微生物治理重金屬污染

微生物治理重金屬污染第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六本組成員名單指導老師：樸哲組長：徐康成員：夏斯琦、徐康、徐夢蝶、許晨輝課程：環(huán)境微生物學第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六課題的研究背景研究目標與內(nèi)容預期研究成果主要研究方法分工及時間安排結論研究結果的分析第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六什么是重金屬？化學上常把密度大于4.5g/cm3,主要有金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鉻、汞、鎘等大約45種。其中對人體毒害最大的有5種：鉛、汞、鉻、砷、鎘。這些重金屬在水中不能被分解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結合生成毒性更大的有機物。第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六常見的重金屬污染1

汞污染2

鎘污染3

鉻污染鉛污染砷污染第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六水俁病事件甲基汞中毒1953年--1968年，發(fā)生在日本熊本縣的水俁鎮(zhèn)。水俁鎮(zhèn)一家氮肥公司在生產(chǎn)氯乙稀和醋酸乙稀時，采取了低成本的汞催化劑工藝，排放到海灣中的廢水含有重金屬汞，然后汞經(jīng)過生物化學反應轉變成甲基汞，通過食物鏈富集在魚蝦和貝類體中，人或動物長期食用后就會中毒。

1950年，人們開始發(fā)現(xiàn)一些奇怪的貓，步態(tài)不穩(wěn)，抽筋麻痹，最后跳入水中溺死，當?shù)厝朔Q之為“自殺貓”，“貓?zhí)！薄?953年，該鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的病人，開始時口齒不清，步態(tài)不穩(wěn)，面部癡吳，進而耳聾眼瞎，全身麻木，最后神經(jīng)失常，身體彎弓慘叫而死。人們將這種病稱為“水俁病”。1991年，日本環(huán)境廳公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。

第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六水俁事件第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六骨痛病事件（富山事件）1955年--1972年，發(fā)生在日本的富山市。日本三井金屬公司排出的含鎘廢水流入神通川河，重金屬“鎘”逐漸在河流中積累。神通川河岸的老百姓人長期飲用含鎘河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，重金屬“鎘”就富集在人體中，危害人體健康。

日本富山縣的鉛鋅礦在采礦和冶煉中排放廢水，廢水在河流中積累了重金屬"鎘"。人長期飲用這樣的河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，就會得"痛痛病"。病人骨骼嚴重畸形、劇痛，身長縮短，骨脆易折。患者初發(fā)病時，腰、手、腳疼痛，以后疼通逐漸加劇，漸漸變成全身骨痛，行動困難，出現(xiàn)骨萎縮，骨彎曲，骨軟化等癥狀，進而發(fā)生自然骨折。病人日夜臥床，不斷喊痛，最后在疼痛中死運去，這就是世界著名的骨痛病。經(jīng)患者尸體解剖，有的患者全身骨折達72處，身長也縮短了30厘米。在此事件中，就診患者258人，其中死亡者207人。第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六毒膠囊事件

河北一些企業(yè)，用生石灰處理皮革廢料，熬制成工業(yè)明膠，賣給紹興新昌一些企業(yè)制成藥用膠囊，最終流入藥品企業(yè)，進入患者腹中。由于皮革在工業(yè)加工時，要使用含鉻的鞣制劑，因此這樣制成的膠囊，往往重金屬鉻超標。經(jīng)檢測，修正藥業(yè)等9家藥廠13個批次藥品，所用膠囊重金屬鉻含量超標。重金屬鉻超標最多達90倍

想吃果凍了，舔下皮鞋，想喝老酸奶了，舔下皮鞋，感冒要吃藥了，還是舔下皮鞋！上得了廳堂，下得了廚房，爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸奶，壓得成膠囊，2012，皮鞋很忙！第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六

化妝品

主要重金屬：汞、鉛、鉍，來自美白類化妝品及顏色亮麗的唇膏。主要危害：含有汞的美白類化妝品會引起接觸性皮炎、紅斑丘疹、水皰，愈后面部色素加深。含鉛化妝品易引起粉刺、紅斑、脫皮、過敏性皮炎、皮膚癌、毀容等。唇膏中的鉍長期被誤食入體內(nèi)會對肝、腎造成傷害。

美白類化妝品中普遍含有汞和鉛，汞能減少皮膚的黑色素生成。鉛也有美白效果，可使皮膚明顯光滑、白細，黑斑和粉刺也迅速消退。唇膏中往往含有鉍，鉍能增加唇膏的光澤。第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六理解重金屬的定義了解各種重金屬的危害與來源通過查詢資料、組間成員的相互討論等方式掌握微生物對重金屬污染治理的應用技術第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六汞（Hg）污染來源：主要來源于儀表廠、食鹽電解、貴金屬冶煉、化妝品、照明用燈、齒科材料、燃煤、水生生物等。危害：血液中的金屬汞進入腦組織后，逐漸在腦組織中積累，達到一定的量時就會對腦組織造成損害，另外一部分汞離子轉移到腎臟。進入水體的無機汞離子可轉變?yōu)槎拘愿蟮挠袡C汞，由食物鏈進入人體，引起全身中毒作用；如果急性汞中毒，會誘發(fā)肝炎和血尿。易受害的人群有女性，尤其是準媽媽、嗜好海鮮人士；天然水中含汞極少，一般不超過0.1μg/L。正常人血液中的汞小于5-10微克/升，尿液中的汞濃度小于20微克/升第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六鎘（Cd）污染危害：鎘不是人體的必要元素。鎘的毒性很大，可在人體內(nèi)積蓄，主要積蓄在腎臟，引起泌尿系統(tǒng)的功能變化；鎘能夠取代骨中鈣，使骨骼嚴重軟化，骨頭寸斷，會引起胃臟功能失調(diào)，干擾人體和生物體內(nèi)鋅的酶系統(tǒng)，導致高血壓癥上升。鎘會對呼吸道產(chǎn)生刺激，長期暴露會造成嗅覺喪失癥、牙齦黃斑或漸成黃圈，鎘化合物不易被腸道吸收，但可經(jīng)呼吸被體內(nèi)吸收，積存于肝或腎臟造成危害，尤以對腎臟損害最為明顯。還可導致骨質(zhì)疏松和軟化

來源：鎘主要來源采礦、冶煉、燃料、電池和化學工業(yè)等排放的廢水；廢舊電池中鎘含量較高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，在奶制品和谷物中也有少量存在。第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六易感人群主要是礦業(yè)工作者、免疫力低下人群。水中含鎘0.1mg/L時，可輕度抑制地面水的自凈作用，用含鎘0.04Mg/L的水進行灌溉時，土壤和稻米受到明顯污染，農(nóng)灌水中含鎘0.007mg/L時，即可造成污染。正常人血液中的鎘濃度小于5微克/升，尿中小于1微克/升。如果長期攝入微量鎘容易引起骨痛病。第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六鉻（Cr）污染主要來源于劣質(zhì)化妝品原料、皮革制劑、金屬部件鍍鉻部分，工業(yè)顏料以及鞣革、橡膠和陶瓷原料等；如誤食飲用，可致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀，引起過敏性皮炎或濕疹，呼吸進入，對呼吸道有刺激和腐蝕作用，引起咽炎、支氣管炎等。水污染嚴重地區(qū)居民，經(jīng)常接觸或過量攝入者，易得鼻炎、結核病、腹瀉、支氣管炎、皮炎等。第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六鉛污染

主要來源于各種油漆、涂料、蓄電池、冶煉、五金、機械、電鍍、化妝品、染發(fā)劑、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來水管等。它是通過皮膚、消化道、呼吸道進入體內(nèi)與多種器官親和，主要毒性效應是貧血癥、神經(jīng)機能失調(diào)和腎損傷，易受害的人群有兒童、老人、免疫低下人群。鉛對水生生物的安全濃度為0.16mg/L，用含鉛0.1～4.4mg/L的水灌溉水稻和小麥時，作物中鉛含量明顯增加。人體內(nèi)正常的鉛含量應該在0.1毫克/升，如果含量超標，容易引起貧血，損害神經(jīng)系統(tǒng)。而幼兒大腦受鉛的損害要比成人敏感得多。第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六砷污染

砷是人體的非必需元素，元素砷的毒性極低，而砷的化合物均有劇毒，三價砷化合物比其它砷化合物毒性更強。砷主要通過呼吸道、消化道和皮膚接觸進入體內(nèi)。無機砷在肝臟經(jīng)甲基化后主要代謝為二甲胂酸，經(jīng)腎臟排出體外。當砷的攝入量超過排泄量時，就會在肺、腎、脾、骨骼等部位，特別是毛發(fā)、指甲中蓄積。三價砷在體內(nèi)的蓄積性和毒性均較五價砷大。第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六定義：重金屬污染指由重金屬及其化合物造成的環(huán)境污染，主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等污染物造成的污染。重金屬污染

——Heavy-metalcontamination

第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六

特征：重金屬污染的最根本特征是不能被降解而消除，在自然界凈化循環(huán)中，只能從一種形態(tài)轉化為另一種形態(tài)，從甲地遷移到乙地，由高濃度變成低濃度。同時，重金屬污染易通過食物鏈而富集，從而對人類健康產(chǎn)生重要影響。目前，重金屬污染防治已成為當今環(huán)境研究熱點之一。第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六微生物對重金屬的抗性機制生物吸附胞外沉淀胞內(nèi)隔絕主動運輸生物轉化第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六重金屬降解微生物的應用技術

—微生物修復技術1.微生物淋濾技術2.微生物表面展示技術3.細菌表面展示技術4.酵母表面展示技術5.噬菌體表面展示技術6.植物菌根修復技術7.異位修復技術8.原位修復技術第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六1.微生物淋濾技術利用微生物的直接轉化作用或其代謝產(chǎn)物的間接轉化作用，產(chǎn)生氧化、還原、絡合、吸附或溶解作用，將固相中某些不溶性成分(如重金屬、硫及其它金屬)分離浸提出來的一種技術。用于難浸提礦石或貧礦中金屬的溶出與回收，又稱微生物濕法冶金。一些嗜酸細菌被廣泛用于銅、金等金屬的浸提。如在氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌作用下，污泥中難溶性金屬硫化物被氧化成金屬硫酸鹽而溶出，通過固液分離即可達到取出或提取重金屬的目的。第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六2.微生物表面展示技術表面展示技術:利用基因工程手段，將外源目的基因克隆到特定的表達載體中，使其表達產(chǎn)物（重金屬結合肽）與外膜蛋白或噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式呈現(xiàn)在細胞表面或噬菌體表面。融合蛋白賦予微生物對重金屬的親和力，或增強其原本的親和能力。如：通過多肽上的組氨酸和半胱氨酸等氨基酸殘基，實現(xiàn)對重金屬的親和吸附。PS:重金屬結合多肽可以是從抗性菌株中獲得的天然多肽，也可以是人工改造的更高效的合成多肽。第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六3.細菌表面展示技術目前,已經(jīng)開發(fā)出幾個以外膜蛋白、纖毛和鞭毛為基礎的細菌展示系統(tǒng),纖毛與其他載體分子相比有某些優(yōu)點,它大量呈現(xiàn)在細菌表面,與環(huán)境持續(xù)接觸。構建重復多肽，如六聚組氨酸多肽、162個氨基酸的多聚組氨酸等，可以通過細菌表面展示用于重金屬降解修復?？梢蕴岣呖剐跃N對某一重金屬的結合能力，而且往往成倍提高。第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六4.酵母表面展示技術作為生物吸附劑的表面工程酵母菌,其特性依賴于展示蛋白結合金屬離子的能力,細胞表面對重金屬離子的吸附在細胞對金屬離子毒性的抗性能力方面起主要作用。第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六5.噬菌體表面展示技術

將外源DNA片段插入噬菌體編碼蛋白的基因PⅢ或PⅥ中，使外源DNA片段對應的表達產(chǎn)物融合在噬菌體的外殼蛋白中形成融合蛋白，呈現(xiàn)在噬菌體表面。該技術將蛋白質(zhì)分子的表型和基因型巧妙地結合于噬菌體這樣一個便于對其進行一系列生化和遺傳操作的載體上，從而大大簡化了蛋白質(zhì)分子表達文庫的篩選和鑒