环境中生物氧化锰的形成机制及其与重金属离子的相互作用

微生物参与形成的锰氧化物是环境中一种高活性的锰氧化物.研究表明,锰氧化菌主要通过分泌多铜氧化酶来氧化Mn(Ⅱ)而形成锰氧化物.微生物形成锰氧化物过程的主要初级产物是与δ-MnO₂或与酸性钠水锰矿类似的层状锰酸盐.生物氧化锰是环境中重要的吸附剂、氧化剂和催化剂.通过吸附、氧化作用,生物氧化锰影响着重金属离子在环境中的迁移转化,在重金属元素生物地球化学循环中起重要作用.研究锰氧化物的生物形成过程、生物氧化锰的结构特征及其与重金属离子之间的相互作用,对于了解生物氧化锰在重金属元素生物地球化学循环过程中的作用以及在重金属污染修复中的应用有着重要意义.本文综述了环境中生物氧化锰的形成机制、性质、结构特点及其吸附、氧化重金属离子的机制.     

植物促生菌在重金属生物修复中的作用机制及应用

重金属污染是导致生态和环境退化的主要因素之一.土壤重金属污染会降低土壤质量、农作物产量和品质,甚至威胁人类健康.因此,优化土壤重金属污染治理措施,对于农业高产优质可持续具有重要意义.诸多国内外学者在重金属污染植物修复方面开展了大量研究,但由于受土壤和气候环境条件的影响,其修复效率受到制约.微生物与植物的协同修复被认为是环境胁迫条件下提高重金属污染修复效率的一种有效手段.耐重金属的植物促生细菌（PGPB）不仅可以促进植物生长,提高对生物胁迫（如病原菌）和非生物胁迫（如干旱、高盐、极端温度和重金属等）的抗性,还可以改变土壤中重金属的生物利用度和毒性,从而提高植物对重金属的修复效率.系统地梳理了耐重金属的PGPB在促进植物生长,增强植物抗逆性和影响重金属生物利用度方面的作用机制,并进一步综述了近年来国内外关于PGPB在生态修复中的应用和研究进展.     

异化铁还原对土壤中重金属形态转化及其有效性影响

铁的微生物还原是以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用.铁呼吸被认为是地球上最古老的微生物代谢形式,与水体、土壤及沉积物中物质循环息息相关.铁的微生物还原对土壤中重金属形态转化有显著影响,对修复重金属及放射性核素污染的场地有着重要意义.本文综合评述了近年来铁微生物还原研究进展,从生态安全和可持续发展角度,探讨了异化铁还原对重金属的形态改变及重金属污染土壤修复的潜在价值,并对其应用前景进行客观分析.异化铁还原对重金属形态转化的影响机制,可初步归纳为异化铁还原对重金属的氧化还原作用、对重金属的甲基化作用、对重金属的固定作用,其作用机制包含生物过程和化学作用的相互穿插,值得进一步深入研究.     

微生物在重金属污染土壤修复中的作用研究

重金属污染土壤的修复是环境工程领域重要的研究方向,而利用微生物来修复重金属污染土壤具有很大的发展潜力.文中阐述了微生物在重金属污染土壤修复中的重要性并详细讨论了微生物修复的作用机理.介绍了生物表面活性剂及其生产菌株与化学表面活性剂相比所具有的优点及在修复污染土壤中的作用.总结了植物-微生物联合修复的特点并分析了植物与微生物之间的协同作用机理.为微生物应用于重金属污染土壤的修复提供理论基础与数据参考并对未来研究方向做了展望.     

金属矿山土壤重金属污染生物修复研究进展

金属矿区及周边土壤重金属污染已成为严重的环境问题之一。重金属污染使土壤质量下降,生态系统退化,同时污染农作物,威胁到人类的健康。目前,修复重金属污染土壤的方法很多,包括物理、化学、生物等方法。其中生物修复法近年来得到了特别的重视,并取得了显著进展。文章全面介绍了目前各种生物修复技术:植物修复、微生物修复以及微生物-植物联合修复,包括修复原理、进展、优缺点等。矿山固体废物和酸性废水导致矿区土壤中富集大量重金属,结合目前生物修复技术及其应用,对金属矿山重金属污染土壤的整体修复提出设想,并进一步指出发展方向:将基因工程引入植物的重金属修复;构建菌根-植物-微生物修复体系,促进土壤重金属污染的生物修复。     

生物炭对土壤有效态重金属的作用机制进展

为了深入探究生物炭对土壤有效态重金属变化的影响,研究重点从生物炭的直接和间接作用两个方面对重金属有效态的影响机制进行了归纳概述。直接作用是指生物炭利用自身较大比表面积、疏松孔隙、丰富官能团和矿物质来吸附固定重金属,进而影响重金属形态转化的过程,包括物理吸附、静电吸引、官能团络合、离子交换、阳离子-π、化学沉淀等多种机理;间接作用是指生物炭通过改变土壤理化性质或者微生物群落多样性来影响有效态重金属含量变化的过程,以化学和微生物机制为主。最后提出结论与展望,以期为土壤重金属污染生物炭修复技术的潜在应用提供理论基础。     

铬污染土壤的微生物修复技术研究进展

在总结国内外相关研究基础上,介绍了土壤环境中铬（Cr）的污染来源、现状及其对生物的危害,阐述了Cr在土壤中的存在形态和转化机理,并重点综述了土壤重金属Cr（VI）污染的微生物修复机理：土壤中的Cr可以在微生物还原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生物可利用性和毒性,从而达到Cr污染土壤修复的目的.此外,针对微生物修复过程中存在的问题,提出了提高微生物修复Cr污染土壤效果的措施,并对土壤Cr污染微生物修复的发展趋势进行了展望.     

环境pH对微生物生物膜吸附重金属的影响研究进展

重金属污染以其强毒性、富集性和持久性成为全球性的环境难题。在现有的重金属污染治理技术中,基于微生物生物膜的修复技术因其高效、低成本、可持续等优势,在预防、控制和修复重金属污染等方面被广泛应用,成为了新兴研究热点技术。为了进一步揭示微生物生物膜与重金属之间的内在关系。本文通过对最近二十年微生物生物膜吸附重金属等方面的文献进行系统整理和总结,详细阐述了微生物生物膜吸附重金属的吸附机理、吸附数学模型和pH对微生物生物膜的影响,特别对影响该技术的重要参数pH进行了系统阐述并总结了pH影响微生物生物膜修复技术的原理及规律,以期为未来研发和改进微生物生物膜去除重金属污染的生产应用工艺提出科学性的指导意见与建议。     

环境修复中锰氧化物与变价重金属交互作用的研究进展

氧化-还原过程是影响重金属环境行为的重要过程.锰氧化物作为重要的天然氧化剂,通过对变价重金属的氧化还原和吸附作用,影响着其在环境中的形态、生物有效性乃至归趋,具有很高的环境修复潜力和应用价值.近年来对锰氧化物和变价重金属元素的研究主要集中在以下几个方面:生物氧化锰的形成与多铜氧化酶体系的关系;锰氧化物与变价重金属的交互作用的机制及其影响因素,尤其锰氧化物的空间结构和作用位点的影响.目前,锰氧化物在环境修复中的应用主要集中在水环境修复方面,土壤体系及土壤微界面还很鲜见.同时土壤体系中影响锰氧化物与重金属交互作用的因素更多,其过程也更为复杂.本文通过总结锰氧化物与变价重金属交互作用的研究进展,对比不同重金属种类之间反应机制的差别,为更好的理解锰氧化物的环境作用提供基础,也期望能够进一步拓展其在污染环境的修复中的应用范围.     

石油和重金属污染土壤的微生物修复研究进展

土壤石油和重金属污染严重,需要合适的修复技术,微生物技术在修复污染土壤方面有广阔的应用前景。文章介绍了石油污染土壤的微生物修复相关技术-生物刺激、生物强化、固定化微生物、微生物-植物联合修复以及电动-微生物联合修复,分析了现有工作的不足,预测了研究趋势;介绍了修复重金属污染土壤的微生物吸附技术及微生物-植物、化学钝化-微生物联用技术,阐述了修复过程对重金属的形态和生物可利用性的影响,指出了现有研究的缺陷和可开展的工作。在此基础上,扼要分析了石油与重金属的交互作用和污染效应,提出了两者复合污染土壤微生物修复技术的研究方向,为微生物修复技术的应用和推广提供了一定的思路。     

Biogeochemical cycling of metals impacting by microbial mobilization and immobilization

Microbial mobilization and immobilization processes can affect the bioavailability and mobility of metals thereby influencing their toxicity and can therefore be utilized to treat solid and liquid wastes contaminated by metals. However, the microbial mobilization and immobilization of metals depends on the microbial metabolism, the environment conditions. In this review, mobilization and immobilization of metals are discussed with regard to the presence and function of involved microorganisms and in relation to applications such as bioleaching. Furthermore, the biosorption process is evaluated as a possible approach for microbial immobilization of metal on the basis of four mechanisms:(1) physical adsorption,(2) ion exchange,(3) complexation, and(4) microprecipitation. In addition, sulfide precipitation by sulfate reducing bacteria was included as an example of an application of microbial immobilization. Based on the evaluation and recommendations in this paper, bioremediation strategies for metals can be improved thus increasing the opportunity for field applications.     

活性污泥工艺对重金属的去除及微生物的抵抗机制

活性污泥工艺通常被用于污水厂的污染物降解和有机物稳定，但同时它还能去除重金属，当重金属的浓度需从10—100mg／L处理到＜1mg／L以下时，其更显得有效和经济。许多重金属可被活性污泥去除，去除率取决于操作条件及其物理，化学和生物的影响因子等。活性污泥细菌产生的胞外多聚糖为聚合物提供了吸附源，并在絮疑沉淀中起重要作用。不同的金属和不同的金属价态在多聚糖上的吸收结合位点不同，导致重金属去除率各不相同。在各种不同规模的活性污泥处理单元中，Fe、Cu、Cr、Pb和Zn有较高的去除率，而Ni、Mn相对较低。金属离子的存在能促使基因产生抗金属毒性的酶，对大多数重金属的抵御属于质粒编码系统，抗重金属的微生物在环境核复中将有诱人的应用前景。     

污染土壤生物联合修复机制研究进展

土壤污染的生物修复方法因具有独特的生态价值被广泛认可. 单一种类生物修复易受复杂环境影响,而利用多种生物进行联合修复则可借助种间关系提高修复效果. 本文通过整理近年来土壤中微生物、植物、动物单独修复和物种间联合修复污染的研究成果,梳理了生物联合修复过程中微生物、植物、动物三类生物的功能,明确了微生物在发挥自身污染修复能力的同时也可以减轻其他物种受到的环境胁迫;植物通过根系构建修复功能区域并与附近其他物种及环境进行物质与能量交换;动物通过自身移动和摄食行为优化土壤和微生物结构的作用机制. 其中,“微生物-植物”联合修复可强化微生物与植物的共生关系、增强微生物去除污染物的能力;“植物-动物”联合修复可通过动物或其排泄物的作用改善土壤环境、促进植物生长,同时通过植物根系改善动物的生存环境;“微生物-动物”联合修复可在动物搬运摄食、消化排泄等过程中强化微生物的生长代谢能力. 目前,“微生物-植物”联合修复是最主要的土壤生物联合修复方法,其修复机制较为明确,今后应进一步加强“微生物-植物-动物”联合修复机制研究,为三者联合修复土壤污染奠定基础.      

Heavy metal availability and impact on activity of soil microorganisms along a Cu/Zn contamination gradient

All the regulations that define a maximum concentration of metals in the receiving soil are based on total soil metal concentration. However, the potential toxicity of a heavy metal in the soil depends on its speciation and availability. We studied the effects of heavy metal speciation and availability on soil microorganism activities along a Cu/Zn contamination gradient. Microbial biomass and enzyme activity of soil contaminated with both Cu and Zn were investigated. The results showed that microbial biomass was negatively affected by the elevated metal levels. The microbial biomass-C （Cmic）/organic C （Corg） ratio was closely correlated to heavy metal stress. There were negative correlations between soil microbial biomass, phosphatase activity and NH4NO3 extractable heavy metals. The soil microorganism activity could be predicted using empirical models with the availability of Cu and Zn. We observed that 72% of the variation in phosphatase activity could be explained by the NH4NO3-extractable and total heavy metal concentration. By considering different monitoring approaches and different viewpoints, this set of methods applied in this study seemed sensitive to site differences and contributed to a better understanding of the effects of heavy metals on the size and activity of microorganisms in soils. The data presented demonstrate the relationship between heavy metals availability and heavy metal toxicity to soil microorganism along a contamination gradient.     

Limitation of spatial distribution of ammonia-oxidizing microorganisms in the Haihe River, China, by heavy metals

The Haihe River is characterized by high ammonia pollution. Therefore, it is necessary to determine how environmental factors, such as heavy metals in the river limit the spatial distribution of ammonia-oxidizing microorganisms. In this study, the relationships between five heavy metals and ammonia-oxidizing microorganisms were studied. The results showed that under high ammonia, low oxygen and high concentrations of suspended particles, ammonia-oxidizing bacteria(AOB) ranged from 101:3 to 104:8 gene copies/mL and ammonia-oxidizing archaea(AOA) ranged from 102:7 to 104:9 gene copies/mL. The average metal concentrations in water were 23.57(Cr), 21.58(Ni), 65.09(Cu), 622.03(Zn) and 10.16(As) μg/L, with those of Zn, Cu and Cr being higher than the US EPA criteria. Scatter plots of microbial abundance and metals indicated that both AOA and AOB were limited by heavy metals, but in different ways. As had an inhibitory effect on AOB, while Ni and Zn promoted AOA, and the other metals investigated showed no significant correlation with microbial abundance. Overall, our results indicated that the effects of heavy metals on ammonia-oxidizing microorganisms in water are complex, and that the final effect is determined by the physiological role of each element in the microorganisms, as well as environmental conditions such as complexation of organic matter, not simply the total metal concentration.     

生物矿化在重金属污染治理领域的研究进展

生物矿化通过生物代谢影响金属及类金属物质的形态分布,进而改变金属及类金属物质的生物有效性及毒性,在环境污染治理领域成为研究热点.文献计量学结果显示,2007—2017年生物矿化研究以微生物为主要对象,在纳米颗粒物和矿区修复等方面形成热点,并在环境学、生物学、化学和工程学等领域形成交叉学科.结合典型矿化菌与重金属间的矿化关联规律和微界面反应对微生物矿化中重金属的钝化机制进行归纳:①依据矿化菌与矿化产物的关联性对矿化菌进行分类,从碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和磷酸盐4类矿化产物角度汇总了碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌的代表微生物;②矿化菌通过诱导矿化的方式固定重金属离子,其中碳酸盐矿化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌可以直接促进金属矿物的形成,铁锰氧化菌生成的矿物间接吸附金属离子;③微生物矿化是由外及内的过程,细胞壁及胞外多聚物具有丰富基团,在矿化初期提供吸附和成核位点,原生质体也可以提供矿化场所,在矿化中后期继续固定游离离子.但是,由于微生物复杂的细胞结构及独特的生理习性,矿化过程的微界面反应机制研究尚显不足,需要利用生物学、矿物学、环境科学等领域的先进技术进一步的探索;同时也应开展宏观生态水平的生物矿化研究,并结合实际问题完善生物矿化在环境污染治理中的理论,为重金属污染地区的治理提供新的思路和技术.      

受污染土壤的微生物修复

污染土壤的微生物修复技术是一项非常有应用前景的环保新技术,它既经济又无二次污染,具有其它修复技术难以比拟的优势。本文介绍了中国土壤中重金属、农药、烃类污染的现状与危害,总结了土壤污染的微生物修复技术的研究现状,重点介绍了能够降解污染物的微生物,并从土壤微生物与污染物质的相互作用入手,较为系统地综合评述了国内外污染土壤的微生物修复原理与技术。同时,结合当前土壤污染的新特点对微生物修复技术进行预测和展望．指出了需要进一步研究的领域。     

根际微生物在污染水体植物修复中的作用

综述了近年来国内外有关水生植物根际微生物在污染水体和湿地修复中的作用研究成果,深入探讨了植物修复的机理。指出水生植物对污染环境的修复主要依赖环境、水生植物和微生物以及三者之间的联合作用,植物和微生物的耦合作用是水生植物应用于水体修复的重要机制。人工湿地对氮的去除主要通过微生物的硝化-反硝化作用途径;根际微生物和植物的联合作用可以改变磷的存在形态,从而加速磷的去除;在有机物和重金属污染环境中,根际微生物通过增强植物对环境的适应性促进污染物的去除。     

海洋环境重金属污染生物修复研究进展

综述了近年来国内外利用海藻、海洋细菌以及海洋植物等不同类型海洋生物资源修复重金属污染的研究进展,对重金属海洋生物修复过程的影响因素和作用机理方面的研究成果进行了分析讨论,并在此基础上指出今后应在高性能海洋细菌筛选、与海洋环境相关影响因素对重金属生物修复过程的影响以及海洋生物对重金属离子富集机制等方面进行深入研究。     

Microbial changes in rhizospheric soils contaminated with petroleum hydrocarbons after bioremediation

Effects of bioremediation on microbial communities jn soils contaminated with petroleum hydrocarbons are a scientific problem to be solved. Changes in dominate microbial species and the total amount of microorganisms including bacteria and fungi in rhizospheric soils after bioremediation were thus evaluated using field bioremediation experiments. The results showed that there were changed dominant microorganisms including ] ] bacterial strains which are mostly Gram positive bacteria and 6 fungal species which were identified. The total amount of microorganisms including bacteria and fungi increased after bioremediation of microbial agents combined with planting maize. On the contrary, fungi in rhizospheric soils were inhibited by adding microbial agents combined with planting soybean.