微生物对环境污染的生物修复作用 摘要：随着化肥、农药、洗涤剂等的普遍应用, 环境中的氮、磷含量增加引起水体富营养化已经成为现代废水处理一项新的研究课题， 本文综述了植物-微生物-土壤动物交互作用在生物联合修复、微生物对水产养殖环境修复作用、环境生物技术在污水除磷脱氮过程中的应用及发展前景. 关键字：环境生物技术；氮磷去除；污水；生物修复

Microbial bioremediation on environmental pollution Name：Han Guang Student ID: 112008320001729 Major: Microbiology of resource and environment college Abstract: Because of universal application of chemical fertilizer , pesticide and detergents, the increasing

content of nitrogen and phosphorus of wastewater which bring about rich nutrition in water has become a matter of interest to many people. The study on nitrogen and phosphorus removal of wastewater has become a new problem. Plant-micro-organisms-the interaction of soil animals in the United biological repair, micro-organisms on the environment for aquaculture repair. Application and prospects of environmental biotechnology in nitrogen and phosphorus removal of wastewater were introduced in this paper . Key words: environmental biotechnology ; nitrogen and phosphorus removal ; wastewater；biological

repair

微生物是生物修复的一支主力军，它不仅能消除水体的油污，其他许多类型的污水也不在话下，并发展出了很多相关处理技术。例如，现在很多污水处理厂的核心部分实际就是一个生物修复反应器—活性污泥或生物膜，它们都是由许多微生物生长在一起形成的，只是前者呈泥状，后者呈膜状。这些微生物分解污物的能力非常强，黑乎乎的工业和生活废水经过它们的作用能大大得到净化。近年来对于令人头疼的湖泊蓝藻和日益频繁的近海赤潮，一些科学家也正尝试用生物修复的方法加以治理，即借助于蓝藻和赤潮生物的致病病毒使其染病死亡，这真是不折不扣的生物战。生物修复还能清除土壤的污染。土壤和水一样都是非常宝贵的资源，但令人遗憾的是，今天它也成为人类对环境破坏的主要受害者之一。通过如污水灌溉、化肥和农药的大量施用等种种渠道，大量污染物进入土壤，土壤品质不断下降，一些污染物经过食物链进入人体危害人的健康。正因如此，一些地方的农民甚至从不吃自己种的菜，尽管这是他们用汗水换来的。对于被农药、石油、苯等有机物污染的土壤，可以像阿拉斯加原油泄漏事件中采取的方法一样，向土壤中加入合适的微生物营养物质，使居住在土壤中的那些能分解这些污染物的微生物生长速度加快，从而使这些污染物的分解速度大大加快。为了提高效果，也可以向土壤中引入合适的外来微生物，这些外来微生物可以是科学家从自然界分离到的分解这些污染物能力特别强的菌株，还可以是采用基因工程修饰改良的菌株。利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术，可以环境生物学课程论文 1 消除或减弱环境污染物的毒性，减少污染物对人类健康和生态系统的风险[1]。为此，生物修复属于生产后期的污染控制，简称产后控制，是可持续发展在环境保护上的重要体现。

1 生物修复的概念和原理 所谓生物修复(bioremediation) ，是指利用生物的生命代谢活动减小存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程。它是利用生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等功能，对环境中污染物起到降解催化作用，加速去除环境中的污染物。生物修复与生物净化( biopurification) 的不同点在于，前者强调人们有意识的利用生物进行环境无害化处理[2]。 生物修复方法是利用土著的、引入的微生物的代谢作用进行消除或富积有毒有害物质的生物学过程。应用环境生物修复技术处理污染物时，最终产物大都是无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气等，而且这种处理方法能一步到位，避免了污染物的多次转移。它与传统的去除和清除环境中污染物的方法，如物理方法、化学方法也是不同的。比较而言，生物方法是最本质的和可以循环使用且永续受益的。生物修复技术有许多方面的优点：可以使污染物完全从环境中去除，处理时间短，对周围环境影响较小，并且资金需要量小，不会产生二次污染，尤其原位修复(in-siteremediation)可以使污染物在原地被清除，操作简单，使人类直接暴露在污染物下的机会减小[1]。

2 植物-微生物-土壤动物交互作用在生物联合修复研究中的应用 土壤是包括植物、微生物、动物在内的复杂体系[3]，在这一体系中，植物、微生物和土壤动物彼此之间往往是紧密联系、相互作用，参与着环境中的各种反应。因此，上述植物、细菌、真菌和土壤动物耐/抗铜的分子机理的阐述为生物联合修复提供了理论基础，使三者在联合修复中的应用成为可能。 2.1 植物与微生物联合修复 土壤微生物的分泌物对重金属具有活化作用。微生物通过对重金属元素的价态转化或通过刺激植物根系的生长发育而影响植物对重金属的吸收;另外，微生物也能产生有机酸，提供质子或与重金属络合的有机阴离子，交换或络合金属离子，使土壤溶液中金属浓度增加，有利于植物的吸收[4]。而在重金属高浓度条件下某些微生物仍能存活或生长，表现出对重金属的抗性，有些微生物还能通过生物转化作用或生理代谢活动(如胞外络合作用，胞外沉淀作用，胞内积累与转化等)，使金属由高毒状态变为低毒状态，使重金属离子对植物的毒性减弱。目前丛枝菌根真菌(AMF)与植物联合作用在重金属修复研究中的应用较多。自1957年Mosses[5]发现丛枝菌根真菌能促进苹果幼苗对微量元素的吸收以来，接种丛枝菌根以提高宿主植物对土壤微量元素的吸收和利用的相关研究已受到广泛关注，特别是丛枝菌根能改善植株磷素营养状况已为众多研究所证实。自1981年Bradley等[6]首次报道石楠属菌根能降低宿主植物对过量重金属锌和铜的吸收以来，菌根真菌对过量重金属耐受性的研究、重金属污染土壤中菌根-植物系统与重金属元素的相互作用、以及菌根植物对重金属污染的生物修复可行性等研究，已逐渐引起人们的关注。申鸿等[7]通过对菌根对重金属铜修复的研究发现，菌根玉米地上部和根系铜浓度分别降环境生物学课程论文 2 低24.3%和24.1%，吸铜量分别提高了28.2%和60.0%，表明菌根植物对铜污染土壤具有一定的生物修复作用。但由于无法对AMF进行纯培养，菌根植物如何吸收、积累重金属元素的研究结果有较大分歧。目前关于菌根-植物系统和重金属的交互作用机理尚不清楚，植物与其它微生物的相互作用研究则相对更少。 2.2 土壤动物-微生物的联合作用 以某些土壤真菌为食物的弹尾目昆虫和甲瞒类土壤微动物通过选择性地取食真菌会影响真菌的群落结构[8,9]。普遍认为节肢动物可以选择性地取食某些外生菌根真菌，尽管外生菌根并不是弹尾目昆虫和甲瞒类动物最偏爱的食物[9]，但这些微小的节肢动物却能够在基部切断菌丝而致命地影响菌丝网。田间和实验室的试验表明，食真菌的微小节肢动物通过对菌根的取食能够影响植物生长，但这种与取食相关的影响仍在争论中。Bonkowski等[9]阐述了线虫和菌根真菌之间的相互作用，及其对植物生长和植物病害方面的影响。但关于土壤动物和微生物之间的相互作用，则也仅限于在生理水平上阐述通过菌根的作用来影响植物的生长，最终有可能影响到植物对重金属的修复，并没有把这些土壤中小型动物和微生物之间的交互作用与重金属的生物修复结合起来。因此，目前土壤动物和土壤微生物之间的交互作用在重金属生物修复研究中的应用还处于起步阶段。 2.3 植物-微生物-动物联合修复 土壤动物、微生物和植物三者之间的交互作用[8]，但也仅限于描述该系统中各个主体之间的相互关系及其对植物生长的影响，而并没有针对其在重金属修复研究中的应用进行专门的讨论。目前这三者联合应用在重金属修复研究中应用最好的应属蚯蚓-菌根在植物对镉污染土壤修复中的应用[10]。接种菌根不仅能促进黑麦草对Cd的吸收，而且还能促进Cd从植物根部向地上部分转移，由于接种蚯蚓可以提高菌根的浸染率，所以二者具有促进Cd向地上部转移的协同作用[11]，这对于重金属污染土壤的植物修复具有十分重要的意义。因此，在铜污染土壤的植物修复研究中也可以采用三者结合的方法来提高铜污染修复效率。越来越多的证据表明植物的生长与根际微生物2动物之间相互作用密不可分，因此，需要植物生理学、土壤学、微生物学和动物学的知识，才能充分利用三者在重金属污染土壤修复研究中的作用，才能够更深刻地理解调节矿化、养分循环和植物生长的根际过程。此外，生物修复强调的是多相、异源的环境，如在污染的土壤中，污染物的存在与土壤的粒径、土壤溶液中的溶解和土壤空气等都有关系。因此，成功的生物修复应是多学科交叉的结果，不仅需要上述学科，还需要生态学、工程学、地质学和化学等学科的共同参与来完成。

3 微生物修复在水产养殖环境修复中的研究现状 微生物修复技术在水产养殖中主要应用于养殖环境的原位修复中，主要处理底泥的有机污染和水体的富营养化问题。在底泥有机物处理方面，1994年日本利用枯草杆菌处理鱼池底泥取得显著效果，底泥中的有机污染得到有效处理[12]。李卓佳[13]用芽孢杆菌为主的复合微生物制剂分解养殖鱼池的有机污染实验，一个月池底3～5 cm的污染底质被分解。在菌类筛选方面，李秋芬[14]报道，从虾池底泥中分离出331株细菌，筛选到10株有机降解菌，72h内化学耗氧量（CODMn）去除率分别在60%和70%以上，同时李秋