微生物修复技术与环境的关系.docx

微生物与生态环境的关系——生物修复技术与生态环境田文涛化工与制药专业理工1005班学号100150135指导教师刘雪玲摘要微生物是自然生态链中重要的一环，是必不可少的，它们对化学元素在自然界中循环、高分子物的合成与降解、甚至对无机物质形成、能量物质的储存、细胞基因储存复制及未知的方面等具有重要贡献。它的作用是呈两方面的：有益于人类的和病原的。微生物与人类的生活密切相关，在生态环境中发挥着重要的作用。生物修复技术已成功应用对于修复污染环境，并取得很好的成果。本文介绍了生物修复技术，着重叙述了微生物修复技术极其应用，从而说明了微生物在生态环境中的重要性和相关研究进展。关键词：微生物生物修复技术生态环境保护前言生物修复( bioremediation) 技术是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物, 实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。它是一类低耗能、高效和环境安全的环境生物技术。它主要是利用土著微生物的代谢能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物, 针对不同的污染环境, 可利用不同的修复微生物及改善其生长条件。生物修复技术又包括动物修复、植物修复、微生物修复等技术，其中犹以微生物修复重要。本文主要叙述了微生物修复技术的定义与应用，从而介绍了微生物对污染环境修复中的研究进展。持久有机污染物主要有有机磷农药、芳香族类化合物、卤代有机化合物等，它们在大气、水环境、土壤中广泛存在，对人类产生了巨大威胁。这些环境有机污染物通常被认为是环境外来化合物,一般天然微生物由于缺乏与之降解相适应的完整酶系统,所以表现出难以生物降解。但是在长期的接触驯化过程中,微生物的遗传变异和质粒传递特性,使很多微生物具有了降解或部分降解的能力。下面讨论一下人们所关注的有机磷农药的微生物降解。据研究，假单胞菌及黄杆菌等均能产生一种高水平组合型表达的膜结合性有机磷水解酶,该酶对多种对硫磷结构的化合物都有降解活性,其pH、温度的范围广,稳定性强,底物范围广泛,可裂解包括P - O, P - F, P - CN, P - S等化学键。自可以从上两种微生物中将有机磷水解酶提纯起,人们尝试了借助固定化方法进行有机磷水解酶的应用,载体先是选用三苯甲基琼脂糖,依赖疏水作用将酶分子固定其上,而降解反应体系中补充的为增大农药溶解度的有机溶剂会引起酶与载体的解吸效应。为此将载体改用为聚酰胺纤维,采用共价结合法获得了良好的固定效果。因微生物生长周期较长,酶纯化效率又低、成本高,无法广泛地应用于生产。人们便将更多的目光集中在大肠杆菌宿主的表达系统上,使用强启动子lac实现有机磷水解酶大肠杆菌细胞表面高水平的表达,然后固定化细胞,发展成为生物反应器。土壤受到重金属污染后, 可能导致重金属在农作物体内积累, 造成食物链污染, 严重威胁人体健康。微生物对重金属的修复机理比较复杂, 目前学术界还没有形成统一认识。一些学者认为, 微生物修复技术是在人为优化的条件下, 利用自然环境中的微生物或人为投加的特效微生物对重金属吸收、沉淀、氧化、还原等过程,降低土壤中重金属的含量或毒性,使污染的土壤恢复生态功能。有学者发现, Cu, Cd, Pb能以硅酸盐或氢氧化物形式结合在芽孢杆菌细胞的表面。变价金属在环境中可以同价态形式存在, 细菌的代谢活动可将这些重金属离子氧化还原。某些细菌可向胞外分泌硫和磷酸等物质使环境中的重金属离子沉淀,或在细菌的成矿过程中伴随有重金属的共沉淀。氧化硫杆菌、氧化亚铁杆菌等可通过提高氧化还原电位、降低酸度等滤除污泥、土壤和沉积物中的重金属。另一些学者认为,新陈代谢是微生物修复功能实现的生理基础,在新陈代谢过程中微生物通过对重金属元素的价态转化或通过刺激植物根系的发育影响植物对重金属的吸收, 从而降低土壤中重金属含量或毒性。微生物通过产生有机酸、提供质子或与重金属络合的有机阴离子交换或络合金属离子,使土壤溶液中的金属含量增加,有利于超富集植物吸收。某些菌还能通过胞外络合作用、胞外沉淀作用、胞内积累与转化等生理过程将重金属由高毒性变为低毒性。微生物还可与植物根系相互作用, 形成菌根或刺激根系分泌重金属络合剂、螯合剂,抑制重金属的毒性,或促进植物对重金属的吸收富集,降低土壤中重金属的含量。大量化学农药的长期使用导致抗药性害虫大量增加, 增加农产品中农药残留量, 严重污染环境, 危及人类健康。而且化学农药新药开发越来越难, 研制高效低毒的化学农药更是难上加难, 因此人们的目光转向一种新型农药! !! 生物农药。生物农药是指具有农药特性的, 用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体及其产生的生理活性物质和转基因产物。生物农药具有副作用小、对环境污染小。1 研究目的微生物修复技术主要是利用自然环境中生息的微生物