生物修復第一二章

1、環(huán)境生物修復工程環(huán)境生物修復工程總學時：32 環(huán)境工程專業(yè)緒緒 論論生物修復的概念與類型生物修復的概念與類型1生物修復的特點與應用生物修復的特點與應用2生物修復的原則與可處理性試驗生物修復的原則與可處理性試驗3生物修復工程設計生物修復工程設計4第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)境生物修復的概念和類型環(huán)境生物修復的概念和類型v 環(huán)境生物修復的概念環(huán)境生物修復的概念 修復修復（remediation）指借助外界作用力使某個受損的指借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或全部恢復到原初狀態(tài)的過程，包括恢特定對象部分或全部恢復到原初狀態(tài)的過程，包括恢復、重建、改建等三個方面的活動復、重建、改建等三個方面的活動repai

2、r環(huán)境生物修復的概念環(huán)境生物修復的概念 環(huán)境修復環(huán)境修復 環(huán)境意義上的修復是指對被污染的環(huán)境采取物理、環(huán)境意義上的修復是指對被污染的環(huán)境采取物理、化學與生物學技術措施，使存在于環(huán)境中的污染物化學與生物學技術措施，使存在于環(huán)境中的污染物濃度減少或毒性降低或完全無害化濃度減少或毒性降低或完全無害化 界定三組概念界定三組概念污染環(huán)境與健康環(huán)境污染環(huán)境與健康環(huán)境環(huán)境修復與環(huán)境凈化環(huán)境修復與環(huán)境凈化環(huán)境修復與三廢治理環(huán)境修復與三廢治理 污染環(huán)境與健康環(huán)境污染環(huán)境與健康環(huán)境 所謂環(huán)境污染，指任何物質或能量因子的過分集中，所謂環(huán)境污染，指任何物質或能量因子的過分集中，超過了環(huán)境的承載能力，從而對環(huán)境表現出有

3、害的現超過了環(huán)境的承載能力，從而對環(huán)境表現出有害的現象象 污染環(huán)境：任何物質過度聚集而產生的質量下降、功污染環(huán)境：任何物質過度聚集而產生的質量下降、功能衰退了的環(huán)境能衰退了的環(huán)境 健康的環(huán)境，是具有原始背景值的環(huán)境健康的環(huán)境，是具有原始背景值的環(huán)境 相對的，特指存在于其中的各種物質或能量都低于有相對的，特指存在于其中的各種物質或能量都低于有關環(huán)境質量標準關環(huán)境質量標準環(huán)境修復與環(huán)境凈化環(huán)境修復與環(huán)境凈化 環(huán)境凈化環(huán)境凈化（environmental remediation） 強調環(huán)境中內源因子對污染物質或能量的清除過程強調環(huán)境中內源因子對污染物質或能量的清除過程 是一種自然的、被動的過程是一種

4、自然的、被動的過程 環(huán)境修復環(huán)境修復（environmental self-purification） 強調人類有意識的外源活動對污染物質或能量的清強調人類有意識的外源活動對污染物質或能量的清除過程除過程 是一種人為的、主動的過程是一種人為的、主動的過程 兩者目的都是使進入環(huán)境中的污染因子的總量減少兩者目的都是使進入環(huán)境中的污染因子的總量減少或強度降低或毒性下降或強度降低或毒性下降環(huán)境修復與三廢治理環(huán)境修復與三廢治理 三廢治理三廢治理 是環(huán)境工程的核心內容，強調點源治理，即工廠排污口的治理是環(huán)境工程的核心內容，強調點源治理，即工廠排污口的治理 建造成套的處理設施，在最短時間內，以最快速度與最低

5、成本，建造成套的處理設施，在最短時間內，以最快速度與最低成本，將污染物凈化去除將污染物凈化去除 環(huán)境修復環(huán)境修復 強調面源治理，即對人類活動的環(huán)境進行治理，不可能建造把整強調面源治理，即對人類活動的環(huán)境進行治理，不可能建造把整個修復對象包容進去的處理系統。個修復對象包容進去的處理系統。 相同點相同點 兩者都是控制環(huán)境污染兩者都是控制環(huán)境污染 前者屬于污染因子的產中控制，后者屬產后控制，污染預防屬于前者屬于污染因子的產中控制，后者屬產后控制，污染預防屬于產前控制，三者共同構成污染控制的全過程體系產前控制，三者共同構成污染控制的全過程體系環(huán)境修復技術的類型環(huán)境修復技術的類型 修復技術是人類修復環(huán)境

6、時采用的手段修復技術是人類修復環(huán)境時采用的手段 環(huán)境修復的對象是自然界環(huán)境修復的對象是自然界 技術的基本作用在于改變自然界的運動形式和狀態(tài)，技術的基本作用在于改變自然界的運動形式和狀態(tài)，由此形成四類基本技術：由此形成四類基本技術： 工程技術工程技術-工程修復工程修復 河底清淤河底清淤 物理技術物理技術-物理修復物理修復 電修復電修復 化學技術化學技術-化學修復化學修復 化學試劑化學試劑 生物技術生物技術-生物修復生物修復 生物試劑生物試劑生物修復生物修復（bioremediation）的概念的概念 利用生物的利用生物的生命代謝活動生命代謝活動減少存在于環(huán)境中的有毒減少存在于環(huán)境中的有毒有害物質

7、的濃度或使其完全無害化，從而使污染了有害物質的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的環(huán)境能夠部分或完全恢復到原初狀態(tài)的過程的環(huán)境能夠部分或完全恢復到原初狀態(tài)的過程 強調人有意識的利用生物體進行環(huán)境無害化強調人有意識的利用生物體進行環(huán)境無害化 生物凈化生物凈化（biopurification） 強調的是自然環(huán)境系統利用本身固有的生物體進行的強調的是自然環(huán)境系統利用本身固有的生物體進行的環(huán)境無害化過程，是一種自發(fā)的過程環(huán)境無害化過程，是一種自發(fā)的過程v生物修復的產生與發(fā)展生物修復的產生與發(fā)展 起源于有機污染物的治理，最初從微生物利用開始（發(fā)酵起源于有機污染物的治理，最初從微生物利用開始（發(fā)酵食品幾千

8、年，處理污水食品幾千年，處理污水100100多年，生物修復多年，生物修復3030年）年） 19721972年年 美國賓夕法尼亞美國賓夕法尼亞 清除管線泄漏的汽油（試驗階段）清除管線泄漏的汽油（試驗階段） 19891989年年 美國阿拉斯加美國阿拉斯加 原油泄漏原油泄漏 Exxon ValdzExxon Valdz超級油輪觸礁，超級油輪觸礁，4.24.2* *10104 4m m3 3原油在原油在5h5h內泄露，內泄露，污染了污染了13001300英里的海岸線英里的海岸線 是阿拉斯加最大也是美國歷史上最大的一次石油泄漏事故是阿拉斯加最大也是美國歷史上最大的一次石油泄漏事故 投放親油性微生物肥料投

9、放親油性微生物肥料 19911991年美國開始實施對土壤、地下水、海灘等環(huán)境危險污年美國開始實施對土壤、地下水、海灘等環(huán)境危險污染物的治理，法、荷發(fā)展迅速染物的治理，法、荷發(fā)展迅速英國英國BPBP公司墨西哥灣漏油事件公司墨西哥灣漏油事件v 4 4月月2020日日 鉆井平臺爆炸鉆井平臺爆炸v 4 4月月2424日起漏油不止并引發(fā)了大日起漏油不止并引發(fā)了大規(guī)模原油污染規(guī)模原油污染v 油井日漏油量油井日漏油量50005000桶，不斷發(fā)桶，不斷發(fā)現新的漏油點，不到十天，浮現新的漏油點，不到十天，浮油抵達路易斯安那州海岸。油抵達路易斯安那州海岸。v BPBP采用采用“滅頂法滅頂法”封堵漏油，封堵漏油，一

10、個月后宣布失敗一個月后宣布失敗v 6 6月，月，BPBP采用采用“蓋帽法蓋帽法”終于取終于取得了一定的成效得了一定的成效v 目前目前BPBP事故支出費用高達事故支出費用高達400400億億美元美元 BPBP堵漏方案一覽堵漏方案一覽v 鋼筋水泥控油罩：鋼筋水泥控油罩：5 5月月7 7日，日，BPBP將一重達將一重達125125噸的大型鋼筋水泥控油噸的大型鋼筋水泥控油罩沉入海底，希望用它罩住泄漏點。但由于泄漏點噴出的天然氣遇到罩沉入海底，希望用它罩住泄漏點。但由于泄漏點噴出的天然氣遇到冷水形成甲烷結晶，堵住控油罩頂部開口，使得這一裝置無法發(fā)揮作冷水形成甲烷結晶，堵住控油罩頂部開口，使得這一裝置無法

11、發(fā)揮作用用v 吸油管：吸油管：5 5月月1414日，日，BPBP將一根將一根4 4英寸吸油管插入發(fā)生泄漏的英寸吸油管插入發(fā)生泄漏的2121英寸油英寸油管中。管中。3 3天后，這根管道發(fā)揮了一定作用，共吸走天后，這根管道發(fā)揮了一定作用，共吸走2.22.2萬桶原油，但數萬桶原油，但數量太少量太少v “滅頂法滅頂法”：用泵將較重的液體打入油井，使其壓力大于油井外泄用泵將較重的液體打入油井，使其壓力大于油井外泄的壓力，從而減緩漏油速度，然后再向油井漏油處注入水泥封閉油井，的壓力，從而減緩漏油速度，然后再向油井漏油處注入水泥封閉油井，但由于油井壓力太大，但由于油井壓力太大，“滅頂法滅頂法”宣告失敗宣告失

12、敗v “蓋帽法蓋帽法”：工程師將遙控深海機器人，將漏油處受損油管剪斷并工程師將遙控深海機器人，將漏油處受損油管剪斷并蓋上防堵裝置。防堵裝置與油管相連，以把漏出的油氣吸至油管內，蓋上防堵裝置。防堵裝置與油管相連，以把漏出的油氣吸至油管內，再輸送到海面上的油輪里。再輸送到海面上的油輪里。6 6月月4 4日，日，BP“BP“切管切管”成功，成功，“蓋帽蓋帽”也獲也獲成功，控漏終現積極進展成功，控漏終現積極進展生物修復的類型生物修復的類型v 修復主體（參與生物修復的生物類群）修復主體（參與生物修復的生物類群） 微生物修復（狹義生物修復）微生物修復（狹義生物修復） 植物修復植物修復 動物修復和生動物修復

13、和生態(tài)修復態(tài)修復v 修復受體（生物修復的對象）修復受體（生物修復的對象） 土壤生物修復土壤生物修復 河流水生物修復河流水生物修復 湖泊水庫生物修復湖泊水庫生物修復 海海洋生物修復洋生物修復 地下水生物修復地下水生物修復 大氣生物修復大氣生物修復 礦區(qū)生物礦區(qū)生物修復修復 垃圾場生物修復垃圾場生物修復v 修復場所（修復實施的場所或形式）修復場所（修復實施的場所或形式） 原位生物修復、異位生物修復和聯合生物修復原位生物修復、異位生物修復和聯合生物修復原位生物修復原位生物修復（in-site remediation）v又稱就地生物修復，是指在基本不破壞土壤和地下水又稱就地生物修復，是指在基本不破壞土

14、壤和地下水自然環(huán)境的條件下，對受污染的環(huán)境對象不作搬運或自然環(huán)境的條件下，對受污染的環(huán)境對象不作搬運或輸送，而在原場所進行生物修復輸送，而在原場所進行生物修復 原位工程生物修復原位工程生物修復 采取工程措施，有目的操作生物過程，加快環(huán)境修復采取工程措施，有目的操作生物過程，加快環(huán)境修復 一種是提供微生物生長所需的營養(yǎng)，提高其降解污染物一種是提供微生物生長所需的營養(yǎng)，提高其降解污染物的能力，這種稱為的能力，這種稱為生物強化修復生物強化修復 另一種是投加實驗室培養(yǎng)的微生物，使其能夠降解土壤另一種是投加實驗室培養(yǎng)的微生物，使其能夠降解土壤和地下水中原有的污染物，又稱和地下水中原有的污染物，又稱生物接

15、種修復生物接種修復 原位自然生物修復原位自然生物修復 利用環(huán)境中原有的微生物，在自然條件下進行自然修復利用環(huán)境中原有的微生物，在自然條件下進行自然修復 異位生物修復異位生物修復（ex-site remediation） 是指將受污染的環(huán)境對象搬運或輸送到其他場所，進是指將受污染的環(huán)境對象搬運或輸送到其他場所，進行集中修復行集中修復 原位成本低廉但修復效果差，適合于大面積、低污染原位成本低廉但修復效果差，適合于大面積、低污染負荷的環(huán)境對象負荷的環(huán)境對象 異位修復效果好但成本高昂，適合于小范圍、高污染異位修復效果好但成本高昂，適合于小范圍、高污染負荷負荷聯合生物修復聯合生物修復（combined

16、remediation） 原位異位相結合，揚長避短原位異位相結合，揚長避短第二節(jié)第二節(jié) 生物修復的特點與應用生物修復的特點與應用生物修復的特點生物修復的特點v 優(yōu)點優(yōu)點 現場進行，節(jié)省治理費用（傳統物理、化學方法的現場進行，節(jié)省治理費用（傳統物理、化學方法的30-50%30-50%） 環(huán)境影響小，不會形成二次污染或導致污染的轉移，永久消環(huán)境影響小，不會形成二次污染或導致污染的轉移，永久消除污染物的長期隱患除污染物的長期隱患 最大限度的降低污染物的濃度，有時甚至會低于檢測限最大限度的降低污染物的濃度，有時甚至會低于檢測限 在其他技術難以使用的場地（如建筑物或公路下不能挖掘搬在其他技術難以使用的場

17、地（如建筑物或公路下不能挖掘搬出）可以采用就地生物修復技術出）可以采用就地生物修復技術-獨到優(yōu)勢獨到優(yōu)勢 可以同時處理受污染的土壤和地下水，也可以與其他處理技可以同時處理受污染的土壤和地下水，也可以與其他處理技術結合使用，處理復合污染術結合使用，處理復合污染生物修復的特點生物修復的特點v局限性局限性 耗時長耗時長 機理在于生命體的新陳代謝，完成一定的生命機理在于生命體的新陳代謝，完成一定的生命周期需花費較長時間周期需花費較長時間 條件苛刻條件苛刻 生物修復是一種科技含量較高的處理方法，生物修復是一種科技含量較高的處理方法，易受場地和環(huán)境的影響易受場地和環(huán)境的影響 并非所有進入環(huán)境的污染物都能被

18、生物利用并非所有進入環(huán)境的污染物都能被生物利用 專一性強專一性強 特定的生物只能吸收、利用、降解、轉化特特定的生物只能吸收、利用、降解、轉化特定類型的化學物質定類型的化學物質生物修復的應用前景生物修復的應用前景v具有廣闊的市場前景，但必然受到某些條件限制具有廣闊的市場前景，但必然受到某些條件限制v只有與物理、化學修復組成統一修復技術，才能只有與物理、化學修復組成統一修復技術，才能為真正解決人類目前面臨的最困難的環(huán)境問題為真正解決人類目前面臨的最困難的環(huán)境問題有機污染物和重金屬污染有機污染物和重金屬污染提供一種可能提供一種可能v某些情況下最經濟的組合是先用生物修復將污染某些情況下最經濟的組合是先

19、用生物修復將污染物處理到較低水平，再采用物理、化學方法處理物處理到較低水平，再采用物理、化學方法處理殘余污染物殘余污染物第三節(jié)第三節(jié) 生物修復的原則及可處理性試驗生物修復的原則及可處理性試驗v生物修復的三原則生物修復的三原則 適合的生物適合的生物 指具有正常生理和代謝能力，并能降解或轉化污染物的生物體指具有正常生理和代謝能力，并能降解或轉化污染物的生物體系，包括系，包括微生物微生物、植物、動物等、植物、動物等 是生物修復的先決條件是生物修復的先決條件 適合的場所適合的場所 指要有污染物和合適的生物相接觸的地點指要有污染物和合適的生物相接觸的地點 適合的環(huán)境適合的環(huán)境 指要控制或改變環(huán)境條件，使

20、生物的代謝與生長活動處于最佳指要控制或改變環(huán)境條件，使生物的代謝與生長活動處于最佳狀態(tài)狀態(tài) 包括溫度、包括溫度、pH，無機養(yǎng)分、電子受體等，無機養(yǎng)分、電子受體等可處理性試驗可處理性試驗v可處理性試驗目的可處理性試驗目的 環(huán)境中的污染物一般是混合性化合物，在某一現場起作用的環(huán)境中的污染物一般是混合性化合物，在某一現場起作用的生物修復技術在另一現場并不一定有效生物修復技術在另一現場并不一定有效 對每個現場都需要進行可處理性試驗研究，提供污染物在生對每個現場都需要進行可處理性試驗研究，提供污染物在生物修復過程中的行為和歸宿的數據，用以評估生物修復技術物修復過程中的行為和歸宿的數據，用以評估生物修復技

21、術的可行性和局限性，規(guī)劃保持生物修復系統中生物活性最大的可行性和局限性，規(guī)劃保持生物修復系統中生物活性最大的策略的策略 根據可處理性試驗得到的凈化時間、凈化所能達到的水平以根據可處理性試驗得到的凈化時間、凈化所能達到的水平以及處理費用等，結合具體受污染現場的處理要求，就能決定及處理費用等，結合具體受污染現場的處理要求，就能決定生物修復技術是否能夠在該地應用生物修復技術是否能夠在該地應用可處理性試驗可處理性試驗v 結果：為實際工程回答幾個問題結果：為實際工程回答幾個問題 污染物進一步擴散的可能性以及防治措施污染物進一步擴散的可能性以及防治措施 提高生物活性的技術手段提高生物活性的技術手段 評價生

22、物修復效果所需的檢測手段評價生物修復效果所需的檢測手段v 規(guī)模：實驗室小試、中試和現場試驗規(guī)模：實驗室小試、中試和現場試驗v 監(jiān)測：污染物的降解過程和最終產物的毒性監(jiān)測：污染物的降解過程和最終產物的毒性 化學分析（液相色譜、氣相色譜、原子吸收等）化學分析（液相色譜、氣相色譜、原子吸收等） 生物監(jiān)測（生物監(jiān)測（AmesAmes試驗檢測遺傳毒性，發(fā)光菌毒性試驗）試驗檢測遺傳毒性，發(fā)光菌毒性試驗）v 污染物半衰期：濃度變化表述污染物降解程度污染物半衰期：濃度變化表述污染物降解程度可處理性試驗可處理性試驗v 設定非生物因素對照設定非生物因素對照 測定物理和化學過程引起的污染物的減少，從而能夠測定物理和

23、化學過程引起的污染物的減少，從而能夠真實的評價生物修復技術對污染物消減的貢獻真實的評價生物修復技術對污染物消減的貢獻v 物料衡算和礦化計算物料衡算和礦化計算 物料衡算：測定目標污染物及其轉化產物物料衡算：測定目標污染物及其轉化產物 礦化計算：測定二氧化碳（或甲烷）或氯、溴基團的礦化計算：測定二氧化碳（或甲烷）或氯、溴基團的釋放釋放v 方法方法 土壤滅菌試驗土壤滅菌試驗 土壤柱試驗土壤柱試驗 搖瓶試驗和反應器試驗搖瓶試驗和反應器試驗第四節(jié)第四節(jié) 生物修復工程設計生物修復工程設計v場地信息收集場地信息收集 污染物的種類和化學性質，在土壤中的分布和濃度，受污染物的種類和化學性質，在土壤中的分布和濃度

24、，受污染的時間污染的時間 當地正常情況下和受污染后的微生物的種類，數量和活當地正常情況下和受污染后的微生物的種類，數量和活性以及在土壤中的分布，從而確定該地是否存在完成生性以及在土壤中的分布，從而確定該地是否存在完成生物修復的微生物種群物修復的微生物種群 土壤特性，如溫度、孔隙度、滲透率等土壤特性，如溫度、孔隙度、滲透率等 受污染現場的地理、水力地質和氣象條件以及空間因素受污染現場的地理、水力地質和氣象條件以及空間因素 有關的管理法規(guī)有關的管理法規(guī)工程設計工程設計v技術查詢技術查詢 向有關單位咨詢是否在相似情況下進行過生物修復處理，以向有關單位咨詢是否在相似情況下進行過生物修復處理，以便采用或

25、移植他人經驗便采用或移植他人經驗v技術路線選擇技術路線選擇 根據場地信息，對各種生物修復技術以及它們可能的組合進根據場地信息，對各種生物修復技術以及它們可能的組合進行客觀評價，確定最佳技術路線行客觀評價，確定最佳技術路線v可處理性試驗可處理性試驗 設計小試或中試，提供基本工藝參數設計小試或中試，提供基本工藝參數 實驗室或現場都可以進行，選擇先進的取樣方法和分析手段，實驗室或現場都可以進行，選擇先進的取樣方法和分析手段，中試注意規(guī)模問題中試注意規(guī)模問題工程設計工程設計v修復效果評價修復效果評價 技術評價技術評價原生污染物去除率原生污染物去除率=(=(原有濃度原有濃度- -現存濃度現存濃度)/)/

26、原有濃度原有濃度 * *100%100%次生污染物增加率次生污染物增加率=(=(現存濃度現存濃度- -原有濃度原有濃度)/)/原有濃度原有濃度 * *100%100%污染物毒性增加率污染物毒性增加率=(=(原有毒性水平原有毒性水平- -現有毒性水平現有毒性水平)/)/原有毒性水平原有毒性水平 * *100%100% 經濟效果評價經濟效果評價包括修復的一次性基建投資與服役期的運行成本包括修復的一次性基建投資與服役期的運行成本v實驗工程設計實驗工程設計 如果可處理性試驗表明生物修復技術可行，開始具體設計如果可處理性試驗表明生物修復技術可行，開始具體設計 包括處理設備、井位井深、營養(yǎng)物和氧源或其他電

27、子受體等包括處理設備、井位井深、營養(yǎng)物和氧源或其他電子受體等第二章第二章 生物修復的機理生物修復的機理微生物對有機污染物的修復微生物對有機污染物的修復1微生物對重金屬污染物的修復微生物對重金屬污染物的修復2植物對有機污染物的修復植物對有機污染物的修復3植物對重金屬污染物的修復植物對重金屬污染物的修復4水生生物對富營養(yǎng)化物的修復水生生物對富營養(yǎng)化物的修復5第一節(jié)第一節(jié) 微生物對有機污染物的修復微生物對有機污染物的修復v有機污染物進入微生物細胞的過程有機污染物進入微生物細胞的過程 微生物降解有機污染物的作用方式微生物降解有機污染物的作用方式 通過微生物分泌的胞外酶降解通過微生物分泌的胞外酶降解 污

28、染物被微生物吸收到細胞內后，由胞內酶降解污染物被微生物吸收到細胞內后，由胞內酶降解 微生物從胞外環(huán)境吸收攝取物質的四種方式微生物從胞外環(huán)境吸收攝取物質的四種方式 主動運輸主動運輸 被動擴散被動擴散 促進擴散促進擴散 基團轉位基團轉位 胞飲作用胞飲作用主動運輸主動運輸（active transport）v 微生物所需各種營養(yǎng)物質微生物所需各種營養(yǎng)物質進入體內的主要方式進入體內的主要方式v 特點特點 需要消耗能量需要消耗能量 可以逆物質濃度梯度進行可以逆物質濃度梯度進行 需要載體蛋白的參與，對需要載體蛋白的參與，對被運輸的物質有高度的立被運輸的物質有高度的立體專一性體專一性v 被運輸物質與相應載體

29、蛋白被運輸物質與相應載體蛋白之間存在親和力，膜外親和之間存在親和力，膜外親和力大于膜內，這樣通過親和力大于膜內，這樣通過親和力大小的改變使他們直接發(fā)力大小的改變使他們直接發(fā)生可逆的結合和分離，從而生可逆的結合和分離，從而完成物質的運輸。完成物質的運輸。v 載體蛋白的構型變化需要能載體蛋白的構型變化需要能量，如好氧微生物來自呼吸，量，如好氧微生物來自呼吸，厭氧微生物來自化學能厭氧微生物來自化學能ATPATP，光合微生物來自光能光合微生物來自光能主動運輸主動運輸被動擴散被動擴散（passive transport）v 最為簡單的一種最為簡單的一種v 不規(guī)則運動的營養(yǎng)物質分子不規(guī)則運動的營養(yǎng)物質分子

30、通過細胞膜中的含水小孔，通過細胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外向低濃度的由高濃度的胞外向低濃度的胞內擴散胞內擴散v 特點：特點： 擴散是非特異性的，物質在擴散是非特異性的，物質在擴散運輸過程中既不與膜上擴散運輸過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的分的分子發(fā)生反應，本身的分子結構也無變化子結構也無變化 不消耗能量，不能逆濃度不消耗能量，不能逆濃度被動擴散被動擴散 擴散速度取決于細胞膜兩擴散速度取決于細胞膜兩邊該物質的濃度差，濃度邊該物質的濃度差，濃度差大則速度大，反之則小差大則速度大，反之則小 細胞膜的存在是物質運輸細胞膜的存在是物質運輸的前提的前提 擴散不是微生物吸收物質擴散不是微生物吸收物

31、質的主要方式，主要是水、的主要方式，主要是水、某些氣體、甘油和某些離某些氣體、甘油和某些離子等子等 有機物低于有機物低于1212個碳原子的個碳原子的分子一般可以通過細胞壁分子一般可以通過細胞壁和細胞膜進入細胞和細胞膜進入細胞促進擴散促進擴散（accelerative diffusion）v 特點：特點： 不消耗能量，物質在分子結不消耗能量，物質在分子結構上不會發(fā)生變化構上不會發(fā)生變化 不能進行逆濃度運輸不能進行逆濃度運輸 運輸速率比自由擴散速度高，運輸速率比自由擴散速度高，在一定限度內同物質濃度成在一定限度內同物質濃度成正比正比 需要借助載體蛋白，具有高需要借助載體蛋白，具有高度的立體結構專一

32、性度的立體結構專一性v 多見于真核微生物中，運輸物多見于真核微生物中，運輸物質一般是非脂溶性物質或親水質一般是非脂溶性物質或親水性物質，如氨基酸、糖等性物質，如氨基酸、糖等基團轉位基團轉位（functional groups transference）v 另一種類型的主動運輸另一種類型的主動運輸 有一個復雜的運輸系統來完成物質的運輸，而物質在運有一個復雜的運輸系統來完成物質的運輸，而物質在運輸過程中發(fā)生化學變化輸過程中發(fā)生化學變化 主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細菌中，用于糖的運輸主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細菌中，用于糖的運輸 好氧型細菌及真核生物中未發(fā)現這種運輸方式，也未發(fā)好氧型細菌及真核生

33、物中未發(fā)現這種運輸方式，也未發(fā)現氨基酸通過這種方式進行運輸現氨基酸通過這種方式進行運輸胞飲作用胞飲作用（pinocytosis）v 也叫內吞作用，是指物質吸也叫內吞作用，是指物質吸附在質膜上，然后通過膜的附在質膜上，然后通過膜的內折而轉移到細胞內的攫取內折而轉移到細胞內的攫取物質及液體的過程物質及液體的過程v 植物細胞吸收水分、礦質元植物細胞吸收水分、礦質元素和其他物質的方式之一素和其他物質的方式之一v 特點：特點： 非選擇性吸收，它在吸收水非選擇性吸收，它在吸收水分的同時，把水分中的物質分的同時，把水分中的物質一起吸收進來，如各種鹽類一起吸收進來，如各種鹽類和大分子物質甚至病毒和大分子物質甚

34、至病毒 v 過程過程 當物質吸附在質膜時，質膜內陷，液體和物質便進入，然后當物質吸附在質膜時，質膜內陷，液體和物質便進入，然后質膜內折，逐漸包圍著液體和物質，形成小囊泡，并向細胞質膜內折，逐漸包圍著液體和物質，形成小囊泡，并向細胞內部移動內部移動v 囊泡把物質轉移給細胞的方式有兩種囊泡把物質轉移給細胞的方式有兩種 囊泡本身在細胞內溶解消失，把物質留在細胞質內囊泡本身在細胞內溶解消失，把物質留在細胞質內 囊泡一直向內移動，到液泡膜后將物質交給液泡囊泡一直向內移動，到液泡膜后將物質交給液泡v 胞飲作用必須在有些物質的誘導下才能發(fā)生，如蛋白質、胞飲作用必須在有些物質的誘導下才能發(fā)生，如蛋白質、氨基酸

35、和鹽類等就能發(fā)生胞飲作用氨基酸和鹽類等就能發(fā)生胞飲作用胞飲作用胞飲作用微生物降解有機污染物的基本反應類型微生物降解有機污染物的基本反應類型v氧化作用氧化作用 包括醇的氧化（包括醇的氧化（-CH-CH2 2OH-COOHOH-COOH）、醛的氧化、甲基）、醛的氧化、甲基的氧化等的氧化等v還原作用還原作用 如乙烯基、醇的還原，雙鍵、三鍵還原作用如乙烯基、醇的還原，雙鍵、三鍵還原作用v基團轉移作用基團轉移作用 水解作用水解作用 酯化作用酯化作用 縮合反應縮合反應 氨化作用氨化作用 乙?；饔靡阴；饔?雙鍵斷裂反應雙鍵斷裂反應 鹵原子移動等鹵原子移動等第二節(jié)第二節(jié) 微生物對重金屬污染物的修復微生物對

36、重金屬污染物的修復 微生物對重金屬離子的轉化微生物對重金屬離子的轉化 環(huán)境中重金屬離子的長期存在使自然界中形成一些特殊環(huán)境中重金屬離子的長期存在使自然界中形成一些特殊微生物，它們對有毒重金屬具有抗性，可以使金屬離子微生物，它們對有毒重金屬具有抗性，可以使金屬離子發(fā)生轉化發(fā)生轉化 對微生物而言是一種解毒作用，對環(huán)境則是一種修復作對微生物而言是一種解毒作用，對環(huán)境則是一種修復作用用 Hg、Pb、Sn、As、Se等金屬或類金屬離子都能在微生物等金屬或類金屬離子都能在微生物作用下失去毒性作用下失去毒性 甲基化作用甲基化作用 還原作用還原作用 氧化作用氧化作用v甲基化作用甲基化作用 Hg、Cd、Pb、A

37、s等離子能在微生物的作用下發(fā)生甲基化等離子能在微生物的作用下發(fā)生甲基化反應反應 甲基傳遞體甲基傳遞體甲基鈷胺素，它是一種活潑的，能夠使金甲基鈷胺素，它是一種活潑的，能夠使金屬離子甲基化的物質屬離子甲基化的物質甲基供體甲基供體 在在ATPATP及特定還原劑條件下，甲基鈷胺素作為甲基供體，使及特定還原劑條件下，甲基鈷胺素作為甲基供體，使金屬離子與甲基結合而生成甲基汞、甲基砷等金屬離子與甲基結合而生成甲基汞、甲基砷等 假單胞菌屬假單胞菌屬 v 還原作用還原作用 將高價金屬離子還原成低價態(tài)，有機態(tài)金屬還原成單質將高價金屬離子還原成低價態(tài)，有機態(tài)金屬還原成單質 有些金屬在這個過程中毒性減小或消失，如有機

38、汞還原成有些金屬在這個過程中毒性減小或消失，如有機汞還原成單質汞，大腸桿菌還原單質汞，大腸桿菌還原Cr(VI)Cr(III) CH3Hg+ + 2H Hg + CH4 + H+v 氧化作用氧化作用 有些金屬離子高價態(tài)毒性小有些金屬離子高價態(tài)毒性小 Mn4+和和Sn4+ Mn2+和和Sn3+（毒性較小）（毒性較?。┪⑸飳χ亟饘匐x子的吸收與吸附微生物對重金屬離子的吸收與吸附v微生物吸附與微生物累積微生物吸附與微生物累積 微生物吸附微生物吸附 僅指失活微生物的吸附作用，不包括生物的新陳代謝作用和物質僅指失活微生物的吸附作用，不包括生物的新陳代謝作用和物質的主動運輸過程的主動運輸過程 微生物吸附能力

39、與其細胞壁結構、成分密切相關；微生物吸附能力與其細胞壁結構、成分密切相關； 可以將細胞殺死后，經過一定處理，使其具有一定粒度、硬度及可以將細胞殺死后，經過一定處理，使其具有一定粒度、硬度及穩(wěn)定性，便于貯存、運輸和實際應用穩(wěn)定性，便于貯存、運輸和實際應用 微生物累積微生物累積 主要利用生物新陳代謝作用產生的能量，通過單價或二價離子的主要利用生物新陳代謝作用產生的能量，通過單價或二價離子的轉移系統把重金屬離子輸送到細胞內部轉移系統把重金屬離子輸送到細胞內部 效果較好，但實際應用中受限較多（中毒死亡，環(huán)境因素）效果較好，但實際應用中受限較多（中毒死亡，環(huán)境因素）微生物吸附重金屬機理微生物吸附重金屬機

40、理v 研究多處于實驗室階段，集中在細胞壁的研究研究多處于實驗室階段，集中在細胞壁的研究v 微生物細胞壁的結構特征微生物細胞壁的結構特征 細胞壁的特殊結構（如多孔結構），很大程度上決定著對重金屬細胞壁的特殊結構（如多孔結構），很大程度上決定著對重金屬的吸附的吸附 細菌的細胞壁：共價結合了某些分子的肽聚糖構成細菌的細胞壁：共價結合了某些分子的肽聚糖構成 真菌細胞壁：各種多糖構成，多層、微纖維化的結構真菌細胞壁：各種多糖構成，多層、微纖維化的結構 海藻細胞壁：類似于真菌，由多層的微纖維素骨架構成，主要成海藻細胞壁：類似于真菌，由多層的微纖維素骨架構成，主要成分是纖維素，并夾雜些無定性物質分是纖維素，

41、并夾雜些無定性物質v 機理機理 靜電吸附靜電吸附 共價吸附共價吸附 離子交換離子交換 絡合螯合絡合螯合 無機微沉淀（重金屬離子在細胞壁上形成無機沉淀物的過程）無機微沉淀（重金屬離子在細胞壁上形成無機沉淀物的過程）第三節(jié)第三節(jié) 植物對有機污染物的修復植物對有機污染物的修復v 植物對有機污染物的吸收植物對有機污染物的吸收 植物對氣態(tài)污染物的粘附和吸收植物對氣態(tài)污染物的粘附和吸收 植物能粘附吸收氣態(tài)污染物，主要決定于植物表面積的大小和植物能粘附吸收氣態(tài)污染物，主要決定于植物表面積的大小和粗糙程度等（如云杉分泌油脂，楊梅吸滯粉塵）粗糙程度等（如云杉分泌油脂，楊梅吸滯粉塵） 氣孔是葉片吸收污染物的主要部

42、位（光化學煙霧）氣孔是葉片吸收污染物的主要部位（光化學煙霧） 植物對水溶態(tài)污染物的吸收植物對水溶態(tài)污染物的吸收 主要器官是根，到達植物根表面的有兩條途徑主要器官是根，到達植物根表面的有兩條途徑 質體流途徑，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時與水一質體流途徑，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時與水一起到達根部起到達根部 擴散途徑，即通過擴散到達根表面擴散途徑，即通過擴散到達根表面 葉片吸收農藥：氣孔吸收和角質層吸收葉片吸收農藥：氣孔吸收和角質層吸收v 植物對有機污染物的修復機理植物對有機污染物的修復機理 直接吸收直接吸收并在植物組織中積累非植物毒性的代謝物并在植物組織中積累非植物毒性的代謝物

43、 通過木質化作用在新的植物結構中貯藏污染物及其殘片，使其代通過木質化作用在新的植物結構中貯藏污染物及其殘片，使其代謝或礦化為水和謝或礦化為水和CO2，或使其揮發(fā)，或使其揮發(fā) 植物吸收污染物與土壤水中濃度和植物吸收率、蒸騰率有關植物吸收污染物與土壤水中濃度和植物吸收率、蒸騰率有關 釋放釋放促進生物化學反應的促進生物化學反應的酶酶 一般與植物酶有關的有機物降解非?？?，使化學污染物從土壤中一般與植物酶有關的有機物降解非常快，使化學污染物從土壤中的解吸和質量轉移成為限速步驟的解吸和質量轉移成為限速步驟 植物死亡后，酶釋放到環(huán)境中還可以繼續(xù)發(fā)揮分解作用植物死亡后，酶釋放到環(huán)境中還可以繼續(xù)發(fā)揮分解作用 游

44、離的酶作用較小，需被保護在植物體內更好的發(fā)揮作用游離的酶作用較小，需被保護在植物體內更好的發(fā)揮作用 強化強化根際根際的礦化作用的礦化作用 根際環(huán)境根際環(huán)境v 幾類典型有機污染物的植物修復幾類典型有機污染物的植物修復 解毒作用解毒作用（antidotal effect） 外來有毒物質通過機體內酶促反應，可以轉化成低毒或無毒物質，外來有毒物質通過機體內酶促反應，可以轉化成低毒或無毒物質，或轉化為水溶性物質而利于排出體外，生物的這種防御機能稱為或轉化為水溶性物質而利于排出體外，生物的這種防御機能稱為解毒作用解毒作用 植物對農藥的分解轉化作用（耐藥性植物）植物對農藥的分解轉化作用（耐藥性植物） 氧化作

45、用：普遍，是導致農藥毒性降低的主要反應，如芳香族羥氧化作用：普遍，是導致農藥毒性降低的主要反應，如芳香族羥基化作用、烴基氧化作用等基化作用、烴基氧化作用等 還原作用、水解作用（除草劑水解成游離酸）還原作用、水解作用（除草劑水解成游離酸） 植物對其他有機污染物的分解轉化作用植物對其他有機污染物的分解轉化作用 石油、洗滌劑、塑料及其他印染造紙帶來的有毒物質石油、洗滌劑、塑料及其他印染造紙帶來的有毒物質 藻類和高等植物（鳳眼蓮）藻類和高等植物（鳳眼蓮）第四節(jié)第四節(jié) 植物對重金屬污染物的修復植物對重金屬污染物的修復v 植物修復植物修復（phytoremediation）的概念的概念 利用自然生長植物或

46、者遺傳工程培育植物修復金屬污染環(huán)境的利用自然生長植物或者遺傳工程培育植物修復金屬污染環(huán)境的技術總稱技術總稱v 植物修復的機理（分為植物穩(wěn)定、植物吸收和植物揮發(fā)）植物修復的機理（分為植物穩(wěn)定、植物吸收和植物揮發(fā)） 植物穩(wěn)定植物穩(wěn)定（phytostabilzation） 定義：利用植物吸收和沉淀來固定土壤中的大量有毒金屬，以降低其定義：利用植物吸收和沉淀來固定土壤中的大量有毒金屬，以降低其生物有效性和防止其進入地下水和食物鏈，從而減少其對環(huán)境和人類生物有效性和防止其進入地下水和食物鏈，從而減少其對環(huán)境和人類健康的污染健康的污染 功能：保護污染土壤不受侵蝕，減少土壤滲漏防止金屬污染物淋移功能：保護污

47、染土壤不受侵蝕，減少土壤滲漏防止金屬污染物淋移通過根部累積和沉淀或通過根表吸收金屬來加強對污染物的固定通過根部累積和沉淀或通過根表吸收金屬來加強對污染物的固定 研究方向：促進植物發(fā)育使根系發(fā)達研究方向：促進植物發(fā)育使根系發(fā)達植物修復的機理植物修復的機理 植物吸收植物吸收（phytoextraction） 定義：利用專性植物根系吸收一種或幾種污染物特別是有毒金定義：利用專性植物根系吸收一種或幾種污染物特別是有毒金屬，并將其轉移，貯存到植物莖葉，然后收割莖葉，離地處理，屬，并將其轉移，貯存到植物莖葉，然后收割莖葉，離地處理，也稱植物萃取、植物攫取也稱植物萃取、植物攫取 專性植物：通常指超積累植物，可以從土壤中吸收和積累超尋專性植物：通常指超積累植物，可以從土壤中吸收和積累超尋常水平的有毒金屬常水平的有毒金屬 目前已發(fā)現超積累植物目前已發(fā)現超積累植物400余種余種研究前景研究前景 植物揮發(fā)植物揮發(fā)（phytov