第10章重金属污染与微生物处理-10-2014案例.ppt

3.胞内隔绝 当重金属进入胞内并有所积累，胞内隔绝会阻止其对重要细胞器的毒害。 真核微生物如藻类、酵母和真菌将重金属累积于胞内某些特殊细胞器中 4.主动运输 是一种最主要的重金属抗性机制，由染色体和质粒编码主动输出系统，将重金属从胞浆中排出，由多条路径构成。 依赖能量代谢调控，受温度、能源物质和抑制物影响。 据能量来源可将输出系统分为两类： 1、由ATP水解供能的输出途径 2、由质子梯度供能的输出途径 5.生物转化 微生物对重金属的转化作用： 甲基化作用（硒、汞），还原作用，氧化作用（ 银 、砷 、金 、铬、 汞、钼 、硒 等）。 重金属离子一旦进入微生物细胞，可通过氧化、还原、甲基化或去甲基化转化成价态稳定、毒性较小或无毒的化合物，从而减轻对生物体的毒害作用。 其中抗性基因编码解毒酶，催化高毒性金属转化为低毒状态。  微生物对重金属的抗性多是由染色体外的质粒或转座子上的抗性基因决定。抗性基因编码金属解毒酶催化高毒性金属转化为低毒形态,其中对微生物汞的转化研究最为清楚。 革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中都发现了 Hg2 +抗性菌株。它们含有一套 Hg2 +抗性操纵子(mer),可编码重金属解毒酶、 编码调节蛋白、周质结合蛋白、细胞膜转移蛋白。不但对重金属解毒,还具有运输及自我调节等一系列功能。 重金属降解微生物的应用技术 —微生物修复技术 1.微生物淋滤技术 2.微生物表面展示技术 3.细菌表面展示技术 4.酵母表面展示技术 5.噬菌体表面展示技术 6.植物菌根修复技术 7.异位修复技术 8.原位修复技术 1.微生物淋滤技术 利用微生物的直接转化作用或其代谢产物的间接转化作用 ，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提出来的一种技术 。 用于难浸提矿石或贫矿中金属的溶出与回收，又称微生物湿法冶金。 一些嗜酸细菌被广泛用于铜、金等金属的浸提。如在氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌作用下，污泥中难溶性金属硫化物被氧化成金属硫酸盐而溶出，通过固液分离即可达到取出或提取重金属的目的。 2.微生物表面展示技术 表面展示技术:利用基因工程手段，将外源目的基因克隆到特定的表达载体中，使其表达产物（重金属结合肽）与外膜蛋白或噬菌体外壳蛋白以融合蛋白的形式呈现在细胞表面或噬菌体表面。 融合蛋白赋予微生物对重金属的亲和力，或增强其原本的亲和能力。如：通过多肽上的组氨酸和半胱氨酸等氨基酸残基，实现对重金属的亲和吸附。 PS:重金属结合多肽可以是从抗性菌株中获得的天然多肽，也可以是人工改造的更高效的合成多肽。 3.细菌表面展示技术 目前 ,已经开发出几个以外膜蛋白、纤毛和鞭毛为基础的细菌展示系统 ,纤毛与其他载体分子相比有某些优点 ,它大量呈现在细菌表面 ,与环境持续接触。 构建重复多肽，如六聚组氨酸多肽、162 个氨基酸的多聚组氨酸等，可以通过细菌表面展示用于重金属降解修复。可以提高抗性菌种对某一重金属的结合能力，而且往往成倍提高。 4.酵母表面展示技术 作为生物吸附剂的表面工程酵母菌 ,其特性依赖于展示蛋白结合金属离子的能力 ,细胞表面对重金属离子的吸附在细胞对金属离子毒性的抗性能力方面起主要作用。 5.噬菌体表面展示技术 将外源DNA片段插入噬菌体编码蛋白的基因PⅢ或PⅥ中，使外源DNA片段对应的表达产物融合在噬菌体的外壳蛋白中形成融合蛋白，呈现在噬菌体表面。 该技术将蛋白质分子的表型和基因型巧妙地结合于噬菌体这样一个便于对其进行一系列生化和遗传操作的载体上，从而大大简化了蛋白质分子表达文库的筛选和鉴定。 6.植物菌根修复技术 微生物死亡分解或环境条件改变，会导致细菌固定的重金属部分活化而重新释放到环境中。 植物及其根际微生物体系，协调形成菌根，将重金属积累到超富集植物体中，从而彻底从环境中清除出去。两者结合，能使两者对重金属的耐受能力同时增强 。 其技术核心在于筛选有较强降解能力的菌种和适宜的共生植物,从而得到有效的菌根。 微生物修复技术的局限性 (1) 一种微生物只能降解特定一种或几种重金属，而非所有重金属。 (2) 特定的微生物只降解特定类型的化学物质,状态稍有变化的