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摘要讨论了重金属污染的微生物修复技术原理、方法和研究现状，介绍了其在重金属降解中的一些应用，同时指出目前存在的问题和今后的发展方向。
关键词重金属污染；土壤；微生物修复
中图分类号 X172文献标识码A文章编号1007-5739（2008）24-0297-01
传统的处理重金属的物理化学方法很多，但不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等缺点。随着生物技术的发展，20 世纪80 年代人们逐渐将低含量重金属污染治理的研究重点转向了微生物修复技术，该技术因其具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点，越来越受到人们的广泛关注。
1重金属污染的微生物修复原理
许多重金属是生命必需的物质或元素，但是当它们在环境中的浓度超过了限度就成了毒物，微生物可对它们进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，从而达到生物修复的目的。重金属污染的微生物修复原理主要包括生物吸附和生物转化。
1.1微生物对重金属离子的生物吸附
细胞壁带有负电荷而使整个细菌表面呈现阴离子特性，通过细菌细胞中均聚物或杂聚物上的羰基或磷酰基等阴离子作用可以增加金属离子的吸附。此外，细胞壁中的分子结构也具有活性，可以将金属螯合在细胞表面。细菌可以通过细胞表面的络合作用而阻止某些重金属进入细胞内部敏感区域，而对于那些细胞化学反应需要的金属则可以通过细胞壁运输到原生质中特定位点。真菌对重金属的吸附方式主要有2种：一是细胞壁上的活性基团（如琉基、羧基、羟基等）与重金属离子发生定量化合反应（如离子交换、配位结合或络合等）而达到吸收的目的；二是物理性吸附或形成无机沉淀而将重金属污染物沉积在自身细胞壁上。细胞通过螯合作用吸附重金属已被证明和真菌细胞壁结构有关，如细胞壁的多孔结构使其活性化学配位体在细胞表面合理排列并易于和金属离子结合。此外，胞壁多糖可提供氨基、羧基、羟基、醛基以及硫酸根等官能团，它们对金属离子有着较强的络合能力。
1.2微生物对重金属的生物转化作用
微生物对重金属进行生物转化主要作用机理包括微生物对重金属的生物氧化和还原、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转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制[1]。细菌对Hg 的抗性归结于它所含的2种诱导酶：Hg 还原酶和有机Hg 裂解酶，其机制是通过Hg-还原酶将有机的Hg2 化合物转化成低毒性挥发态Hg。微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性。微生物能氧化土壤中多种重金属元素，某些自养细菌如硫-铁杆菌类（Thiobacillus ferrobacillus）能氧化As、Cu、Mo 和Fe 等，假单孢杆菌属（Pseudomonas）能使As、Fe 和Mn 等发生生物氧化，降低这些重金属元素的活性。硫还原细菌可通过2种途径将硫酸盐还原成硫化物，一是在呼吸过程中硫酸盐作为电子受体被还原；二是在同化过程中利用硫酸盐合成氨基酸，如胱氨酸和蛋氨酸，再通过脱硫作用使S2-分泌于体外，与重金属Cd 形成沉淀，这一过程在重金属污染治理方面有重要的意义。另外，金属价态改变后，金属的络合能力也发生变化，一些微生物的分泌物与金属离子发生络合作用，这可能是微生物具有降低重金属毒性的另一机理。
2重金属污染微生物修复技术的研究与应用
（1）重金属污染的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。目前应用微生物的高效降解、转化能力在治理重金属污染方面已经取得了良好效果。其治理过程分为：①高效生物降解能力和极端环境微生物的筛选、鉴定；②污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；③生物恢复的实际应用和工程化。
（2）筛选污染物高效降解菌株的研究是微生物修复技术研究的第1步。根据微生物与污染物的作用机制，选择高效微生物的标准包括：①对污染物有较高的耐性；②对环境的适应性较强；③对污染物的降解效率高、专一性强；④不影响环境中原有的生物多样性。我国对生物修复高效降解微生物的筛选源于对农药高效降解微生物的研究，现已筛选出大量的可用于生物修复技术开发的微生物。肖伟等[2]从宝钢电镀污泥中分离得到一系列高六价铬抗性菌株能耐受40mmol/L Cr6 。
（3）由于大多数微生物对重金属的抗性系统主要由质粒上的基因编码，且抗性基因亦可在质粒与染色体间相互转移，许多研究工作开始采用质粒来提高细菌对重金属的累积作用，并取得了良好的应用效果。李福德[3]利用复合功能菌处理电镀废水取得了很好的去除效果。
3微生物修复存在的问题与展望
3.1微生物资源及其生物降解途径
需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，开展典型污染物微生物降解的基因组研究，以揭示其微生物遗传多样性与功能基因；在全面掌握污染物降解菌生理生化、遗传学特性基础上，重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等。
3.2微生物修复的复合化或组合式修复技术研发
由于复合污染的普遍性，往往需要多途径、多方式的修复手段。目前，基于微生物的复合修复思路主要有：微生物-物理改良、微生物-化学活化、微生物-动物、微生物-植物，甚至于采用微生物-植物-动物等多生命体的系统组合，其中微生物（特别是菌根真菌）-植物的联合修复近年来深受人们关注，在重金属和有机污染土壤的修复中显示出很好的应用前景。
4参考文献
[1] 滕应，黄昌勇.重金属污染土壤的微生物生态效应及其修复研究进展[J].土壤与环境，2002，11（1）：85-89.
[2] 肖伟，王磊，张思维，等.六价铬还原细菌Bacillus cereus S5.4 的筛选鉴定及还原特性研究[J].工业微生物，2007，37（6）：1-6.
[3] 李福德.微生物治理电镀废水方法[J].电镀与精饰，2002，24（2）：35-37.
关键词重金属污染；土壤；微生物修复
中图分类号 X172文献标识码A文章编号1007-5739（2008）24-0297-01
传统的处理重金属的物理化学方法很多，但不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等缺点。随着生物技术的发展，20 世纪80 年代人们逐渐将低含量重金属污染治理的研究重点转向了微生物修复技术，该技术因其具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点，越来越受到人们的广泛关注。
1重金属污染的微生物修复原理
许多重金属是生命必需的物质或元素，但是当它们在环境中的浓度超过了限度就成了毒物，微生物可对它们进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，从而达到生物修复的目的。重金属污染的微生物修复原理主要包括生物吸附和生物转化。
1.1微生物对重金属离子的生物吸附
细胞壁带有负电荷而使整个细菌表面呈现阴离子特性，通过细菌细胞中均聚物或杂聚物上的羰基或磷酰基等阴离子作用可以增加金属离子的吸附。此外，细胞壁中的分子结构也具有活性，可以将金属螯合在细胞表面。细菌可以通过细胞表面的络合作用而阻止某些重金属进入细胞内部敏感区域，而对于那些细胞化学反应需要的金属则可以通过细胞壁运输到原生质中特定位点。真菌对重金属的吸附方式主要有2种：一是细胞壁上的活性基团（如琉基、羧基、羟基等）与重金属离子发生定量化合反应（如离子交换、配位结合或络合等）而达到吸收的目的；二是物理性吸附或形成无机沉淀而将重金属污染物沉积在自身细胞壁上。细胞通过螯合作用吸附重金属已被证明和真菌细胞壁结构有关，如细胞壁的多孔结构使其活性化学配位体在细胞表面合理排列并易于和金属离子结合。此外，胞壁多糖可提供氨基、羧基、羟基、醛基以及硫酸根等官能团，它们对金属离子有着较强的络合能力。
1.2微生物对重金属的生物转化作用
微生物对重金属进行生物转化主要作用机理包括微生物对重金属的生物氧化和还原、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转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制[1]。细菌对Hg 的抗性归结于它所含的2种诱导酶：Hg 还原酶和有机Hg 裂解酶，其机制是通过Hg-还原酶将有机的Hg2 化合物转化成低毒性挥发态Hg。微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性。微生物能氧化土壤中多种重金属元素，某些自养细菌如硫-铁杆菌类（Thiobacillus ferrobacillus）能氧化As、Cu、Mo 和Fe 等，假单孢杆菌属（Pseudomonas）能使As、Fe 和Mn 等发生生物氧化，降低这些重金属元素的活性。硫还原细菌可通过2种途径将硫酸盐还原成硫化物，一是在呼吸过程中硫酸盐作为电子受体被还原；二是在同化过程中利用硫酸盐合成氨基酸，如胱氨酸和蛋氨酸，再通过脱硫作用使S2-分泌于体外，与重金属Cd 形成沉淀，这一过程在重金属污染治理方面有重要的意义。另外，金属价态改变后，金属的络合能力也发生变化，一些微生物的分泌物与金属离子发生络合作用，这可能是微生物具有降低重金属毒性的另一机理。
2重金属污染微生物修复技术的研究与应用
（1）重金属污染的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。目前应用微生物的高效降解、转化能力在治理重金属污染方面已经取得了良好效果。其治理过程分为：①高效生物降解能力和极端环境微生物的筛选、鉴定；②污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；③生物恢复的实际应用和工程化。
（2）筛选污染物高效降解菌株的研究是微生物修复技术研究的第1步。根据微生物与污染物的作用机制，选择高效微生物的标准包括：①对污染物有较高的耐性；②对环境的适应性较强；③对污染物的降解效率高、专一性强；④不影响环境中原有的生物多样性。我国对生物修复高效降解微生物的筛选源于对农药高效降解微生物的研究，现已筛选出大量的可用于生物修复技术开发的微生物。肖伟等[2]从宝钢电镀污泥中分离得到一系列高六价铬抗性菌株能耐受40mmol/L Cr6 。
（3）由于大多数微生物对重金属的抗性系统主要由质粒上的基因编码，且抗性基因亦可在质粒与染色体间相互转移，许多研究工作开始采用质粒来提高细菌对重金属的累积作用，并取得了良好的应用效果。李福德[3]利用复合功能菌处理电镀废水取得了很好的去除效果。
3微生物修复存在的问题与展望
3.1微生物资源及其生物降解途径
需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，开展典型污染物微生物降解的基因组研究，以揭示其微生物遗传多样性与功能基因；在全面掌握污染物降解菌生理生化、遗传学特性基础上，重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等。
3.2微生物修复的复合化或组合式修复技术研发
由于复合污染的普遍性，往往需要多途径、多方式的修复手段。目前，基于微生物的复合修复思路主要有：微生物-物理改良、微生物-化学活化、微生物-动物、微生物-植物，甚至于采用微生物-植物-动物等多生命体的系统组合，其中微生物（特别是菌根真菌）-植物的联合修复近年来深受人们关注，在重金属和有机污染土壤的修复中显示出很好的应用前景。
4参考文献
[1] 滕应，黄昌勇.重金属污染土壤的微生物生态效应及其修复研究进展[J].土壤与环境，2002，11（1）：85-89.
[2] 肖伟，王磊，张思维，等.六价铬还原细菌Bacillus cereus S5.4 的筛选鉴定及还原特性研究[J].工业微生物，2007，37（6）：1-6.
[3] 李福德.微生物治理电镀废水方法[J].电镀与精饰，2002，24（2）：35-37.