

3. 生理学避性：

          沉淀作用 

          胞外络合作用 

   细胞壁结合作用

   2.微生物对污染物的结合、钝化作用

   重金属原位钝化技术是一种污染土壤的修复方法，指向污染土壤添加一些活性物质（钝化修复剂），以降低重金属在土壤中的有效浓度或改变其氧化还原状态，从而有效降低其迁移性、毒性及生物有效性。在重金属胁迫环境中，生物体内普遍存在金属硫蛋白、类金属硫蛋白和重金属螯合多肽。细胞壁也具有一定的钝化作用

   3.微生物对污染物的转化

   环境中重金属离子的长期存在使自然界中形成一些特殊微生物，它们对有毒重金属具有抗性，可以使金属离子发生转化对微生物而言是一种解毒作用，对环境则是一种修复作用Hg、Pb、Sn、As、Se等金属或类金属离子都能在微生物作用下失去毒性：

4. 甲基化作用

   uHg、Cd、Pb、As等离子能在微生物的作用下发生甲基化反应u甲基传递体——甲基钴胺素，它是一种活泼的，能够使金属离子甲基化的物质→甲基供体u在ATP及特定还原剂条件下，甲基钴胺素作为甲基供体，使金属离子与甲基结合而生成甲基汞、甲基砷等假单胞菌属（2）还原作用

   将高价金属离子还原成低价态，有机态金属还原成单质有些金属在这个过程中毒性减小或消失，如有机汞还原成单质汞，大肠杆菌还原Cr(VI)→Cr(III)         CH₃Hg⁺ +2H → Hg + CH₄+ H⁺（3）氧化作用：有些金属离子高价态毒性小Mn⁴⁺和Sn^{4+ →} Mn²⁺和Sn³⁺（毒性较小）

5. 微生物对重金属离子的吸收与吸附

1. 微生物吸附与微生物累积：微生物吸附仅指失活微生物的吸附作用，不包括生物的新陈代谢作用和物质的主动运输过程微生物吸附能力与其细胞壁结构、成分密切相关；可以将细胞杀死后，经过一定处理，使其具有一定粒度、硬度及稳定性，便于贮存、运输和实际应用；微生物累积主要利用生物新陈代谢作用产生的能量，通过单价或二价离子的转移系统把重金属离子输送到细胞内部效果较好，但实际应用中受限较多（中毒死亡，环境因素）

   5.微生物吸附重金属机理

   研究多处于实验室阶段，集中在细胞壁的研究微生物细胞壁的结构特征细胞壁的特殊结构（如多孔结构），很大程度上决定着对重金属的吸附

• 细菌的细胞壁：共价结合了某些分子的肽聚糖构成

• 真菌细胞壁：各种多糖构成，多层、微纤维化的结构

  海藻细胞壁：类似于真菌，由多层的微纤维素骨架构成，主要成分是纤维素，并夹杂些无定性物质机理  静电吸附 共价吸附 离子交换 络合螯合  无机微沉淀（重金属离子在细胞壁上形成无机沉淀物的过程）

  三、微生物修复的影响因素