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。     

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.     

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。     

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.     

硅藻重金属污染生态学研究进展

硅藻是水生生态系统健康的指示生物之一,对环境变化极为敏感,某些典型硅藻已应用于指示水体重金属污染.本文围绕地表水重金属污染,从毒性效应、生物吸附和累积、生态适应机制及生物指示与生态修复作用等方面,综述了硅藻重金属污染生态学研究进展,阐述重金属污染下硅藻的生长趋势和硅壳形态的变化,硅藻对重金属生物吸附和生物累积的差别,硅藻对重金属的表面络合和离子交换等生态适应机制,以及硅藻对水体重金属污染的指示作用和生态修复作用,为水生生态系统的重金属污染防治与预警技术提供科学依据.     

微生物表面展示技术及其在环境污染治理中的应用

微生物表面展示技术是通过基因工程手段,将短的外源肽或蛋白质表达在微生物细胞表面,该技术可以应用于开发活的细菌疫苗、筛选抗体库、生产生物细胞吸附剂以及制备整细胞生物催化剂。通过金属高效结合肽的肽库筛选和微生物展示技术,将金属结合肽直接展示在微生物的表面,用于处理环境中的重金属污染,为环境中重金属污染的防治提供了一条崭新的途径。利用微生物表面展示技术制备整细胞催化剂,用于有毒有机污染物的处理,可以极大地加快污染物的降解速率。简要介绍了微生物表面展示技术及其在重金属污染治理和毒性有机污染物的脱毒等环境生物修复方面的最新研究进展。     

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。     

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。     

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.     

新时代下的我国环境微生物学研究

环境微生物学作为微生物学与环境科学相结合的交叉学科，已经在环境污染物质降解、废弃物资源化利用和元素生物地球化学循环等方面发挥着重要作用。《微生物学通报》本期推出的“环境微生物学主题刊”报道了研究报告11篇、专论与综述12篇，内容涵盖环境微生物与环境工程、环境微生物生理学及生物制剂、环境微生物资源的发掘与利用、环境微生物学方法学、环境微生物遗传与生理、环境污染修复与微生物多样性、环境微生物与环境健康、环境微生物学研究前沿等应用领域，期望该主题刊的出版有助于加强我国环境微生物学研究者间的交流与合作，推动环境微生物学学科的进一步发展。