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微生物抗毒
时间:2013-09-04 浏览:

现代工业一方面给人们的生活带来方便及舒适,但另一方面不可避免地影响着环境及环境中的微生物。例如,为了追求粮食高产,现在世界各国都大量使用化肥和农药(杀虫剂、除草剂),而化学肥料和农药的大量使用就容易改变土壤酸碱度及成分,造成土壤微生物群落的变化,严重的可导致土壤板结,使土壤肥力降低。而农药通常不仅杀死有害昆虫等,田间的有益生物也在劫难逃。而且有的农药极难被降解,在环境中的残留时间很长,造成一代代积累,对环境造成极大的破坏。

  微生物个体微小、繁殖迅速、数量巨大、代谢能力强速度快、易于突变,它们较其它生物更易适应环境。当环境条件发生变化,例如有新的化合物存在时,某些微生物能逐步发生改变以适应环境的变化。它们可能通过自然突变形成新的突变种,也可能通过在细胞内产生新的功能而适应新环境。这些特征使得微生物成为污染物降解中的主力军。

  当前已知的环境污染物质达数百万种,其中包括有机污染物如塑料、尼龙等“白色污染”类;农药(杀虫剂、除草剂)、染料等难降解类;抗生素类;石油及石化产品类等等。无机污染物有氨、硝酸盐、汞、砷等等。在自然条件下,有些人工合成的大分子化合物不能被微生物降解(如塑料薄膜类的“白色污染”),有些能被降解但速度很慢(如各种染料和农药)。现在人们通过生物技术,例如人工筛选或者基因改良可以得到比野生菌株降解效率提高很多的优良菌株,从而为治理环境污染物提供了重要的工具。

  微生物在与环境污染物的相互作用中不是完全被动的,很多微生物在与环境的相互作用中有积极主动的一面。像不少致病性细菌对青霉素具有抗药性一样,很多微生物对各种重金属污染也有抗性。微生物为什么能抵抗重金属毒性呢?一般来说原因不外乎下面几种:

  1,减少吸收,使微生物细胞内的重金属含量保持在很低的水平而不产生对细胞的毒害作用。如一种金黄色葡萄球菌对Cd2+的抗性就是如此。

细菌抗汞模型示意图  2,增加排出,有些微生物可以通过主动的方式把细胞内的重金属离子排出细胞外,从而维持细胞内的低含量水平。如一种芽孢杆菌对铜的抗性。

  3,氧化还原作用,很多微生物可以通过氧化作用或还原作用(多数情况)把重金属从毒性较高的价态转变成为毒性较低的价态,从而解除了重金属的毒性。例如对汞的抗性即是如此,自然界中有很多微生物(大肠杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等等)可以把高毒性的Hg2+还原成为低毒的Hg0,形成沉积或挥发到大气中。另外,自然界还有些微生物(大肠杆菌、芽孢杆菌等)可以将高毒的Cr6+还原成为低毒的Cr3+,从而达到解毒的作用。这一原理被应用于电镀废水的生化处理。

  4,在细胞外产生可以结合(包括细胞表面吸附)有毒重金属离子的结合物,从而减少环境中毒性重金属的浓度,达到解毒的目的。如大肠杆菌的抗铜作用即是如此,它可以分泌能结合铜离子的蛋白质,从而降低了铜离子的有效浓度。另外,很多微生物还可以产生H2S,以非特异性的方式结合各种重金属离子,如硫酸盐还原菌即可产生硫化氢结合Fe2+等离子。

肺炎克氏杆菌对镉的吸附(从中可见细胞表面吸附的镉颗粒)  5,吸附作用。很多微生物的细胞表面具有特殊的结构,可以吸附重金属离子,从而达到减少溶液中重金属离子的浓度。有些酵母菌可以吸附很多重金属(如铅、金、银、镍、铀等)或它们的离子,吸附量甚至可达到细胞干重的90%,科学家已经应用微生物的这一特性成功地从各种溶液中回收银、金、铀等贵重金属。

  许多有机污染物本来是作为杀虫剂、杀菌剂、除草剂、防腐剂等而被开发出来,并大量生产和广泛使用的。它们是人工合成的本来在自然界不存在的化合物,一般来说,都是有毒的。它们的使用给工农业生产带来丰收的同时,也广泛地污染着环境。它们可以杀菌或防腐,说明它们对微生物也是有毒有害的,主要表现在以下几个方面的作用:

  (1)造成微生物细胞的裂解,如表面活性剂;
  (2)破坏微生物细胞的能量代谢作用,许多农药有此作用;
  (3)抑制微生物细胞各种酶的活性,导致微生物死亡,许多农药有此作用;
  (4)作为蛋白质变性剂使微生物细胞中的蛋白质变性而死亡,许多洗衣粉和农药有此作用;
  (5)破坏微生物细胞中金属蛋白和金属酶的功能,金属螯合剂有此作用;
  (6)破坏微生物细胞的遗传物质,许多强化学诱变剂如硝基类化合物等有此作用;
  (7)抑制微生物细胞合成功能蛋白,如许多农药可以干扰或破坏细胞内的蛋白质合成。

  至于残留在农田中的农用薄膜,主要是对微生物生态系统功能的破坏。由于它们的存在,阻断了微生物生态系统中的正常的物质、能量和信息的流动与转化,而使其丧失或改变了正常的功能。

 
 
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