微生物治理重金屬污染

1、課題研究：,微生物治理重金屬污染,研究組：第六組,本組成員名單,指導(dǎo)老師：樸哲組長(zhǎng)：徐康成員：夏斯琦、徐康、徐夢(mèng)蝶、許晨輝課程：環(huán)境微生物學(xué),課題的研究背景研究目標(biāo)與內(nèi)容預(yù)期研究成果主要研究方法分工及時(shí)間安排結(jié)論研究結(jié)果的分析,什么是重金屬？,化學(xué)上常把密度大于4.5g/cm3,主要有金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鉻、汞、鎘等大約45種 。其中對(duì)人體毒害最大的有5種：鉛、汞、鉻、砷、鎘。這些重金屬在水中不能被分解，人飲用

2、后毒性放大，與水中的其他毒素結(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物。,常見(jiàn)的重金屬污染,1 汞污染2 鎘污染3 鉻污染鉛污染砷污染,水俁病事件,甲基汞中毒,1953年--1968年，發(fā)生在日本熊本縣的水俁鎮(zhèn)。水俁鎮(zhèn)一家氮肥公司在生產(chǎn)氯乙稀和醋酸乙稀時(shí)，采取了低成本的汞催化劑工藝，排放到海灣中的廢水含有重金屬汞，然后汞經(jīng)過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成甲基汞，通過(guò)食物鏈富集在魚(yú)蝦和貝類(lèi)體中，人或動(dòng)物長(zhǎng)期食用后就會(huì)中毒?！　?950年，人們開(kāi)始

3、發(fā)現(xiàn)一些奇怪的貓，步態(tài)不穩(wěn)，抽筋麻痹，最后跳入水中溺死，當(dāng)?shù)厝朔Q(chēng)之為“自殺貓”，“貓?zhí)！薄?953年，該鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的病人，開(kāi)始時(shí)口齒不清，步態(tài)不穩(wěn)，面部癡吳，進(jìn)而耳聾眼瞎，全身麻木，最后神經(jīng)失常，身體彎弓慘叫而死。人們將這種病稱(chēng)為“水俁病”。1991年，日本環(huán)境廳公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。,水俁事件,骨痛病事件 （富山事件）,1955年--1972年，發(fā)生在日本的富山市。日本三井金屬公司排出的含鎘廢水流入

4、神通川河，重金屬“鎘”逐漸在河流中積累。神通川河岸的老百姓人長(zhǎng)期飲用含鎘河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，重金屬“鎘”就富集在人體中，危害人體健康?！?日本富山縣的鉛鋅礦在采礦和冶煉中排放廢水，廢水在河流中積累了重金屬"鎘"。人長(zhǎng)期飲用這樣的河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，就會(huì)得"痛痛病"。病人骨骼嚴(yán)重畸形、劇痛，身長(zhǎng)縮短，骨脆易折。患者初發(fā)病時(shí)，腰、手、腳疼痛，以后疼通逐漸加劇，漸漸變成

5、全身骨痛，行動(dòng)困難，出現(xiàn)骨萎縮，骨彎曲，骨軟化等癥狀，進(jìn)而發(fā)生自然骨折。病人日夜臥床，不斷喊痛，最后在疼痛中死運(yùn)去，這就是世界著名的骨痛病。經(jīng)患者尸體解剖，有的患者全身骨折達(dá)72處，身長(zhǎng)也縮短了30厘米。在此事件中，就診患者258人，其中死亡者207人。,毒膠囊事件,,河北一些企業(yè)，用生石灰處理皮革廢料，熬制成工業(yè)明膠，賣(mài)給紹興新昌一些企業(yè)制成藥用膠囊，最終流入藥品企業(yè)，進(jìn)入患者腹中。由于皮革在工業(yè)加工時(shí)，要使用含鉻的鞣制劑，因此這樣制

6、成的膠囊，往往重金屬鉻超標(biāo)。經(jīng)檢測(cè)，修正藥業(yè)等9家藥廠(chǎng)13個(gè)批次藥品，所用膠囊重金屬鉻含量超標(biāo)。重金屬鉻超標(biāo)最多達(dá)90倍 想吃果凍了，舔下皮鞋，想喝老酸奶了，舔下皮鞋，感冒要吃藥了，還是舔下皮鞋！ 上得了廳堂，下得了廚房，爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸奶，壓得成膠囊，2012，皮鞋很忙！,,化妝品,主要重金屬：汞、鉛、鉍，來(lái)自美白類(lèi)化妝品及顏色亮麗的唇膏 。主要危害：含有汞的美白類(lèi)化妝品會(huì)引起接觸性皮炎、紅斑丘疹、水皰，

7、愈后面部色素加深。含鉛化妝品易引起粉刺、紅斑、脫皮、過(guò)敏性皮炎、皮膚癌、毀容等。唇膏中的鉍長(zhǎng)期被誤食入體內(nèi)會(huì)對(duì)肝、腎造成傷害。,美白類(lèi)化妝品中普遍含有汞和鉛，汞能減少皮膚的黑色素生成。鉛也有美白效果，可使皮膚明顯光滑、白細(xì)，黑斑和粉刺也迅速消退。唇膏中往往含有鉍，鉍能增加唇膏的光澤。,,理解重金屬的定義了解各種重金屬的危害與來(lái)源通過(guò)查詢(xún)資料、組間成員的相互討論等方式掌握微生物對(duì)重金屬污染治理的應(yīng)用技術(shù),,汞（Hg）污染,來(lái)源：主要來(lái)

8、源于儀表廠(chǎng)、食鹽電解、貴金屬冶煉、化妝品、照明用燈、齒科材料、燃煤、水生生物等。,危害：血液中的金屬汞進(jìn)入腦組織后，逐漸在腦組織中積累，達(dá)到一定的量時(shí)就會(huì)對(duì)腦組織造成損害，另外一部分汞離子轉(zhuǎn)移到腎臟。進(jìn)入水體的無(wú)機(jī)汞離子可轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮挠袡C(jī)汞，由食物鏈進(jìn)入人體，引起全身中毒作用；如果急性汞中毒，會(huì)誘發(fā)肝炎和血尿。 易受害的人群有女性，尤其是準(zhǔn)媽媽、嗜好海鮮人士；天然水中含汞極少，一般不超過(guò)0.1μg/L。 正常人血液中的汞小于5-1

9、0微克/升，尿液中的汞濃度小于20微克/升,鎘（Cd）污染,危害：鎘不是人體的必要元素。鎘的毒性很大，可在人體內(nèi)積蓄，主要積蓄在腎臟，引起泌尿系統(tǒng)的功能變化；鎘能夠取代骨中鈣，使骨骼嚴(yán)重軟化，骨頭寸斷，會(huì)引起胃臟功能失調(diào)，干擾人體和生物體內(nèi)鋅的酶系統(tǒng)，導(dǎo)致高血壓癥上升。 鎘會(huì)對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激，長(zhǎng)期暴露會(huì)造成嗅覺(jué)喪失癥、牙齦黃斑或漸成黃圈，鎘化合物不易被腸道吸收，但可經(jīng)呼吸被體內(nèi)吸收，積存于肝或腎臟造成危害，尤以對(duì)腎臟損害最

10、為明顯。還可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和軟化,來(lái)源：鎘主要來(lái)源采礦、冶煉、燃料、電池和化學(xué)工業(yè)等排放的廢水；廢舊電池中鎘含量較高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，在奶制品和谷物中也有少量存在。,易感人群,主要是礦業(yè)工作者、免疫力低下人群。水中含鎘0.1mg/L時(shí)，可輕度抑制地面水的自?xún)糇饔?，用含鎘0.04Mg/L的水進(jìn)行灌溉時(shí)，土壤和稻米受到明顯污染，農(nóng)灌水中含鎘0.007mg/L時(shí)，即可造成污染。正常人血液中的鎘濃度小于5微克/升，尿中小于1微克

11、/升。如果長(zhǎng)期攝入微量鎘容易引起骨痛病。,鉻（Cr）污染,主要來(lái)源于劣質(zhì)化妝品原料、皮革制劑、金屬部件鍍鉻部分，工業(yè)顏料以及鞣革、橡膠和陶瓷原料等；如誤食飲用，可致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀，引起過(guò)敏性皮炎或濕疹，呼吸進(jìn)入，對(duì)呼吸道有刺激和腐蝕作用，引起咽炎、支氣管炎等。水污染嚴(yán)重地區(qū)居民，經(jīng)常接觸或過(guò)量攝入者，易得鼻炎、結(jié)核病、腹瀉、支氣管炎、皮炎等。,鉛污染,主要來(lái)源于各種油漆、涂料、蓄電池、冶煉、五金、機(jī)械、電鍍、化妝品、染發(fā)劑、釉

12、彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來(lái)水管等 。,它是通過(guò)皮膚、消化道、呼吸道進(jìn)入體內(nèi)與多種器官親和，主要毒性效應(yīng)是貧血癥、神經(jīng)機(jī)能失調(diào)和腎損傷，易受害的人群有兒童、老人、免疫低下人群。鉛對(duì)水生生物的安全濃度為0.16mg/L，用含鉛0.1～4.4mg/L的水灌溉水稻和小麥時(shí)，作物中鉛含量明顯增加。人體內(nèi)正常的鉛含量應(yīng)該在0.1毫克/升，如果含量超標(biāo)，容易引起貧血，損害神經(jīng)系統(tǒng)。而幼兒大腦受鉛的損害要比成人敏感得多。,砷污染,砷是人體的非必

13、需元素，元素砷的毒性極低，而砷的化合物均有劇毒，三價(jià)砷化合物比其它砷化合物毒性更強(qiáng)。,砷主要通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚接觸進(jìn)入體內(nèi)。無(wú)機(jī)砷在肝臟經(jīng)甲基化后主要代謝為二甲胂酸，經(jīng)腎臟排出體外。當(dāng)砷的攝入量超過(guò)排泄量時(shí)，就會(huì)在肺、腎、脾、骨骼等部位，特別是毛發(fā)、指甲中蓄積。三價(jià)砷在體內(nèi)的蓄積性和毒性均較五價(jià)砷大 。,,定義： 重金屬污染指由重金屬及其化合物造成的環(huán)境污染，主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類(lèi)金屬砷，還包括具有毒性的

14、重金屬鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等污染物造成的污染。,重金屬污染 —— Heavy-metal contamination,特征 ： 重金屬污染的最根本特征是不能被降解而消除，在自然界凈化循環(huán)中，只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)，從甲地遷移到乙地，由高濃度變成低濃度。同時(shí)，重金屬污染易通過(guò)食物鏈而富集，從而對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生重要影響。目前，重金屬污染防治已成為當(dāng)今環(huán)境研究熱點(diǎn)之一。,微生物對(duì)重金屬的抗性機(jī)

15、制,生物吸附胞外沉淀胞內(nèi)隔絕主動(dòng)運(yùn)輸生物轉(zhuǎn)化,重金屬降解微生物的應(yīng)用技術(shù) —微生物修復(fù)技術(shù),1.微生物淋濾技術(shù)2.微生物表面展示技術(shù)3.細(xì)菌表面展示技術(shù)4.酵母表面展示技術(shù)5.噬菌體表面展示技術(shù)6.植物菌根修復(fù)技術(shù)7.異位修復(fù)技術(shù)8.原位修復(fù)技術(shù),1.微生物淋濾技術(shù),利用微生物的直接轉(zhuǎn)化作用或其代謝產(chǎn)物的間接轉(zhuǎn)化作用 ，產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)

16、合、吸附或溶解作用，將固相中某些不溶性成分(如重金屬、硫及其它金屬)分離浸提出來(lái)的一種技術(shù) 。 用于難浸提礦石或貧礦中金屬的溶出與回收，又稱(chēng)微生物濕法冶金。 一些嗜酸細(xì)菌被廣泛用于銅、金等金屬的浸提。如在氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌作用下，污泥中難溶性金屬硫化物被氧化成金屬硫酸鹽而溶出，通過(guò)固液分離即可達(dá)到取出或提取重金屬的目的。,2.微生物表面展示技術(shù),表面展示技術(shù):利用基因工程手段，將外源目

17、的基因克隆到特定的表達(dá)載體中，使其表達(dá)產(chǎn)物（重金屬結(jié)合肽）與外膜蛋白或噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式呈現(xiàn)在細(xì)胞表面或噬菌體表面。 融合蛋白賦予微生物對(duì)重金屬的親和力，或增強(qiáng)其原本的親和能力。如：通過(guò)多肽上的組氨酸和半胱氨酸等氨基酸殘基，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的親和吸附。 PS:重金屬結(jié)合多肽可以是從抗性菌株中獲得的天然多肽，也可以是人工改造的更高效的合成多肽。,3.細(xì)菌表面展示技術(shù),目前 ,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出幾個(gè)以外膜蛋白、

18、纖毛和鞭毛為基礎(chǔ)的細(xì)菌展示系統(tǒng) ,纖毛與其他載體分子相比有某些優(yōu)點(diǎn) ,它大量呈現(xiàn)在細(xì)菌表面 ,與環(huán)境持續(xù)接觸。 構(gòu)建重復(fù)多肽，如六聚組氨酸多肽、162 個(gè)氨基酸的多聚組氨酸等，可以通過(guò)細(xì)菌表面展示用于重金屬降解修復(fù)。可以提高抗性菌種對(duì)某一重金屬的結(jié)合能力，而且往往成倍提高。,4.酵母表面展示技術(shù),作為生物吸附劑的表面工程酵母菌 ,其特性依賴(lài)于展示蛋白結(jié)合金屬離子的能力 ,細(xì)胞表面對(duì)重金屬離子的吸附在細(xì)胞對(duì)金屬離子毒性

19、的抗性能力方面起主要作用。,5.噬菌體表面展示技術(shù),將外源DNA片段插入噬菌體編碼蛋白的基因PⅢ或PⅥ中，使外源DNA片段對(duì)應(yīng)的表達(dá)產(chǎn)物融合在噬菌體的外殼蛋白中形成融合蛋白，呈現(xiàn)在噬菌體表面。 該技術(shù)將蛋白質(zhì)分子的表型和基因型巧妙地結(jié)合于噬菌體這樣一個(gè)便于對(duì)其進(jìn)行一系列生化和遺傳操作的載體上，從而大大簡(jiǎn)化了蛋白質(zhì)分子表達(dá)文庫(kù)的篩選和鑒定。,6.植物菌根修復(fù)技術(shù),微生物死亡分解或環(huán)境條件改變，會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌固定的重金屬部分活

20、化而重新釋放到環(huán)境中。 植物及其根際微生物體系，協(xié)調(diào)形成菌根，將重金屬積累到超富集植物體中，從而徹底從環(huán)境中清除出去。兩者結(jié)合，能使兩者對(duì)重金屬的耐受能力同時(shí)增強(qiáng) 。 其技術(shù)核心在于篩選有較強(qiáng)降解能力的菌種和適宜的共生植物,從而得到有效的菌根。,,,微生物修復(fù)技術(shù)的局限性,(1) 一種微生物只能降解特定一種或幾種重金屬，而非所有重金屬。(2) 特定的微生物只降解特定類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì),狀態(tài)稍有變化的化合物就可能不會(huì)

21、被同一微生物酶所破壞。(3) 特定污染地點(diǎn)或污染物可能限制修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，如在一些低滲透的土壤中可能不宜使用微生物修復(fù),因?yàn)檫@類(lèi)土壤或在這類(lèi)土壤中的注水井會(huì)由于細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)多而阻塞。(4) 微生物修復(fù)技術(shù)受各種環(huán)境因素的影響較大,因?yàn)槲⑸锘钚允軠囟取?氧氣、 水分、 pH等環(huán)境條件的變化影響。與物理法、 化學(xué)法相比,這一技術(shù)治理污染的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。(5) 有些情況下,生物修復(fù)不能將污染物全部去除,當(dāng)污染物濃度太低,不足以維持降解細(xì)