微生物胞外多糖的合成及其在重金属修复中的作用机制与应用

重金属的生物不可降解性使其在环境中长期存在,导致严重的环境污染,对人类健康和生态系统构成威胁。与传统的物化修复技术相比,微生物修复具有成本低廉、环境友好和高效等特点。在面对重金属胁迫或营养不均衡时,微生物会被激发以分泌合成胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)。由此可见,EPS的产生是微生物对抗重金属胁迫的重要策略之一。EPS不仅能保护微生物在低温、高温、高盐等极端环境或受毒性化合物胁迫的条件下存活,并且在细胞内外进行信息和物质的交流与传递,既作为保护屏障限制重金属离子进入细胞,又作为介质进行交流。EPS结构中含有多个带负电荷的官能团,能够与重金属离子发生络合、离子交换、氧化还原等反应,从而降低重金属的生物有效性并减轻其毒性。微生物EPS在重金属胁迫环境中的修复具有重要意义。然而,目前缺乏关于微生物EPS合成过程、与重金属互作机制及其在重金属胁迫环境中应用现状的系统综述。本文概述了微生物EPS及其分类,详细阐述了细菌EPS胞内及胞外的生物合成机制,并探讨了微生物EPS与重金属互作机制,以及微生物EPS修复水、土环境中重金属污染方面的研究进展。最后,展望了EPS合成及其在重金属修复中的作用机制研究,可为微生物EPS进一步应用于环境重金属污染修复提供支持。     

乳酸菌对重金属污染的生物修复作用

乳酸菌具有吸附及积累重金属离子的特性,且乳酸菌对重金属污染的生物修复作用的安全性较高。本研究综述了乳酸菌修复重金属污染的机制,及乳酸菌生物修复重金属污染水体、农产品及生物体的研究现状,为重金属污染的修复提供新思路。乳酸菌作为自然环境中普遍存在的一种安全且可食用微生物,其在生物修复重金属污染方面将发挥其独有的优势。     

治理重金属污染河流底泥的生物淋滤技术

治理重金属污染河流底泥的生物技术是指利用生物体来消除或降低重金属毒性的方法,包括微生物修复、植物修复和植物.微生物联合修复,具有成本低、去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点,近年来在国际上备受关注.本文介绍了近10年来生物技术在治理重金属污染河流底泥方面的研究成果,着重介绍了日益受关注的生物淋滤技术,从微生物学、分子生物学和生物表面活性剂等方面的发展作了详细描述,展望了生物修复在河流底泥重金属污染应用中的前景.     

微生物抗重金属的生理机制

虽然环境中高浓度的重金属对微生物有毒害作用,但一些微生物表现出抗重金属的特性,在细胞结构、生理代谢和遗传水平方面形成了不同的抗性机制.主要从生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用等5个方面阐述了微生物对重金属抗性的生理和分子机制,为重金属污染环境的生物修复提供理论依据.     

溶磷微生物在钝化和植物修复重金属污染土壤中的作用

钝化和植物修复是重金属污染土壤修复的重要技术手段,而溶磷微生物可进一步增强钝化和植物修复重金属污染土壤的作用。介绍了钝化和植物修复重金属污染土壤的基本原理,总结了溶磷微生物对土壤中难溶性磷酸盐的溶解、利用磷酸盐钝化修复重金属污染土壤、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复的强化以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了溶磷微生物对重金属的抗性及其溶磷机理、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复重金属污染土壤的强化作用机理以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的作用机理。旨在为生物修复重金属污染土壤研究提供一定的理论依据和技术支撑。     

金属结合蛋白(肽)与环境重金属生物修复

重金属污染是全球关注的重要环境问题。针对重金属的生物修复技术 ,因其特有的优势 ,越来越受到重视 ,其中一个重要的研究领域是利用金属离子和金属结合蛋白或结合肽之间存在的强亲和能力特性进行的生物修复研究。就金属结合蛋白 (肽 )的种类、结构特点、以及金属结合的作用机理进行了总结 ,同时综述了展示或表达有不同金属结合蛋白或结合肽的微生物和植物对重金属污染进行生物修复的最新研究进展 ,对基于金属结合蛋白 (肽 )的环境重金属生物修复的进一步研究 (如肽库的构建和筛选 ,金属与蛋白 (肽 )的相互作用 )进行了讨论。     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

水体环境治理问题和巧用生物修复技术

近年来,我国水体环境不断恶化,大部分城市河道都受到了不同程度的污染,不仅影响了城市形象,破坏了城市景观,还对城市居民的日常生活产生了严重的影响。目前常用的水体环境治理和修复技术包括三类:物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。生物修复技术包括微生物修复法、人工浮岛、人工湿地等,具有工程量小、成本低、环境友好等特点,是近年来水体环境修复技术发展的主要方向。     

多环芳烃污染土壤生物修复研究进展

多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs) 是一类广泛分布于环境中的持久性污染物,结构稳定、难以降解,对生态环境和生物具有“三致”毒害性,其环境去除和修复备受关注。绿色、安全、经济的生物修复技术被广泛应用于PAHs污染土壤的修复。本文从土壤中PAHs的来源、迁移、归趋和污染水平总结了目前我国土壤多环芳烃污染的基本状况;归纳了具有PAHs降解作用的微生物、植物种类及机理;比较了微生物修复、植物修复和联合修复3类主要的生物修复技术。指出植物与微生物的互作机理的解析,抗逆菌株、植株的筛选与培育,实际应用的安全和效能评估应成为多环芳烃污染土壤修复领域未来的研究方向。     

嗜盐微生物在环境修复中的研究进展

人类活动产生的污染物,使一些天然盐环境遭受不同程度的污染,或者使环境受到污染物与高盐的双重污染。在高盐条件下,非嗜盐微生物的代谢会受到抑制,其生物修复效率明显降低,甚至丧失修复能力。嗜盐微生物则能够在高盐环境中栖息繁殖,凸显其修复被污染高盐环境的生物学效率和广阔的应用前景。就嗜盐微生物降解石油烃、芳香烃衍生物和有机磷等污染物的研究进展进行了综述和讨论。     

2020污染土壤的生物修复专刊序言

生物修复技术,作为可持续发展的重要方向,因其环境友好、高效且无二次污染并能从根本上解决土壤污染问题而受到关注,已经在土壤污染治理中得到了广泛的应用。为了梳理和凝练生物修复技术的发展状况,本专刊收录了该研究领域的16篇论文,分别从植物修复、微生物修复、联合修复、重金属吸收积累的相关分子机制、资源化再利用等方面,详细阐述生物修复技术的发展动态,展望未来的发展趋势,为促进生物修复技术的发展提供参考。     

铜污染土壤的生物修复研究进展

随着工业化与农业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益突出。铜(Cu)既是生命体生长发育的必需微量元素,也是重金属污染物之一。土壤中过量的Cu不仅会对植物产生毒害,而且能够通过食物链的富集作用,对人类健康造成严重威胁。生物修复技术作为治理重金属污染土壤的一种新型技术受到广泛关注。文中对生物修复的主要技术如植物修复、微生物修复、植物-微生物联合修复、动物修复等在治理Cu污染土壤方面的研究进展进行综述,以期为重金属污染土壤有效治理和可持续农业的发展提供理论依据。     

A comprehensive overview of elements in bioremediation

Sustainable development requires the development and promotion of environmental management and a constant search for green technologies to treat a wide range of aquatic and terrestrial habitats contaminated by increasing anthropogenic activities. Bioremediation is an increasingly popular alternative to conventional methods for treating waste compounds and media with the possibility to degrade contaminants using natural microbial activity mediated by different consortia of microbial strains. Many studies about bioremediation have been reported and the scientific literature has revealed the progressive emergence of various bioremediation techniques. In this review, we discuss the various in situ and ex situ bioremediation techniques and elaborate on the anaerobic digestion technology, phytoremediation, hyperaccumulation, composting and biosorption for their effectiveness in the biotreatment, stabilization and eventually overall remediation of contaminated strata and environments. The review ends with a note on the recent advances genetic engineering and nanotechnology have had in improving bioremediation. Case studies have also been extensively revisited to support the discussions on biosorption of heavy metals, gene probes used in molecular diagnostics, bioremediation studies of contaminants in vadose soils, bioremediation of oil contaminated soils, bioremediation of contaminants from mining sites, air sparging, slurry phase bioremediation, phytoremediation studies for pollutants and heavy metal hyperaccumulators, and vermicomposting.     

Bioremediation through microbes: systems biology and metabolic engineering approach

Today, environmental pollution is a serious problem, and bioremediation can play an important role in cleaning contaminated sites. Remediation strategies, such as chemical and physical approaches, are not enough to mitigate pollution problems because of the continuous generation of novel recalcitrant pollutants due to anthropogenic activities. Bioremediation using microbes is an eco-friendly and socially acceptable alternative to conventional remediation approaches. Many microbes with a bioremediation potential have been isolated and characterized but, in many cases, cannot completely degrade the targeted pollutant or are ineffective in situations with mixed wastes. This review envisages advances in systems biology (SB), which enables the analysis of microbial behavior at a community level under different environmental stresses. By applying a SB approach, crucial preliminary information can be obtained for metabolic engineering (ME) of microbes for their enhanced bioremediation capabilities. This review also highlights the integrated SB and ME tools and techniques for bioremediation purposes.     

多环芳烃污染土壤微生物修复研究进展

多环芳烃是我国土壤环境质量标准中要求严格管控的一类持久性有机污染物,利用微生物技术修复有机污染土壤具有绿色、经济等突出特点,应用前景广泛。目前多学科的协同发展和新技术的研究应用,为多环芳烃土壤微生物转化机制与污染生态过程等方面带来了新的认识,同时对修复技术的实际应用与调控提供了新的思考方向。本文以多环芳烃污染土壤微生物修复为主体,从污染土壤微生物修复应用技术、多环芳烃微生物降解特征、土壤体系污染物归趋规律与微生物作用及土壤污染微生物群落响应与研究技术等方面进行综合评述,并针对现存应用技术瓶颈和理论空白作进一步思考和展望。     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用.丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90％以上的陆生高等植物形成共生体.研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性.当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注.基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望.     

中国土壤重金属污染修复研究展望

文章通过对土壤重金属污染相关文献进行研究分析,从我国土壤重金属污染的现状、修复技术应用和研究前景等方面进行了系统综述,重点分析了我国土壤重金属污染修复技术的应用和研究前景。超富集植物修复是一种新兴的绿色生物技术,成本较低,易操作,是土壤污染治理的环境友好技术。微生物修复具有成本低、无二次污染、对环境影响小、效率高等特点,可在一定程度上带来经济效益和生态效益,是一种理想的绿色修复方法。并指出筛选和培育生物量大、适应性强、富集能力强、易栽培且具经济效益的超富集植物、利用大型真菌吸收和富集土壤重金属、组合运用多种修复技术、结合应用分子生物学技术和基因工程技术和加强土壤重金属污染修复效果的评价将是今后研究的重点和热点。     

Bioremediation techniques–classification based on site of application: principles,advantages, limitations and prospects

Environmental pollution has been on the rise in the past few decades owing to increased human activities on energy reservoirs, unsafe agricultural practices and rapid industrialization. Amongst the pollutants that are of environmental and public health concerns due to their toxicities are: heavy metals, nuclear wastes, pesticides, green house gases, and hydrocarbons. Remediation of polluted sites using microbial process (bioremediation) has proven effective and reliable due to its eco-friendly features. Bioremediation can either be carried out ex situ or in situ, depending on several factors, which include but not limited to cost, site characteristics, type and concentration of pollutants. Generally, ex situ techniques apparently are more expensive compared to in situ techniques as a result of additional cost attributable to excavation. However, cost of on-site installation of equipment, and inability to effectively visualize and control the subsurface of polluted sites are of major concerns when carrying out in situ bioremediation. Therefore, choosing appropriate bioremediation technique, which will effectively reduce pollutant concentrations to an innocuous state, is crucial for a successful bioremediation project. Furthermore, the two major approaches to enhance bioremediation are biostimulation and bioaugmentation provided that environmental factors, which determine the success of bioremediation, are maintained at optimal range. This review provides more insight into the two major bioremediation techniques, their principles, advantages, limitations and prospects.     

Marine bacteria and omic approaches: A novel and potential repository for bioremediation assessment

Marine environments accommodating diverse assortments of life constitute a great pool of differentiated natural resources. The cumulative need to remedy unpropitious effects of anthropogenic activities on estuaries and coastal marine ecosystems has propelled the development of effective bioremediation strategies. Marine bacteria producing biosurfactants are promising agents for bio-remediating oil pollution in marine environments, making them prospective candidates for enhancing oil recovery. Molecular omics technologies are considered an emerging field of research in ecological and diversity assessment owing to their utility in environmental surveillance and bioremediation of polluted sites. A thorough literature review was undertaken to understand the applicability of different omic techniques used for bioremediation assessment using marine bacteria. This review further establishes that for bioremediation of environmental pollutants (i.e. heavy metals, hydrocarbons, xenobiotic and numerous recalcitrant compounds), organisms isolated from marine environments can be better used for their removal. The literature survey shows that omics approaches can provide exemplary knowledge about microbial communities and their role in the bioremediation of environmental pollutants. This review centres on applications of marine bacteria in enhanced bioremediation, using the omics approaches that can be a vital biological contrivance in environmental monitoring to tackle environmental degradation. The paper aims to identify the gaps in investigations involving marine bacteria to help researchers, ecologists and decision-makers to develop a holistic understanding regarding their utility in bioremediation assessment.