生物修復(fù)第一二章

生物修復(fù)第一二章第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六拓展性、提高性課程、研究性教學(xué)各學(xué)院要有計(jì)劃的組織教師開設(shè)多種形式的討論課、專題課、研究性學(xué)習(xí)課程。各學(xué)院要有計(jì)劃地組織選派教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)小組，開展自主性、合作性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生了解多種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，擴(kuò)大學(xué)術(shù)視野，接觸學(xué)術(shù)前沿領(lǐng)域，追蹤學(xué)科發(fā)展趨勢，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立研究能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)寫作及學(xué)術(shù)報(bào)告能力。第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第一章緒論

第二章生物修復(fù)的機(jī)理第三章影響生物修復(fù)的受體特性

第四章影響生物修復(fù)的污染物特性

第五章影響生物修復(fù)的環(huán)境條件第六章污染土壤的生物修復(fù)

第七章污染河流的生物修復(fù)

第八章污染湖泊的生物修復(fù)

第九章污染地下水的生物修復(fù)

第十章污染海洋的生物修復(fù)

第十一章污染大氣的生物修復(fù)

第十二章固體廢物污染的生物修復(fù)

書名:污染環(huán)境生物修復(fù)工程

出版社:化學(xué)工業(yè)出版社

作者:陳玉成

第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六緒論生物修復(fù)的概念與類型1生物修復(fù)的特點(diǎn)與應(yīng)用2生物修復(fù)的原則與可處理性試驗(yàn)3生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)4第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)環(huán)境生物修復(fù)的概念和類型環(huán)境生物修復(fù)的概念修復(fù)（remediation）指借助外界作用力使某個(gè)受損的特定對象部分或全部恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程，包括恢復(fù)、重建、改建等三個(gè)方面的活動(dòng)repair第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六環(huán)境生物修復(fù)的概念環(huán)境修復(fù)環(huán)境意義上的修復(fù)是指對被污染的環(huán)境采取物理、化學(xué)與生物學(xué)技術(shù)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界定三組概念污染環(huán)境與健康環(huán)境環(huán)境修復(fù)與環(huán)境凈化環(huán)境修復(fù)與三廢治理第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

污染環(huán)境與健康環(huán)境所謂環(huán)境污染，指任何物質(zhì)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(xiàn)出有害的現(xiàn)象污染環(huán)境：任何物質(zhì)過度聚集而產(chǎn)生的質(zhì)量下降、功能衰退了的環(huán)境健康的環(huán)境，是具有原始背景值的環(huán)境相對的，特指存在于其中的各種物質(zhì)或能量都低于有關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六環(huán)境修復(fù)與環(huán)境凈化環(huán)境凈化（environmentalremediation）強(qiáng)調(diào)環(huán)境中內(nèi)源因子對污染物質(zhì)或能量的清除過程是一種自然的、被動(dòng)的過程環(huán)境修復(fù)（environmentalself-purification）強(qiáng)調(diào)人類有意識的外源活動(dòng)對污染物質(zhì)或能量的清除過程是一種人為的、主動(dòng)的過程兩者目的都是使進(jìn)入環(huán)境中的污染因子的總量減少或強(qiáng)度降低或毒性下降第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六環(huán)境修復(fù)與三廢治理三廢治理是環(huán)境工程的核心內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)點(diǎn)源治理，即工廠排污口的治理建造成套的處理設(shè)施，在最短時(shí)間內(nèi)，以最快速度與最低成本，將污染物凈化去除環(huán)境修復(fù)強(qiáng)調(diào)面源治理，即對人類活動(dòng)的環(huán)境進(jìn)行治理，不可能建造把整個(gè)修復(fù)對象包容進(jìn)去的處理系統(tǒng)。相同點(diǎn)兩者都是控制環(huán)境污染前者屬于污染因子的產(chǎn)中控制，后者屬產(chǎn)后控制，污染預(yù)防屬于產(chǎn)前控制，三者共同構(gòu)成污染控制的全過程體系第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六環(huán)境修復(fù)技術(shù)的類型修復(fù)技術(shù)是人類修復(fù)環(huán)境時(shí)采用的手段環(huán)境修復(fù)的對象是自然界技術(shù)的基本作用在于改變自然界的運(yùn)動(dòng)形式和狀態(tài)，由此形成四類基本技術(shù)：工程技術(shù)---工程修復(fù)河底清淤物理技術(shù)---物理修復(fù)電修復(fù)化學(xué)技術(shù)---化學(xué)修復(fù)化學(xué)試劑生物技術(shù)---生物修復(fù)生物試劑第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六生物修復(fù)（bioremediation）的概念利用生物的生命代謝活動(dòng)減少存在于環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)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(fù)到原初狀態(tài)的過程強(qiáng)調(diào)人有意識的利用生物體進(jìn)行環(huán)境無害化生物凈化（biopurification）強(qiáng)調(diào)的是自然環(huán)境系統(tǒng)利用本身固有的生物體進(jìn)行的環(huán)境無害化過程，是一種自發(fā)的過程第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展起源于有機(jī)污染物的治理，最初從微生物利用開始（發(fā)酵食品幾千年，處理污水100多年，生物修復(fù)30年）1972年美國賓夕法尼亞清除管線泄漏的汽油（試驗(yàn)階段）1989年美國阿拉斯加原油泄漏ExxonValdz超級油輪觸礁，4.2*104m3原油在5h內(nèi)泄露，污染了1300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投放親油性微生物肥料1991年美國開始實(shí)施對土壤、地下水、海灘等環(huán)境危險(xiǎn)污染物的治理，法、荷發(fā)展迅速第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六英國BP公司墨西哥灣漏油事件2010年4月20日鉆井平臺(tái)爆炸4月24日起漏油不止并引發(fā)了大規(guī)模原油污染油井日漏油量5000桶，不斷發(fā)現(xiàn)新的漏油點(diǎn)，不到十天，浮油抵達(dá)路易斯安那州海岸。BP采用“滅頂法”封堵漏油，一個(gè)月后宣布失敗6月，BP采用“蓋帽法”終于取得了一定的成效目前BP事故支出費(fèi)用高達(dá)400億美元

第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六BP堵漏方案一覽鋼筋水泥控油罩：5月7日，BP將一重達(dá)125噸的大型鋼筋水泥控油罩沉入海底，希望用它罩住泄漏點(diǎn)。但由于泄漏點(diǎn)噴出的天然氣遇到冷水形成甲烷結(jié)晶，堵住控油罩頂部開口，使得這一裝置無法發(fā)揮作用吸油管：5月14日，BP將一根4英寸吸油管插入發(fā)生泄漏的21英寸油管中。3天后，這根管道發(fā)揮了一定作用，共吸走2.2萬桶原油，但數(shù)量太少“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，“滅頂法”宣告失敗“蓋帽法”：工程師將遙控深海機(jī)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(nèi)，再輸送到海面上的油輪里。6月4日，BP“切管”成功，“蓋帽”也獲成功，控漏終現(xiàn)積極進(jìn)展第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六生物修復(fù)的類型修復(fù)主體（參與生物修復(fù)的生物類群）微生物修復(fù)（狹義生物修復(fù)）植物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)修復(fù)受體（生物修復(fù)的對象）土壤生物修復(fù)河流水生物修復(fù)湖泊水庫生物修復(fù)海洋生物修復(fù)地下水生物修復(fù)大氣生物修復(fù)礦區(qū)生物修復(fù)垃圾場生物修復(fù)修復(fù)場所（修復(fù)實(shí)施的場所或形式）原位生物修復(fù)、異位生物修復(fù)和聯(lián)合生物修復(fù)第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六原位生物修復(fù)（in-siteremediation）又稱就地生物修復(fù)，是指在基本不破壞土壤和地下水自然環(huán)境的條件下，對受污染的環(huán)境對象不作搬運(yùn)或輸送，而在原場所進(jìn)行生物修復(fù)原位工程生物修復(fù)采取工程措施，有目的操作生物過程，加快環(huán)境修復(fù)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，這種稱為生物強(qiáng)化修復(fù)另一種是投加實(shí)驗(yàn)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，又稱生物接種修復(fù)原位自然生物修復(fù)利用環(huán)境中原有的微生物，在自然條件下進(jìn)行自然修復(fù)

第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六異位生物修復(fù)（ex-siteremediation）是指將受污染的環(huán)境對象搬運(yùn)或輸送到其他場所，進(jìn)行集中修復(fù)原位成本低廉但修復(fù)效果差，適合于大面積、低污染負(fù)荷的環(huán)境對象異位修復(fù)效果好但成本高昂，適合于小范圍、高污染負(fù)荷聯(lián)合生物修復(fù)（combinedremediation）

原位異位相結(jié)合，揚(yáng)長避短第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)生物修復(fù)的特點(diǎn)與應(yīng)用生物修復(fù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行，節(jié)省治理費(fèi)用（傳統(tǒng)物理、化學(xué)方法的30-50%）環(huán)境影響小，不會(huì)形成二次污染或?qū)е挛廴镜霓D(zhuǎn)移，永久消除污染物的長期隱患最大限度的降低污染物的濃度，有時(shí)甚至?xí)陀跈z測限在其他技術(shù)難以使用的場地（如建筑物或公路下不能挖掘搬出）可以采用就地生物修復(fù)技術(shù)--獨(dú)到優(yōu)勢可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水，也可以與其他處理技術(shù)結(jié)合使用，處理復(fù)合污染第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六生物修復(fù)的特點(diǎn)局限性耗時(shí)長機(jī)理在于生命體的新陳代謝，完成一定的生命周期需花費(fèi)較長時(shí)間條件苛刻生物修復(fù)是一種科技含量較高的處理方法，易受場地和環(huán)境的影響并非所有進(jìn)入環(huán)境的污染物都能被生物利用專一性強(qiáng)特定的生物只能吸收、利用、降解、轉(zhuǎn)化特定類型的化學(xué)物質(zhì)第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六生物修復(fù)的應(yīng)用前景具有廣闊的市場前景，但必然受到某些條件限制只有與物理、化學(xué)修復(fù)組成統(tǒng)一修復(fù)技術(shù)，才能為真正解決人類目前面臨的最困難的環(huán)境問題—有機(jī)污染物和重金屬污染—提供一種可能某些情況下最經(jīng)濟(jì)的組合是先用生物修復(fù)將污染物處理到較低水平，再采用物理、化學(xué)方法處理殘余污染物第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)生物修復(fù)的原則及可處理性試驗(yàn)生物修復(fù)的三原則適合的生物指具有正常生理和代謝能力，并能降解或轉(zhuǎn)化污染物的生物體系，包括微生物、植物、動(dòng)物等是生物修復(fù)的先決條件適合的場所指要有污染物和合適的生物相接觸的地點(diǎn)適合的環(huán)境指要控制或改變環(huán)境條件，使生物的代謝與生長活動(dòng)處于最佳狀態(tài)包括溫度、pH，無機(jī)養(yǎng)分、電子受體等第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六可處理性試驗(yàn)可處理性試驗(yàn)?zāi)康沫h(huán)境中的污染物一般是混合性化合物，在某一現(xiàn)場起作用的生物修復(fù)技術(shù)在另一現(xiàn)場并不一定有效對每個(gè)現(xiàn)場都需要進(jìn)行可處理性試驗(yàn)研究，提供污染物在生物修復(fù)過程中的行為和歸宿的數(shù)據(jù)，用以評估生物修復(fù)技術(shù)的可行性和局限性，規(guī)劃保持生物修復(fù)系統(tǒng)中生物活性最大的策略根據(jù)可處理性試驗(yàn)得到的凈化時(shí)間、凈化所能達(dá)到的水平以及處理費(fèi)用等，結(jié)合具體受污染現(xiàn)場的處理要求，就能決定生物修復(fù)技術(shù)是否能夠在該地應(yīng)用第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六可處理性試驗(yàn)結(jié)果：為實(shí)際工程回答幾個(gè)問題污染物進(jìn)一步擴(kuò)散的可能性以及防治措施提高生物活性的技術(shù)手段評價(jià)生物修復(fù)效果所需的檢測手段規(guī)模：實(shí)驗(yàn)室小試、中試和現(xiàn)場試驗(yàn)監(jiān)測：污染物的降解過程和最終產(chǎn)物的毒性化學(xué)分析（液相色譜、氣相色譜、原子吸收等）生物監(jiān)測（Ames試驗(yàn)檢測遺傳毒性，發(fā)光菌毒性試驗(yàn)）污染物半衰期：濃度變化表述污染物降解程度第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六可處理性試驗(yàn)設(shè)定非生物因素對照測定物理和化學(xué)過程引起的污染物的減少，從而能夠真實(shí)的評價(jià)生物修復(fù)技術(shù)對污染物消減的貢獻(xiàn)物料衡算和礦化計(jì)算物料衡算：測定目標(biāo)污染物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物礦化計(jì)算：測定二氧化碳（或甲烷）或氯、溴基團(tuán)的釋放方法土壤滅菌試驗(yàn)土壤柱試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)和反應(yīng)器試驗(yàn)第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)場地信息收集污染物的種類和化學(xué)性質(zhì)，在土壤中的分布和濃度，受污染的時(shí)間當(dāng)?shù)卣Ｇ闆r下和受污染后的微生物的種類，數(shù)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物修復(fù)的微生物種群土壤特性，如溫度、孔隙度、滲透率等受污染現(xiàn)場的地理、水力地質(zhì)和氣象條件以及空間因素有關(guān)的管理法規(guī)第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六工程設(shè)計(jì)技術(shù)查詢向有關(guān)單位咨詢是否在相似情況下進(jìn)行過生物修復(fù)處理，以便采用或移植他人經(jīng)驗(yàn)技術(shù)路線選擇根據(jù)場地信息，對各種生物修復(fù)技術(shù)以及它們可能的組合進(jìn)行客觀評價(jià)，確定最佳技術(shù)路線可處理性試驗(yàn)設(shè)計(jì)小試或中試，提供基本工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場都可以進(jìn)行，選擇先進(jìn)的取樣方法和分析手段，中試注意規(guī)模問題第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六工程設(shè)計(jì)修復(fù)效果評價(jià)技術(shù)評價(jià)原生污染物去除率=[(原有濃度-現(xiàn)存濃度)/原有濃度]*100%次生污染物增加率=[(現(xiàn)存濃度-原有濃度)/原有濃度]*100%污染物毒性增加率=[(原有毒性水平-現(xiàn)有毒性水平)/原有毒性水平]*100%經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)包括修復(fù)的一次性基建投資與服役期的運(yùn)行成本實(shí)驗(yàn)工程設(shè)計(jì)如果可處理性試驗(yàn)表明生物修復(fù)技術(shù)可行，開始具體設(shè)計(jì)包括處理設(shè)備、井位井深、營養(yǎng)物和氧源或其他電子受體等第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第二章生物修復(fù)的機(jī)理微生物對有機(jī)污染物的修復(fù)1微生物對重金屬污染物的修復(fù)2植物對有機(jī)污染物的修復(fù)3植物對重金屬污染物的修復(fù)4水生生物對富營養(yǎng)化物的修復(fù)5第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)微生物對有機(jī)污染物的修復(fù)有機(jī)污染物進(jìn)入微生物細(xì)胞的過程微生物降解有機(jī)污染物的作用方式通過微生物分泌的胞外酶降解污染物被微生物吸收到細(xì)胞內(nèi)后，由胞內(nèi)酶降解微生物從胞外環(huán)境吸收攝取物質(zhì)的四種方式主動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散基團(tuán)轉(zhuǎn)位胞飲作用第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）微生物所需各種營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)的主要方式特點(diǎn)需要消耗能量可以逆物質(zhì)濃度梯度進(jìn)行需要載體蛋白的參與，對被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專一性第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六被運(yùn)輸物質(zhì)與相應(yīng)載體蛋白之間存在親和力，膜外親和力大于膜內(nèi)，這樣通過親和力大小的改變使他們直接發(fā)生可逆的結(jié)合和分離，從而完成物質(zhì)的運(yùn)輸。載體蛋白的構(gòu)型變化需要能量，如好氧微生物來自呼吸，厭氧微生物來自化學(xué)能ATP，光合微生物來自光能主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六被動(dòng)擴(kuò)散（passivetransport）最為簡單的一種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的營養(yǎng)物質(zhì)分子通過細(xì)胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外向低濃度的胞內(nèi)擴(kuò)散特點(diǎn)：擴(kuò)散是非特異性的，物質(zhì)在擴(kuò)散運(yùn)輸過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的分子結(jié)構(gòu)也無變化不消耗能量，不能逆濃度第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六被動(dòng)擴(kuò)散擴(kuò)散速度取決于細(xì)胞膜兩邊該物質(zhì)的濃度差，濃度差大則速度大，反之則小細(xì)胞膜的存在是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)那疤釘U(kuò)散不是微生物吸收物質(zhì)的主要方式，主要是水、某些氣體、甘油和某些離子等有機(jī)物低于12個(gè)碳原子的分子一般可以通過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六促進(jìn)擴(kuò)散（accelerativediffusion）特點(diǎn)：不消耗能量，物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上不會(huì)發(fā)生變化不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸運(yùn)輸速率比自由擴(kuò)散速度高，在一定限度內(nèi)同物質(zhì)濃度成正比需要借助載體蛋白，具有高度的立體結(jié)構(gòu)專一性多見于真核微生物中，運(yùn)輸物質(zhì)一般是非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)，如氨基酸、糖等第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六基團(tuán)轉(zhuǎn)位（functionalgroupstransference）另一種類型的主動(dòng)運(yùn)輸有一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)來完成物質(zhì)的運(yùn)輸，而物質(zhì)在運(yùn)輸過程中發(fā)生化學(xué)變化主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)菌中，用于糖的運(yùn)輸好氧型細(xì)菌及真核生物中未發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)輸方式，也未發(fā)現(xiàn)氨基酸通過這種方式進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六胞飲作用（pinocytosis）也叫內(nèi)吞作用，是指物質(zhì)吸附在質(zhì)膜上，然后通過膜的內(nèi)折而轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)的攫取物質(zhì)及液體的過程植物細(xì)胞吸收水分、礦質(zhì)元素和其他物質(zhì)的方式之一特點(diǎn)：非選擇性吸收，它在吸收水分的同時(shí)，把水分中的物質(zhì)一起吸收進(jìn)來，如各種鹽類和大分子物質(zhì)甚至病毒

第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六過程當(dāng)物質(zhì)吸附在質(zhì)膜時(shí)，質(zhì)膜內(nèi)陷，液體和物質(zhì)便進(jìn)入，然后質(zhì)膜內(nèi)折，逐漸包圍著液體和物質(zhì)，形成小囊泡，并向細(xì)胞內(nèi)部移動(dòng)囊泡把物質(zhì)轉(zhuǎn)移給細(xì)胞的方式有兩種囊泡本身在細(xì)胞內(nèi)溶解消失，把物質(zhì)留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)囊泡一直向內(nèi)移動(dòng)，到液泡膜后將物質(zhì)交給液泡胞飲作用必須在有些物質(zhì)的誘導(dǎo)下才能發(fā)生，如蛋白質(zhì)、氨基酸和鹽類等就能發(fā)生胞飲作用胞飲作用第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六微生物降解有機(jī)污染物的基本反應(yīng)類型氧化作用包括醇的氧化（-CH2OH→-COOH）、醛的氧化、甲基的氧化等還原作用如乙烯基、醇的還原，雙鍵、三鍵還原作用基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用水解作用酯化作用縮合反應(yīng)氨化作用乙?；饔秒p鍵斷裂反應(yīng)鹵原子移動(dòng)等第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)微生物對重金屬污染物的修復(fù)

微生物對重金屬離子的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化對微生物而言是一種解毒作用，對環(huán)境則是一種修復(fù)作用Hg、Pb、Sn、As、Se等金屬或類金屬離子都能在微生物作用下失去毒性甲基化作用還原作用氧化作用第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六甲基化作用Hg、Cd、Pb、As等離子能在微生物的作用下發(fā)生甲基化反應(yīng)甲基傳遞體——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(zhì)→甲基供體在ATP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(jié)合而生成甲基汞、甲基砷等假單胞菌屬

第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六還原作用將高價(jià)金屬離子還原成低價(jià)態(tài)，有機(jī)態(tài)金屬還原成單質(zhì)有些金屬在這個(gè)過程中毒性減小或消失，如有機(jī)汞還原成單質(zhì)汞，大腸桿菌還原Cr(VI)→Cr(III)

CH3Hg++2H→Hg+CH4+H+氧化作用有些金屬離子高價(jià)態(tài)毒性小Mn4+和Sn4+→Mn2+和Sn3+（毒性較?。┑?3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六微生物對重金屬離子的吸收與吸附微生物吸附與微生物累積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(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸過程微生物吸附能力與其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、成分密切相關(guān)；可以將細(xì)胞殺死后，經(jīng)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(yùn)輸和實(shí)際應(yīng)用微生物累積主要利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生的能量，通過單價(jià)或二價(jià)離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把重金屬離子輸送到細(xì)胞內(nèi)部效果較好，但實(shí)際應(yīng)用中受限較多（中毒死亡，環(huán)境因素）第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六微生物吸附重金屬機(jī)理研究多處于實(shí)驗(yàn)室階段，集中在細(xì)胞壁的研究微生物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特征細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)（如多孔結(jié)構(gòu)），很大程度上決定著對重金屬的吸附細(xì)菌的細(xì)胞壁：共價(jià)結(jié)合了某些分子的肽聚糖構(gòu)成真菌細(xì)胞壁：各種多糖構(gòu)成，多層、微纖維化的結(jié)構(gòu)海藻細(xì)胞壁：類似于真菌，由多層的微纖維素骨架構(gòu)成，主要成分是纖維素，并夾雜些無定性物質(zhì)機(jī)理靜電吸附共價(jià)吸附離子交換絡(luò)合螯合無機(jī)微沉淀（重金屬離子在細(xì)胞壁上形成無機(jī)沉淀物的過程）第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)植物對有機(jī)污染物的修復(fù)植物對有機(jī)污染物的吸收植物對氣態(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位（光化學(xué)煙霧）植物對水溶態(tài)污染物的吸收主要器官是根，到達(dá)植物根表面的有兩條途徑質(zhì)體流途徑，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時(shí)與水一起到達(dá)根部擴(kuò)散途徑，即通過擴(kuò)散到達(dá)根表面葉片吸收農(nóng)藥：氣孔吸收和角質(zhì)層吸收第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六植物對有機(jī)污染物的修復(fù)機(jī)理直接吸收并在植物組織中積累非植物毒性的代謝物通過木質(zhì)化作用在新的植物結(jié)構(gòu)中貯藏污染物及其殘片，使其代謝或礦化為水和CO2，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(guān)釋放促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)的酶一般與植物酶有關(guān)的有機(jī)物降解非?？欤够瘜W(xué)污染物從土壤中的解吸和質(zhì)量轉(zhuǎn)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)揮分解作用游離的酶作用較小，需被保護(hù)在植物體內(nèi)更好的發(fā)揮作用強(qiáng)化根際的礦化作用根際環(huán)境第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六幾類典型有機(jī)污染物的植物修復(fù)解毒作用（antidotaleffect）外來有毒物質(zhì)通過機(jī)體內(nèi)酶促反應(yīng)，可以轉(zhuǎn)化成低毒或無毒物質(zhì)，或轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)而利于排出體外，生物的這種防御機(jī)能稱為解毒作用植物對農(nóng)藥的分解轉(zhuǎn)化作用（耐藥性植物）氧化作用：普遍，是導(dǎo)致農(nóng)藥毒性降低的主要反應(yīng)，如芳香族羥基化作用、烴基氧化作用等還原作用、水解作用（除草劑水解成游離酸）植物對其他有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用石油、洗滌劑、塑料及其他印染造紙帶來的有毒物質(zhì)藻類和高等植物（鳳眼蓮）第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)植物對重金屬污染物的修復(fù)植物修復(fù)（phytoremediation）的概念利用自然生長植物或者遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染環(huán)境的技術(shù)總稱植物修復(fù)的機(jī)理（分為植物穩(wěn)定、植物吸收和植物揮發(fā)）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，以降低其生物有效性和防止其進(jìn)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功能：保護(hù)污染土壤不受侵蝕，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(qiáng)對污染物的固定研究方向：促進(jìn)植物發(fā)育使根系發(fā)達(dá)第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六植物修復(fù)的機(jī)理植物吸收（phytoextraction）定義：利用專性植物根系吸收一種