细菌对重金属吸附和解毒机制的研究进展

随着采矿、冶炼和电镀等工业的不断发展,重金属对环境造成的污染也日益严重。近年来提出的微生物修复法,因其成本低和无二次污染等优点而引起国内外学者的广泛关注。目前,用来去除环境中重金属的微生物主要有真菌、藻类、放线菌及细菌等,其中细菌对重金属的微生物吸附和解毒机制研究较为广泛。将从细胞结构的角度,即细菌细胞外部、细胞表面和细胞内部等三方面概述重金属胁迫下细菌的吸附和解毒机制研究进展,主要内容包括细胞外部的沉淀机制、细胞表面的吸附机制以及细胞内部的解毒机制,并提出未来可能的发展方向,旨为重金属污染的微生物修复技术提供理论依据和实践参考。     

微生物与重金属间的相互作用及其应用研究

从多方面阐述了微生物与重金属二者间相互作用,指出微生物在生长代谢过程中能淋滤、吸收和转化重金属,对重金属有一定的抗性和解毒作用;但是,一定浓度的重金属对微生物过程及其种群具有较大的毒性。影响微生物在环境介质中的活动,矿业工程生产工艺已充分利用微生物能淋滤,吸收和转化重金属等特性来处理低品位难浸矿石,环境保护领域也积极利用微生物对重金属的抗性和解毒作用来实现工业废弃物的处理以及被重金属污染土壤的修复。利用微生物的生物量及其活性可以评价环境中不同介质的重金属污染水平。     

生物耐铜的分子机理及铜污染环境的生物联合修复

铜是动植物和人类必需的微量元素,缺乏或过多都将产生不良影响。随着社会经济的发展,人类活动对环境的干扰日益加剧,工业和农业生产活动常可导致土壤铜污染,铜已成为土壤重金属污染的主要元素之一。总结了铜在植物体内的自发内稳态调节机制,在细菌和真菌体内的吸收、分布、解毒和调节因子,同时以蚯蚓为例简要阐述了土壤动物对铜的解毒机理;从分子生物学角度对重金属铜在生物体内的代谢机理及生物对环境中过量铜的联合修复研究进展进行了综述,以期为铜污染环境的植物、微生物和动物联合修复的分子机理研究提供借鉴。     

重金属污染评估及其生物健康效应

重金属污染是目前全球面临的最为严峻的环境问题之一,不仅引发了粮食安全危机,还直接危害着动物和人类健康.土壤线虫作为陆地环境中重金属污染的重要指示生物,不仅会对重金属的毒害产生复杂的防御机制,其肠道微生物还被证明可以协助宿主抵御重金属胁迫.本文系统梳理了国内外重金属的污染现状及其评估方法,以线虫为模型概述了重金属对土壤动物行为、生理、生化三个方面的影响,总结了动物对重金属暴露的应激响应,主要包括细胞壁和细胞膜的屏障作用、活性物质改变、金属硫蛋白表达以及非编码RNA调节等四个层面,提出了肠道微生物的组成和多样性作为指示重金属毒性的新方法,归纳了长期重金属暴露导致的生物适应性进化,包括重金属超积累基因、抗性基因、解毒基因的出现和富集等,进而量化环境胁迫引起的动物遗传变异在基因组水平上的响应,比如基因的抗性突变和抗性基因的协同作用.最后,本文对重金属生态毒理学的研究进行了展望,指出未来研究需着眼于当下的生态环境和人类健康,探索土壤动物肠道微生物的生态作用,深入探究重金属毒性发生发展以及生物解毒的潜在机制.     

重金属不同积累型植物品种的根际生态效应分析

植物对重金属的吸收积累与其根际环境密切相关, 因此对于根际生态效应的研究有助于理解不同品种积累重金属差异的机理。从根系形态、根际土壤化学特性、根系分泌物及微生物特性等方面对根际生态效应和植物积累重金属的关系进行了综述, 旨在从根际方面诠释植物积累重金属差异的机理, 并为重金属积累典型品种的选育提供理论基础。     

重金属污染生态学研究现状与展望

重金属污染生态学的研究迄今已有近 5 0 a的历史 ,在土壤重金属元素背景值和环境标准的制定、重金属在环境中的迁移转化、重金属污染治理、元素分析测定方法和规范、对生物体的毒性及生物体的响应等方面取得了很多研究成果 ,出版了很多专著。在对重金属污染生态学研究进行简要回顾的基础上 ,以重金属在生物体内的行为特征 (吸收、迁移、富集、毒害、解毒和抗性等 )为主线 ,从微观和宏观水平 ,系统综述了目前该领域的研究现状 ,分析了尚存在的一些问题 ,最后从生物对重金属污染适应的分子机理、治理方法和技术的创新性、复合污染下环境标准制定的科学化以及重金属污染条件下全球生物进化的趋势预测等方面作了研究展望     

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。     

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.     

重金属污染对土壤微生物生态的影响

土壤重金属污染面积大,波及范围广,是一个全球性的环境问题。重金属的大量积累会降低土壤中微生物的生物量和活性,甚至会影响微生物群落的结构和多样性。土壤微生物由于其高灵敏度和及时对环境因素作出变化而越来越多地被用作监控土壤质量的生物指标。现主要针对土壤中重金属污染在土壤微生物活性、生物量、微生物群落结构等方面的影响进行综述。结合现有研究因素综合考虑,对微生物生态学研究指标在重金属土壤修复领域进行展望,为重金属污染土壤研究提供更为全面的质量评价和有效指标。     

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。     

合成生物学改造微生物及生物被膜用于重金属污染检测与修复

随着工业化进程不断加快,重金属污染日益加剧,尤其是水体的重金属污染,已严重威胁人类健康,迫切需要进行有效的污染修复。相比传统物理和化学修复,生物修复具有绿色环保和可持续性的特点。因为微生物生长繁殖迅速、生物被膜具有动态可调节和环境适应性好等特点,使其能更好耐受胁迫环境,在环境修复中有重要作用。合成生物学改造微生物及生物被膜用于环境污染生物修复近年兴起,成为未来重要的发展方向。主要概述了重金属污染的微生物修复机理和方法,结合可编程微生物被膜的最新研究成果,重点介绍了合成生物学改造微生物及生物被膜的分类与功能应用,以及在重金属铅、汞和镉等污染修复中的研究进展,讨论了重金属污染生物修复的发展方向。     

解磷微生物修复土壤重金属污染研究进展

土壤重金属污染问题日益严重,具有普遍性、隐蔽性、表聚性、不可逆性等特点,已经成为环境污染治理中的热点、难点问题。解磷微生物能够依靠自身的代谢产物或通过与其他生物的协同作用,将土壤中的难溶性磷转化为可供植物吸收利用的磷,具有多重植物促生长功能和重金属解毒能力,可在重金属毒害水平下,促进植物生长、提高植物抗病能力、克服重金属对植物生长的不利影响,从而增强重金属修复植物的生存竞争力。从解磷微生物的研究现状入手,介绍了解磷微生物对土壤重金属污染的修复能力,综述了解磷微生物对土壤重金属污染修复的作用机制,分析了目前解磷微生物在重金属修复过程中存在的问题,并提出了今后研究的方向,为重金属污染土壤的修复提供了新思路。     

土壤重金属污染的微生物生态效应研究进展

对近年来土壤重金属污染微生物生态效应的研究进展进行了归纳总结,主要从微生物群落特性和微生物生理、生化参数等几个方面进行了阐述。重金属污染土壤后,尤其是高浓度的重金属污染对微生物生物量和群落结构都有破坏作用,但由于微生物群落结构的复杂性和研究方法的片面性,一直是研究的热点和难点,开发更加简便、直接的方法将是对这方面研究的突破。同时,微生物的生理、生化参数是从另一侧面反映重金属污染对微生物的影响,它是对微生物群落特性研究的有利补充,所以不同方法的合理选择和搭配是实验取得预期结果的关键因素之一。     

重金属胁迫下的微生物代谢组学研究进展

微生物的代谢活动易受到环境变化的影响,当环境中存在重金属污染时微生物会通过调节代谢降低自身所受的重金属的毒害。本文通过微生物代谢组学研究探讨重金属胁迫下微生物代谢活动的响应情况,介绍了微生物代谢组学的相关技术和方法,对其应用进行说明;基于重金属对微生物细胞的毒害作用,对重金属胁迫下微生物代谢组学的相关内容进行综述,发现在重金属胁迫下,微生物可以通过增加代谢活动进而产生更多的代谢物质来响应重金属的胁迫,其中微生物产生的胞外聚合物、草酸和柠檬酸等代谢物在微生物响应重金属胁迫中具有重要作用。微生物通过产生相应代谢物不仅使自身可以在重金属胁迫下生存,这些代谢物还可以使环境中重金属有所减少,这对于利用微生物资源修复重金属污染具有重要意义。     

重金属污染对蛙蟾类毒性的研究进展

基于近20年的大量相关资料,综述了重金属对蛙蟾类毒性影响方面的研究,介绍了实验动物和实验方法,综合了重金属对蛙蟾类在形态、器官、组织、细胞和分子水平上毒害的主要表现,从重金属致毒过程、环境因素、物种、发育、重金属积累、联合毒性等角度初步分析了重金属对蛙蟾毒性大小的影响因素和毒性作用的主要机理,归纳了蛙蟾的几种抗毒/解毒/避毒反应,对开展进一步的研究提出建议.     

赤泥在重金属污染治理中的应用研究进展

尽管赤泥在重金属污染环境修复研究中的应用越来越受到重视,但赤泥给污染环境修复带来突破的同时也给环境带来风险.目前,在赤泥的重金属环境修复研究中,针对赤泥的修复效果和修复过程研究较多,而对赤泥的钝化机理研究不够深入,赤泥修复的环境安全风险评价才刚起步.本文对近年来国内外关于赤泥修复重金属污染的研究进行综述,并指出了赤泥在今后的重金属污染治理中应加强的方向:一是深入赤泥对重金属钝化机制的研究;二是探索有效的赤泥安全评价方法;三是联合赤泥修复和生物修复技术(植物和微生物)对重金属和有机物复合污染进行修复.     

根系分泌物及其在植物修复中的作用

 近年来环境污染日益严重,污染物在土壤植物中的行为引起了人们的高度关注。利用植物去除土壤水体等介质中污染物的植物修复是近10年来兴起的一项安全、廉价的技术,已成为污染生态学和环境生态学的研究热点,它通过植物吸收、根滤、稳定、挥发等方式清除环境中的重金属和有机污染物。国内外有关植物修复的研究报道和概述很多, 但对植物根系分泌物在植物修复中所起的作用及其机理少有述评。 本文从根系分泌物对土壤重金属和土壤有机污染物的去除作用出发,对根系分泌物的种类、数量及其在去除环境污染物中的作用机理和功能地位进行了总结,并借助研究事例对影响植物根系分泌的内外因子,如植物种类、营养胁迫、重金属胁迫、根际环境的理化性质、土壤微生物及其它环境因子进行了讨论。概言之,根系分泌物在修复污染土壤中的重金属途径是多种多样的,主要是通过调节根际pH值、与重金属形成螯合物、络合反应、沉淀、提高土壤微生物数量和活性来改变重金属在根际中的存在形态以及提高重金属的生物有效性,从而减轻它对环境的危害。在清除有机污染物时,根系分泌物中的酶可以对有机污染物进行直接降解,根系分泌物影响下的微生物也可以对有机污染物进行间接降解,且被认为是主要的降解途径。根系分泌物在植物修复过程中确实起着某些重要作用,今后应将这方面的研究重点放在某些特异性根系分泌物植物,尤其是某些重金属超富集植物资源的寻找、筛选上,通过室内实验和野外研究确定其根系分泌物对清除重金属和有机污染物的效率,证实超富集植物根系分泌物的特异性与污染物超富集的内在联系,找到污染土壤生态恢复和治理的有效方法并加以推广应用,如针对性地在被污染地大面积种植此类具特异性根分泌物植物,并辅以营林措施如修剪等,加快生物修复进程,提高修复效率。植物根系分泌物在植物修复过程中所具有的重要生态意义和可能应用前景,为污染生态学和化学生态学之间的联合研究开拓了全新的领域,今后将取得新的突破和重要进展。     

细菌抗铜机制研究进展

随着重金属在冶金、化工、造纸、农业和医药业等方面的广泛应用,重金属对环境的污染问题也逐步凸现,其治理日益受到重视。越来越多的研究发现,微生物不仅能在较高浓度的金属离子环境中生存,还在解除重金属对生物的毒性方面发挥重要作用。本研究较全面地综述了细菌的几种不同的抗铜机制:细菌抗铜的cop系统、pco系统和MerR家族的转录因子调节,并对未来的相关研究方向做出了展望。     

电活性微生物胞外聚合物的特征与应用

电活性微生物是一类能够通过直接接触、导电菌毛或氧化还原介质与电极或者其他细胞进行胞外电子传递的微生物。而在这个过程中,胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)扮演着重要的角色。EPS是微生物生长过程中通过细胞裂解、水解分泌的高分子聚合物的混合物,主要由蛋白质、多糖和腐殖质等物质组成。来自电活性微生物的EPS的不同组成成分和特性会对EPS的电活性以及电活性微生物胞外电子传递产生一定的影响,同时在环境应用方面发挥重要作用。因此,为了更全面了解电活性微生物EPS的电活性及其对电活性微生物胞外电子传递的作用,本文总体介绍了电活性微生物EPS的电活性的直接表征方法,再从组成成分、化学性质、物理性质和空间分布4个方面综述了其对EPS电活性的影响及其在电子传递中的作用,介绍了当前电活性微生物EPS在染料废水脱色、重金属吸附、有机污染物的生物转化和渗滤液管理等方面的环境应用,并从表征方法、试验规模和互作机理研究等角度展望了未来的研究方向。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。