重金屬還原細(xì)菌和重金屬相互作用的分子機(jī)制

1、主要內(nèi)容:林璋教授的報(bào)告分為工作理念、研究背景、工作舉例、總結(jié)展望 四個(gè)方面，其科研團(tuán)隊(duì)追求從原理認(rèn)識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的全流程貫通，從 2015年開(kāi)始對(duì)銘好氧菌進(jìn)行還原/固定銘微觀機(jī)制的探索，在抗銘機(jī) 理、還原機(jī)理、固定機(jī)理、礦化機(jī)理等方面開(kāi)展了以下工作：1、將 表界面調(diào)控納米晶“聚集生長(zhǎng)”原理用于環(huán)境細(xì)顆粒型重金屬固廢難 題的解決；2、發(fā)展了一系列納米晶晶相及界面狀態(tài)調(diào)制治理低濃度 污染的策略；3、探索了微生物礦化固定銘、鈾重金屬的多態(tài)性及成 礦動(dòng)力學(xué)，并揭示其環(huán)境意義。心得體會(huì)：近年來(lái)，我國(guó)水體中的重金屬含量呈逐年上升趨勢(shì)，已經(jīng)嚴(yán)重威 脅到人們的健康。生物修復(fù)技術(shù)是一種可有效地解決重金屬污染的治

2、 理方法,能夠降低因重金屬超標(biāo)而引發(fā)的各種疾病及一系列環(huán)境問(wèn) 題。因?yàn)樾Ч@著，但成本低廉，所有越來(lái)越受到人們的重視。生物 修復(fù)也是土壤重金屬污染整治的重要手段之一，是目前世界范圍內(nèi)的 研究熱點(diǎn)，也是目前少見(jiàn)的土壤污染治理的環(huán)境技術(shù)。重金屬的生物修復(fù)具有投資少、效率高、不給環(huán)境造成二次污染 的特點(diǎn)，充分利用自然界中的微生物與植物的協(xié)同凈化作用，并輔之 以物理或化學(xué)方法，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，強(qiáng)化生物過(guò)程的解毒效力， 是凈化重金屬污染的有效途徑。然而成功的生物修復(fù)需要多學(xué)科的共 同合作，特別是對(duì)生物技術(shù)方法與微生物學(xué)原理的深刻理解將有助于 這一技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和有效、更廣泛的應(yīng)用?？偟膩?lái)說(shuō)，重金屬污

3、 染生物修復(fù)技術(shù)將具有非?？捎^的發(fā)展前景。人們利用培育的生物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命，對(duì)水中污染 物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到恢復(fù)。人們利用微生 物處理污水、廢水已有將近百年歷史，微生物修復(fù)技術(shù)是在以人為的 條件為前提下，利用自然環(huán)境中生存繁衍的微生物或人為投加的特效 微生物的生命代謝活動(dòng)，來(lái)分解污染物，修復(fù)受污染的環(huán)境。微生物對(duì)土壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在生物吸附和生物 轉(zhuǎn)化兩個(gè)方面。在土壤環(huán)境中，微生物能夠利用有效的營(yíng)養(yǎng)和能源， 在土壤濾瀝過(guò)程中通過(guò)分泌有機(jī)酸絡(luò)合并溶解重金屬。14微生物對(duì) 重金屬的溶解主要是通過(guò)各種代謝活動(dòng)直接或間接地進(jìn)行的。土壤微 生物的代謝作用能產(chǎn)

4、生多種低分子量的有機(jī)酸，如甲酸、乙酸、丁酸 等?；谏锘瘜W(xué)原則，微生物可對(duì)重金屬進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化和氧化還原， 土壤中的一些重金屬元素可以多種價(jià)態(tài)存在，它們呈高價(jià)離子化合物 存在時(shí)溶解度通常較小，不易遷徙，而以低價(jià)離子形態(tài)存在時(shí)溶解度 大，易遷徙。林璋教授主要研究宗旨是：環(huán)境納米材料和資源利用。生物成礦 與重金屬污染的兩個(gè)流程：1、重金屬礦物經(jīng)過(guò)自然風(fēng)化形成重金屬 低溶度溶解，再通過(guò)微生物自然修復(fù)生物成礦；2、重金屬礦物通過(guò) 人類(lèi)工業(yè)化活動(dòng)，重金屬濃度急劇增加，再通過(guò)微生物加快應(yīng)激修復(fù) 生物成礦；生物成礦最后經(jīng)過(guò)造山等地質(zhì)過(guò)程回到重金屬礦物的循環(huán) 過(guò)程。傳統(tǒng)的微生物固定重金屬研究的關(guān)注點(diǎn)：吸附劑、

5、還原劑、沉 淀劑。但是重金屬進(jìn)入細(xì)胞表面及內(nèi)部的狀態(tài)不得而知和重金屬后續(xù) 的遷移性不得而知。微生物的臨時(shí)性鈍化和永久性穩(wěn)定嚴(yán)重制約了在 實(shí)際環(huán)境中的長(zhǎng)周期使用。講座從利用微生物降低重金屬的毒性、微生物展示技術(shù)用于土壤 重金屬污染的治理、生物表面活性劑去除土壤重金屬、植物根際宜生 茵對(duì)重金屬的修復(fù)等方面對(duì)土壤重金屬污染微生物修復(fù)的研究進(jìn)行 了綜述。通過(guò)講座了解到在生物載體的界面及內(nèi)部的成礦微觀機(jī)制： 1、重金屬離子在生命過(guò)程中的轉(zhuǎn)化機(jī)制；2、重金屬離子的界面固定 機(jī)制；3、晶核形成、物種及其調(diào)控生長(zhǎng)；4、微生物各成分對(duì)吸附及 成礦的貢獻(xiàn)分析。研究體系-銘和鈾過(guò)程中，銘和鈾在礦物中往往是 以低價(jià)的狀態(tài)穩(wěn)定存在，遷移性高、高價(jià)態(tài)的含氧陰離子，易進(jìn)入體 內(nèi)，生物毒性大。工作主要從以下這幾方面入手：1、銘的固定及礦 化困難，還原容易，固定困難，礦化規(guī)律不明；2、生物成因鈾礦遷 移度高，U（IV）并不像之前學(xué)界所相信的那樣容易被固化，生物成因 的瀝青鈾礦的活動(dòng)性被嚴(yán)重低估。對(duì)于研究還有三點(diǎn)可以深入研究： 1.銘的成礦調(diào)控：引入鐵（紅壤）；2.鈾的成礦調(diào)制：普通常見(jiàn)菌+ 電子供體；3.日光響應(yīng)半導(dǎo)體礦物協(xié)同下的重金屬成礦。對(duì)于U污染 的生物成礦治理的研究發(fā)現(xiàn)U（VI）在好氧或兼