环境生物修复---环境微生物修复（上）

一、环境微生物修复的原理

在地球微生物生态系统中，环境微生物是非常重要的一个组成部分，既是地球环境演化的参与者，也是生态环境治理的保护者。微生物修复的定义就是利用土著的和外源引入的微生物和微生物制剂及其代谢过程，或者其代谢产物进行消除或者富集有毒有害物质的生物学过程。具体而言，就是利用微生物的作用对水体环境中和土壤环境中的污染物进行消除的过程，或使污染物无害化的过程。

二、可应用于环境修复的微生物

根据微生物的特点以及它的生长代谢情况，我们来看一下哪些微生物可以应用于环境修复。

（1）土著微生物（Indigenous microorganism）：环境中本来就存在的微生物。在自然修复过程中，若要充分发挥土著微生物的降解能力，需要具备以下条件：①有充分和稳定的环境条件；②有微生物可利用的营养物质；③有缓冲pH的能力；④有代谢能够正常进行的电子受体。要是缺少其中一条，将会影响微生物修复的速率和程度。若是环境中出现了一些新污染物，在土著微生物并不能将其降解，这种情况下则需要加入其他微生物即外源微生物。

（2）外源微生物（Exogenous  microorganism）：也称为接种微生物，即针对污染环境培育的大量接种高效菌。

（3）基因工程菌（Genetically engineered microorganism，GEM）：将不同细菌的降解基因进行特异性的重组，将分属于不同细菌个体中的污染物代谢途径组合起来以此构建具有特殊降解功能的超级降解菌，其可以有效地提高微生物的降解能力，从而增强生物修复效果。

二、微生物在环境物质循环中的作用

生物地球化学循环指的是生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和迁移运动。碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素使组成生物体的化学元素，生物必须不断从环境中取得这些营养元素才能生长发育繁殖，但是环境中的这些元素有限存在，因此就存在了矛盾。只有在物质不断循环转化的条件下该矛盾才能得到解决。

1.碳循环

碳循环的具体过程可以参照之前推文内容。

 

由于含碳有机物的种类丰富多样，不同有机物能被不同微生物分解，在自然界中参与有机物分解的主要是细菌、真菌和放线菌。除了自然界中的纤维素、葡萄糖等物质外，微生物还可以对来自生物的各种有机物进行转化和分解，甚至是一些人工合成的有机物和难降解的有机物。

2.氮循环

氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动，除固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用外，厌氧氨氧化也是微生物参与氮循环的重要过程。有微生物形成的氮转化的过程通常被描述为由六个有序进行的不同反应过程组成的一个循环，即N2首先通过固氮作用变成氨，氨经过同化吸收作用转变成生物有机氮，有机氮再经过氨化作用转变成铵盐，而铵盐再通过硝化作用被氧化成硝酸盐，最终再经过反硝化作用被还原为N2或者经厌氧氨氧化作用还原为N2.

 

3.硫循环

大多数微生物能利用硫酸盐作为唯一的硫源，同化成含有-S-S基或者-SH基的蛋白质有机物。硫循环主要包括脱硫作用、硫化作用、反硫化作用和同化硫酸盐还原作用。

 

①脱硫作用：通过氨化脱硫微生物分解有机硫产生硫化氢，即为脱硫作用。

②硫化作用：在有氧条件和硫细菌的作用下将硫化氢氧化为S进而再氧化为H2SO4的过程。

③反硫化作用：在厌氧条件下亚硫酸根离子、硫酸根离子等在微生物作用下转化为H2S的过程。

④同化性硫酸盐还原过程：硫酸盐经还原后，最终以巯基形式固定在蛋白质等成分中的过程，由植物、藻类和微生物引起。

4.磷循环

磷的生物地球化学循环包括三种基本过程：有机磷矿化、磷的有效化和磷的同化。微生物参与磷循环的所有过程，这一过程中微生物不改变磷的价态，微生物所推动的磷循环其实就是磷的转化。