《土壤微生物生态工程》—微生物对重金属离子的吸附与固定（83）

土壤微生物是土壤中的活性胶体，它们的表面大、带电荷、代谢活动旺盛。受到重金属污染的土壤，往往富集多种耐重金属的真菌和细菌。微生物与重金属具有很强的亲和性，可以将重金属富集。许多有毒金属被储存在细胞的不同部位或被结合到胞外基质上，通过代谢过程，这些离子可被沉淀，或被轻度螯合在可溶或不溶性的生物多聚体上。

微生物对重金属的生物固定作用主要表现在胞外络合、胞外沉淀和胞内积累3种方式上。由于微生物对重金属具有很强的亲和吸附性，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。微生物积累重金属也和金属与蛋白质、肽以及特异性大分子的结合有关。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类，能够产生具有大量阴离子基团的胞外聚合物（如多糖、糖蛋白等），与重金属离子形成络合物，从而将其从土攘中有效去除。微生物吸附最早是由Ruchhoft在1949年提出的，他利用活性污泥去除水中的放射性元素Pb，并认为Pb的去除是由于微生物的繁殖形成具有较大面积的凝胶网，而使微生物具有吸附能力。迄今为止生物吸附主要在治理废水方面得到应用。生物吸附的应用取决于2个方面：即筛选具有专一吸附能力的生物和降低培育生物的成本。最近在改进生物吸附方面的研究包括：提高微生物吸附特定金属离子能力的方法；收集生物体及被吸附金属的新方法等。

微生物吸附重金属的机制十分复杂，研究表明它们对金属的作用可分为微生物吸着和微生物累积两个不同的生物化学阶段。第一阶段是重金属在细胞表面吸附，即微生物吸着阶段，主要是指重金属离子与生物体细胞壁表面的一些基团如-COOH、-OH、-NH2、-SH、等通过络合、螯合、离子交换、静电吸附、共价吸附以及无机微沉淀等作用中的一种或几种相结合的过程。Shumate和Strandberg曾将微生物吸着(Microorganisms biosorption)定义为“金属与生物细胞成分的间接的物理化学作用”。可见，这一过程是细胞成分对金属的被动吸收，其特点是快速、可逆、不依赖于生物细胞的能量代谢，典型的生物吸着过程在几分钟内就可以完成。研究表明细胞壁上的糖链和细胞外的黏多糖具有金属吸附的活性，不同的金属离子被不同的多糖吸附，可以提高细胞抗重金属的能力。第二阶段是指微生物累积这一主动过程，它仅发生在活细胞内。当活细胞生存在环境中时，它可以通过多种机理，包括远输以及细胞内外的吸附来“提高”本身的金属含量。已提出的金属运送的机制有：脂类过度氧化、复合物渗透、载体协助、离子泵等。微生物累积过程是通过微生物的新陈代谢伴随着能量的消耗进行的，它比微生物吸着慢得多。