第4章环境污染的生物修复

1生物修复概述1.1生物修复定义1.1.1定义狭义定义：利用微生物催化降解有机污染物，从面修复被污染环境或削除环境中的污染物的过程；另一表述为，生物修复是利用土著微生物或引入微生物的代谢过程或其产物，消除或富集污染物的生物学过程。当前第1页\共有138页\编于星期五\20点广义定义：利用细菌、真菌、水生藻类、陆生植物或其它生物的生理代谢、行为活动或其代谢与行为的产物，改变污染物的化学或物理特性而影响它们在环境中的迁移、转化和降解速率，进而降低污染物浓度、降解其毒性。当前第2页\共有138页\编于星期五\20点1.1.2名词比较相同的概念：生物恢复、生物清除、生物再生、生物补救与生物整治近似的概念：生物净化自然环境系统利用本身固有的生物体自发降解、清除环境中污染物的过程；区别：生物净化是自发的过程生物修复是人为控制或人为引发的过程，更强调人有意识地利用生物体进行污染物的无害化，即人为条件下生物技术的一种应用方式

当前第3页\共有138页\编于星期五\20点1.2生物修复的特点当前第4页\共有138页\编于星期五\20点1.3生物修复技术类型1.3.1按修复主体分类微生物修复：生物修复狭义定义包含的范围，即利用微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的过程一株可同时有效降解有机氮和有机硫的微生物当前第5页\共有138页\编于星期五\20点植物修复：利用植物萃取、稳定、根际修复与过滤、转化与挥发等能力，降低环境中污染物浓度或去除动物修复：利用动物的行为或其行为的产物，直接或间接地降低环境中污染物浓度或去除当前第6页\共有138页\编于星期五\20点1.3.2按修复场所分类原位生物修复：在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下，对受污染的对象不做搬运或输送而在原场直接采用生物修复技术特点：成本低廉，适合于大面积、低污染负荷的污染环境异位生物修复：指将受污染的环境介质搬运或输送到其他场所，借助于生物反应器进行集中修复特点：修复效果好，适合小范围内、污染程度高的环境，成本高

当前第7页\共有138页\编于星期五\20点1.3.3生物修复的工作程序当前第8页\共有138页\编于星期五\20点修复效果评价技术效果评价：经济效果评价：修复的一次性基建投资与服役期的运行成本当前第9页\共有138页\编于星期五\20点1.4生物修复的产生与发展1.4.1生物修复的发展史首次：1972年美国利用生物修复技术清除宾夕法尼亚州的汽油管线泄漏污染的环境；兴起：欧洲发达国家从20世纪80年代中期普遍研究生物修复；大规模应用：1989年，美国利用生物修复技术治理阿拉斯加受石油污染的大面积海域；我国的生物修复处于刚刚起步阶段当前第10页\共有138页\编于星期五\20点1.4.2生物修复的发展方向强化和改进传统废物的处理系统，提高对污染物的降解能力；加强针对性，不同污染底的封和水体，及有机污染物全球性环境污染的生物修复当前第11页\共有138页\编于星期五\20点1.5生物与生态系统概述1.5.1定义生物体：可进行新陈代谢，生长、发育和生殖以及应激性和适应性的事物生态系统：在一定空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体当前第12页\共有138页\编于星期五\20点1.5.2生物的特征新陈代谢同化：合成有机物储存能量异化：分解有机物释放能量当前第13页\共有138页\编于星期五\20点生长、发育和生殖生长：生物体通过同化环境中的物质来增加自身物质的重量单细胞的生长：体积和重量的增长多细胞的生长：除体积和重量外，数量增加发育：生物体构造和机能的一系列变化的过程，即由幼体形成一个与亲体相似的成熟个体，并经过衰老到死亡的总过程生殖：生物体产生类似自身个体的过程当前第14页\共有138页\编于星期五\20点应激性和适应性应激性：生物体对刺激物，或内部或外部环境的改变作出应答。比如：植物根的向水性、叶的向光性、昆虫的趋光性适应性：生物体随外界环境的变化而改变自身特性或生活方式通过长期的自然选择经，长时间形成。如仙人掌的针状叶当前第15页\共有138页\编于星期五\20点遗传、变异与进化遗传：生物体繁殖时，产生与其自身基本相似的后代的现象变异：后代与亲代之间以有后代各个体之间所显示出的差异进化：生物体的结构、功能低级到高级、由简单到复杂逐渐演变由于遗传种族才能稳定由于变异和变异的遗传才有物种的进化当前第16页\共有138页\编于星期五\20点1.5.3生命的物质基础组成生物的元素30多种元素，不以单质存在，而以化合物存在组成生物的无机物水占生物体重的65%－95%，溶剂（运输作用）、参与代谢反应、调节体温的作用无机盐占身体干重的2%－5%，参与生物大分子的形成（PO43－）、构成生物体结构（Ca2+）、参与调节体内渗透压和酸碱度、维持生物体内环境的稳定当前第17页\共有138页\编于星期五\20点组成生物的有机物糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素蛋白质：蛋白质分子由一条或几条多肽链聚合形成，包含着上百个乃到上千个氨基酸肽：一个氨基酸的羟基和另一个氨基酸的氨基缩合，脱去一个水分子，形成肽键，构成二肽三肽；三个氨基酸脱去两个水分子多肽：依次类推催化（生物酶）、激素、运输储藏、免疫、生物膜、表达遗传信息当前第18页\共有138页\编于星期五\20点核酸：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）携带遗传信息：控制蛋白质的合成和生物体的生长、遗传、变异当前第19页\共有138页\编于星期五\20点1.5.4生命的结构基础：细胞细胞：生物体基本的结构和功能单位：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核当前第20页\共有138页\编于星期五\20点细胞器线粒体：异化物质释放能量核糖体：合成蛋白质内质网：物质运输高尔基体：参与蛋白质的加工和分泌，形成纤维素液泡：细胞营养物质和废物的储存器叶绿体（绿色植物）：光合作用中心体（动物）：与遗传有关当前第21页\共有138页\编于星期五\20点1.5.5生物的分类五大界原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界当前第22页\共有138页\编于星期五\20点当前第23页\共有138页\编于星期五\20点1.5.5生态系统的特征：生物与环境的相互作用特征：层次性、开放性、动态性生物与环境的作用：生态系统能量流动、物质循环和信息传递的载体当前第24页\共有138页\编于星期五\20点生态系统能量流动生态系统能量存在的形式辐射能：日光能是地球上一节生物的最终能源化学能：化合物中储存的能量，生命活动的基本能量形式机械能：动物运动赖于肌肉收缩产生机械能电能：电子转移对生物体的能量转化非常重要生物能：参与生命活动的任何形式的能量，均称生物能当前第25页\共有138页\编于星期五\20点能流绿色植物和藻类的光合作用每年生产约1700亿吨有机物，各类生物以初级生产量为起点，能量按食物链顺序的流动当前第26页\共有138页\编于星期五\20点当前第27页\共有138页\编于星期五\20点当前第28页\共有138页\编于星期五\20点当前第29页\共有138页\编于星期五\20点当前第30页\共有138页\编于星期五\20点生态系统中的物质循环物质循环的有关概念生物地球化学循环：有生态系统及至生物圈内，各种化学元素沿特定途径，从环境到生物体，又从生物体再回归到环境，这种不断流动和循环过程：包括水循环、气体循环（碳、氧、氮的循环）、沉淀循环（钙、钾、纳、磷等盐类的循环）当前第31页\共有138页\编于星期五\20点当前第32页\共有138页\编于星期五\20点当前第33页\共有138页\编于星期五\20点生物富集作用：生态系统中同一营养级上众多种群或个体，从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物，致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。如DDT的富集当前第34页\共有138页\编于星期五\20点当前第35页\共有138页\编于星期五\20点当前第36页\共有138页\编于星期五\20点生态系统中的信息传递信息流（传递、接受和感应）存在于不同组织水平，是长期进化的结果。生态系统中的信息各类物理信息：声、光、电、热等化学信息：代谢分泌物、植物次生代谢物等营养信息：影响生物的迁徙等行为信息生态系统中信息传递的特征具有可传扩性、永续性；具有时效性、分享性与转化性当前第37页\共有138页\编于星期五\20点当前第38页\共有138页\编于星期五\20点当前第39页\共有138页\编于星期五\20点当前第40页\共有138页\编于星期五\20点2微生物修复微生物修复定义：生物修复的狭义定义利用微生物催化降解有机污染物，从面修复被污染环境或削除环境中的污染物的过程、即利用土著微生物或引入微生物的代谢过程或其产物，消除或富集污染物的生物学过程。当前第41页\共有138页\编于星期五\20点定义：微生物是所有形体微小、结构简单的低等生物的总称；非生物学上的名词当前第42页\共有138页\编于星期五\20点当前第43页\共有138页\编于星期五\20点微生物的特点形态微小、结构简单代谢旺盛、繁殖快速适应性强、易变异种类繁多、分布广泛当前第44页\共有138页\编于星期五\20点2.1微生物基础代谢过程2.2微生物生态学概要2.3微生物修复污染环境的原理微生物参与的物质循环污染物的微生物降解性微生物对污染物降解转化途径2.4微生物修复污染环境的技术用于生物修复的微生物微生物对有机污染物的修复微生物对重金属污染物的作用2.5影响微生物修复效率的因素微生物的种类环境因素污染物特性当前第45页\共有138页\编于星期五\20点2.1微生物代谢过程新陈代谢：生物从环境中获取营养物质，经过生物体一系列的生理生化反应，转化合成生命体所需物质并储存能量的同化过程；或者将体内物质分解并释放能量的异化过程当前第46页\共有138页\编于星期五\20点2.1.1微生物的营养微生物的组成大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na等微量元素：Zn、Cu、Mn、Mo、Co等当前第47页\共有138页\编于星期五\20点微生物的营养：碳源、氮源、无机盐碳源自养型微生物：能利用无机碳源CO2、CO或CO32－的微生物；异养型微生物：不能利用无机碳源，只能利用环境所提供的有机碳化物作为碳源，并通过代谢有机碳化合物而获得生长所需的碳源和能量。兼性型微生物：反硝化硫杆菌，或称为混合型当前第48页\共有138页\编于星期五\20点氮源合成生物体蛋白质的主要原料：N2、NO3－、NH4+、尿素和腐烂的蛋白质无机盐无机离子，主要为磷元素等；构成细胞的组成部分、维持微生物酶系统活性、调节渗透压营养元素之间的基本比例C：N：P＝25：5：1；比例不当会限制微生物的生长和种群的增长当前第49页\共有138页\编于星期五\20点2.1.2酶及其作用酶的定义细胞产生的蛋白质，具有高催化效率，高度专一的生物催化剂酶的作用机理酶在代谢过程中，首先与代谢底物结合，底物经过酶的结合，底物分子或底物分子的某个基团被酶激活，从而加速了底物的代谢反应；酶在代谢反应中并不参与反应，但控制反应的速度酶的分类单成分酶：酶蛋白；双成分酶：酶蛋白+辅基（辅酶）酶的性质专一性、高效性与一定程度的必须性当前第50页\共有138页\编于星期五\20点酶活性的影响因素酶的反应速率受抑制剂、激活剂、酶浓度、底物浓度、温度、pH等因素的影响抑制剂和激活剂对酶活性的影响抑制剂：一切有毒物质多为酶的抑制剂，重金属离子、杀菌剂；激活剂：可以在一定条件下加速酶促反应的物质，如Mg2+当前第51页\共有138页\编于星期五\20点温度对酶作用的影响当前第52页\共有138页\编于星期五\20点pH对酶作用的影响当前第53页\共有138页\编于星期五\20点底物浓度对酶作用的影响当前第54页\共有138页\编于星期五\20点酶浓度对酶作用的影响当前第55页\共有138页\编于星期五\20点2.1.3微生物的分解（呼吸）代谢类型：包括有氧呼吸、无氧呼吸和发酵好氧呼吸在有氧条件下，以分子氧作为电子受体的生物氧化作用当前第56页\共有138页\编于星期五\20点三羧酸循环当前第57页\共有138页\编于星期五\20点无氧呼吸不以氧作为最终电子受体的呼吸过程当前第58页\共有138页\编于星期五\20点发酵以中间代谢产物为电子受体的不彻底的氧化反应当前第59页\共有138页\编于星期五\20点EMP途径1.已糖激酶2.磷酸已糖异构酶3.磷酸果糖激酶4.醛缩酶5.磷酸丙糖异构酶6.磷酸甘油酸脱氢酶7.磷酸甘油酸激酶8.磷酸甘油酸变位酶9.稀醇化酶10、丙酮酸激酶当前第60页\共有138页\编于星期五\20点微生物基础代谢过程小结当前第61页\共有138页\编于星期五\20点2.1.4微生物的合成代谢类型：包括光合作用、化能自养、产甲烷代谢光合作用当前第62页\共有138页\编于星期五\20点化能自养合成代谢化能自养型微生物通过氧化环境中的某些物质获得化学能，并同化CO2当前第63页\共有138页\编于星期五\20点产甲烷合成代谢产甲烷菌在利用有机物产生CO2和CH4时，会产生能量，并以ATP的形式贮存；该能量和产甲烷代谢的中间产物用于产甲烷菌合成蛋白质、脂肪或者其他细菌生长所需的物质。当前第64页\共有138页\编于星期五\20点2.2微生物生态学概要生态学：研究生命体与其环境之间相互关系、相互作用的学科2.2.1微生物的主要环境因素2.2.2微生物种群生物学特征2.2.3微生物群落特征2.2.4微生物的种间关系当前第65页\共有138页\编于星期五\20点2.2.1微生物的主要环境因素温度、渗透压、酸碱性、抗生素、辐射和化学物质、氧温度改变微生物的代谢速率当前第66页\共有138页\编于星期五\20点酸碱性当前第67页\共有138页\编于星期五\20点渗透压的影响环境中的某种离子的浓度与微生物细胞体内该离子的浓度差导致微生物的生理变化；等渗环境为微生物的最适生长环境而低渗环境或高渗环境均可导致微生物代谢紊乱当前第68页\共有138页\编于星期五\20点氧的影响好氧微生物：缺氧将导致死亡；厌氧微生物：代谢过程中不需要氧，或者是不直接需要氧；专性厌氧菌：遇氧死亡；兼性厌氧微生物：可进行有氧呼吸、无氧呼吸或发酵，代谢途径随环境中氧含量的变化而变化当前第69页\共有138页\编于星期五\20点抗生素的影响抗生素：由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在代谢过程中产生的可干扰其他生命生长、发育的化学物质

微生物向环境释放抗生素抑制其它微生物的代谢，包括破坏其它微生物细胞膜结构，导致细胞膜的渗透性改变，进而使细胞内环境改变，最终使得其它微生物生理紊乱而死亡；或者直接干扰或抑制蛋白质和核酸代谢当前第70页\共有138页\编于星期五\20点辐射和化学物质的影响太阳辐射：一些光谱则对微生物产生不利的影响，如紫外线化学物质：不利于微生物生长的物质，包括重金属离子和一些对微生物有毒害作用的化合物。当前第71页\共有138页\编于星期五\20点2.2.2微生物种群生物学特征种群：在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体。这些个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代当前第72页\共有138页\编于星期五\20点生长：微生物从环境中获取营养物质和能量，通过代谢过程，获得生长所需的物质和能量，使微生物个体不断增大繁殖：在一定空间上，微生物个体数量从少到多，不断增长至环境容纳量种群大小：种群中个体的数量种群密度：单位面积、单位体积或单位生境中个体的数目环境容纳量：对某种生物而言，某一特定环境范围内可最多承载的数量，即这一环境对这一生物的容纳量当前第73页\共有138页\编于星期五\20点种群增长初期指数增长中后期逻辑斯蒂方程增长当前第74页\共有138页\编于星期五\20点曲线I：在理想环境中个体数量呈指数增长模型，曲线呈“J”型曲线II：个体数量增长受到资源限制，种群数量呈逻辑斯蒂方程增长，“S”曲线；曲线平滑上升并渐近环境容纳量值（K）当前第75页\共有138页\编于星期五\20点逻辑斯蒂方程r:种群增长率（出生率减去死亡率；而出生率与死亡率是某一段时间内出生与死亡个体与种群中个体总数量的比例）；N：种群个体数量；a:参数，取决于种群起始个体数量；K：环境容纳量当前第76页\共有138页\编于星期五\20点环境容纳量（K）确定时，每增加一个个体，产生1/K的抑制影响，即某一空间仅能容纳K个个体，每一个体利用了1/K的资源，N个体利用了N/K空间，而可供种群继续增长的“剩余资源”，就只有（1－N/K)了。容纳量的制约导致种群增长率随着密度增加而降低，导致种群增长呈逻辑斯蒂方程增长当前第77页\共有138页\编于星期五\20点当前第78页\共有138页\编于星期五\20点当前第79页\共有138页\编于星期五\20点逻辑斯蒂曲线可分为5个时期开始期：种群个体数很少，密度增长缓慢；加速期：随个体数量增加，密度增长逐渐加快；转折期：当个体数达到K/2时，密度增长最快；减速期：个体数超过K/2以后，密度增长逐渐变慢；饱和期：种群个体数达到K而饱和在理想状态下，饱和期最大种群可以长期维持；但随营养逐渐缺乏，密度开始下降导致种群衰老。当前第80页\共有138页\编于星期五\20点2.2.3微生物群落特征生物群落：在相同时间聚焦在同一环境中（地理范围）的各物种种群的集合；群落中各种群之间以及种群与环境之间是相互作用、相互制约的关系当前第81页\共有138页\编于星期五\20点土壤环境当前第82页\共有138页\编于星期五\20点水环境当前第83页\共有138页\编于星期五\20点大气环境当前第84页\共有138页\编于星期五\20点2.2.4微生物的种间关系种间关系：构成群落的物种的种群间的相互作用方式与程度；两个或多个物种在种群动态上的相互影响，即相互动态、或彼此在进化过程和方向上的相互作用，即协同进化八种类型：中性共栖、偏利共栖、偏害共栖、协同共栖、共生、竞争、寄生、捕食当前第85页\共有138页\编于星期五\20点中性共栖：两个微生物种群间不发生相互作用的现象偏利共栖：两个微生物种群共同生长，一方的存在有利于另一方的生长、繁殖而受益，而受益方并没有使它方相应的受益偏利共生实例当前第86页\共有138页\编于星期五\20点偏害共栖：两微生物种群的，一方抑制另一方的生长，通常是一方产生抑制物质抑制另一方的生长协同共栖：两个微生物种群在一起时可以相互受益，但它们之间的关系不是一种专性固定的关系，双方可以在自然办单独存在，又称互养共栖，即两种或两种以上微生物协同共栖进行某一代谢过程，彼此相互提供所需的营养物质当前第87页\共有138页\编于星期五\20点共生：两个种群相互作用相互受益而形成的专性关系，它们是协同共栖作用的延伸共生实例当前第88页\共有138页\编于星期五\20点互利：两个微生物种群共同生长，双方的存在均有利于另一方的生长、繁殖而受益竞争：两个种群共同生存时，为获得营养、能源、空间而相互抑制对方生长与繁殖，竞争双方均受到不利影响当前第89页\共有138页\编于星期五\20点寄生：寄生微生物从寄主微生物体内获得营养，而对寄主产生不得影响捕食：一微生物可以吞食另一种微生物，捕食者从被捕食者得到营养，而对被捕食者产生不得影响当前第90页\共有138页\编于星期五\20点微生物种群关系总结当前第91页\共有138页\编于星期五\20点2.3微生物修复污染环境的原理2.3.1微生物参与的物质循环主要类型：碳循环、氮循环、硫循环当前第92页\共有138页\编于星期五\20点碳循环当前第93页\共有138页\编于星期五\20点碳循环当前第94页\共有138页\编于星期五\20点氮循环当前第95页\共有138页\编于星期五\20点硫循环当前第96页\共有138页\编于星期五\20点当前第97页\共有138页\编于星期五\20点2.3.2微生物对污染物降解转化污染物进入微生物体内的过程微生物对污染物质的吸收：生物的主动过程，生物体在与污染物质接触的过程中，主动以某种方式获取该物质包括：主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位，胞饮作用当前第98页\共有138页\编于星期五\20点主动运输、被动扩散、促进扩散与基团转位的特征比较当前第99页\共有138页\编于星期五\20点胞饮作用：细胞外的液体微滴或物质吸附在质膜上，通过质膜内陷形成小囊泡而被消化吸收的过程。包括：通过疏水表面突出物的作用把烷烃吸附到细胞表面、烷烃通过孔和沟穿透坚硬的酵母细胞壁，而聚焦在细胞质表面、通过末修饰烷烃的胞饮作用把烷烃转移到细胞内的烷烃氧化部位，如内质网、微体当前第100页\共有138页\编于星期五\20点微生物降解污染物的基本反应类型微生物在代谢活动过程中，通过污染物发生化学或生物化学反应引起的污染物结构的变化包括：水解、基团转移、氧化、还原、共代谢、酯化、甲基化、缩合、氨化、乙酰化、双键断反应、卤原子移动、微生物吸附、微生物累积、共代谢当前第101页\共有138页\编于星期五\20点氧化作用：转化具还原性的污染物醇的氧化、醛的氧化、甲基的氧化、氨的氧化、亚硝酸氧化、硫的氧化、铁的氧化、β－氧化、氧化去烷基化、硫醚氧化、过氧化、苯环羟基化、芳环裂解、杂环裂解、环氧化还原作用：转化具氧化性的污染物乙烯基的还原、醇的还原、醌类的还原、芳环羟基化、双键还原作用、三键还原作用当前第102页\共有138页\编于星期五\20点基团转移作用脱羧作用、脱氨基作用、脱卤作用、脱烃反应、脱氢卤脱水反应水解作用酯类水解、氨类水解、磷酸酯水解、腈水解、卤代烃水解当前第103页\共有138页\编于星期五\20点甲基化作用当前第104页\共有138页\编于星期五\20点共代谢又称协同代谢。微生物不能利用基质作为能源和组分元素的有机物转化方式。一些难降解的污染物，通过微生物的作用被改变结构，但微生物不能将这些污染物作为碳源和能源，而必须从其他底物获取大部分或全部的碳源和能源共代谢微生物不能从辅助底物的氧化过程中获得有用的能量，降解污染的速度也低于降解生长底物的速度当前第105页\共有138页\编于星期五\20点共代谢的形式：靠降解其他有机物提供能源或碳源、通过与其它微生物协同作用，发生共代谢，降解污染物、由其它物质的诱导产生相应的相应的酶系，发生共代谢作用当前第106页\共有138页\编于星期五\20点微生物吸附吸附：在两相介质的界面上发生沉淀，包括吸持和吸收。吸持指污染物从一种介质向固体介质表面的迁移运动；吸收是指污染物质到达固相表面后，由于静电、络合、化学键或沉淀作用等与表面的粘着作用吸附平衡：当解吸附速率与吸附速率相等时，吸附达到了动态平衡，该平衡就称为吸附平衡当前第107页\共有138页\编于星期五\20点微生物吸附：微生物细胞壁表面的一些具有金属络合、配位能力的基团与污染物离子形成离子键或共价键固定污染物离子微生物可吸附污染物的原因：细胞壁的结构特性微生物细胞壁的多孔结构使活性化学配位体在细胞表面合理排列，使细胞易于与污染物离子结合；细胞外多糖（EPS），该物质在微生物吸附污染物离子的过程具有固定等作用微生物吸附的机理：静电吸附，共价吸附，络合鳌合，离子交换和无机微沉淀当前第108页\共有138页\编于星期五\20点静电吸附：指污染物离子可代替质子，以及结合到分子上的其它离子；离子交换：细胞质结合的离子，被另一些结合能力更强的污染物离子代替；络合作用：在微生物体内或表面，金属离子与配基以配位键结合形成复杂离子或分子的过程；鳌合作用：在微生物体内或表面，一个配基上同时有两个以上的配位原子与金属结合而形成具有环状结构的配合物的过程；无机微沉淀：污染物离子在微生物体内或表面形成无机沉淀物的过程当前第109页\共有138页\编于星期五\20点微生物累积：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污染物输送到体内，并在体内不断积累的过程细菌、真菌和藻类都有从周围环境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有效的方法从污染环境中回收写信了污染物的微生物当前第110页\共有138页\编于星期五\20点当前第111页\共有138页\编于星期五\20点2.4微生物修复污染环境的技术环境生物修复三类技术：利用微生物代谢能力；活化微生物分解能力；添加具有高速分解能力的特定微生物当前第112页\共有138页\编于星期五\20点2.4.1用于生物修复的微生物土著微生物、外来微生物、基因工程微生物、其它微生物及其代谢产物土著微生物：指出现在其自然分布区及其自然传播范围内（即在其自然占领的或无需人类直接或间接引种也能占领的分布区）的物种、亚种或更低的分类单元外来微生物：从原产地因偶然传入或人为有意引入到新地区并定殖的微生物种当前第113页\共有138页\编于星期五\20点基因工程微生物：将不同来源的基因按特定目的，在微生物体外构建新的DNA分子后导入微生物体内，以改变其原有的遗传特性、获得新的微生物种基因工程微生物优点：适应能力强、对自然界的微生物和高等生物不构成威胁、适应期比土著种的驯化期要短得多，可以反复接种当前第114页\共有138页\编于星期五\20点其他微生物：包括藻类和微型动物等；在污染水体的生物修复中，通过藻类的放氧，使严重污染后缺氧的水体恢复至溶解氧含量较高的状态，为微生物降解污染物提供了良好的电子受体，使好氧性异养细菌对污染物的降解能顺利进行；微型动物则通过吞噬过多的藻类和一些病原微生物，间接的对水体起净化作用。当前第115页\共有138页\编于星期五\20点2.4.2微生物对有机污染物的修复微生物修复有机污染物污染环境的方式：通过微生物分泌的胞外酶降解；改变有机物的化学结构，提高降解性污染物被微生物吸收到微生物细胞内后，在胞内降解

即微生物对有机污染物降解转化，污染物以不同的方式进入微生物体内后发生不同的降解反应当前第116页\共有138页\编于星期五\20点在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成CO2、H2O、SO42－、PO43－、NO2－、NO3－等无机物；在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、CO2、H2、CH4等当前第117页\共有138页\编于星期五\20点微生物降解有机污染物的类型当前第118页\共有138页\编于星期五\20点2.4.3微生物对重金属污染物的修复微生物转化金属离子的方式：氧化、还原、甲基化、吸附与累积当前第119页\共有138页\编于星期五\20点微生物氧化、还原与甲基化金属离子特征比较当前第120页\共有138页\编于星期五\20点微生物吸附与累积重金属离子的特征比较微生物的状态：微生物吸附可由死亡微生物进行；生物累积必需由生活的微生物去除重金属离子的作用影响因素：微生物吸附与其细胞壁结构、成份相关；生物积累则与生物的新陈代谢及影响其新陈代谢的温度、pH值有关当前第121页\共有138页\编于星期五\20点微生物吸附金属离子的细胞壁成分与结构比较当前第122页\共有138页\编于星期五\20点2.4.4常用微生物修复技术充气式污染土壤微生物修复技术当前第123页\共有138页\编于星期五\20点污染地下水循环微生物修复技术当前第124页\共有138页\编于星期五\20点地下水曝气－抽提组合微生物修复技术当前第125页\共有138页\编于星期五\20点微生物活性