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《微生物幾種可能的代謝防御機(jī)制》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、1.微生物量的影響Mcgrath用熏蒸法測(cè)定了連續(xù)20a施用污泥的農(nóng)田土壤微生物生物量,發(fā)現(xiàn)其微生物量比施用糞肥的土壤低得多[18]。Kandeler等人研究指出Cu、Zn、Pb等重金屬污染礦區(qū)土壤的微生物生物量受到嚴(yán)重影響,F(xiàn)liebbach等研究結(jié)果表明低濃度的重金屬能刺激微生物的生長(zhǎng),增加微生物生物量碳;而高濃度重金屬則導(dǎo)致土壤微生物量碳的明顯下降[12]Khan等采用室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),研究了Cd、Pb和Zn對(duì)紅壤微生物生物量的影響,當(dāng)其濃度分別為30ugg-1、450ugg-1、150ugg-1時(shí)導(dǎo)致微生物
2、生物量的顯著下降[13]。姚槐應(yīng)等研究了外源銅對(duì)不同利用方式下紅壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明外源銅對(duì)不同利用方式的紅壤微生物群落結(jié)構(gòu)有明顯影響,且重金屬污染降低了土壤微生物對(duì)碳源的利用效率。2.重金屬對(duì)微生物的生物化學(xué)過(guò)程及反應(yīng)微生物的代謝熵(qCO2)作為微生物活性反應(yīng)指標(biāo)之一,即用來(lái)定量表征單位生物量的微生物在單位時(shí)間里的呼吸作用的大小。土壤環(huán)境受到脅迫或干擾條件下,微生物為了維持生存可能需要更多的能量,而使土壤微生物的代謝活性發(fā)生不同程度的反應(yīng)。土壤微生物的代謝熵通常隨著重金屬污染程度的增加而上升。
3、Brookes和Mcgrath研究認(rèn)為重金屬污染土壤的代謝熵是未污染土壤的兩倍[21,Chander和Brookes采用14C標(biāo)記的葡萄糖和玉米為基質(zhì),研究土壤微生物對(duì)不同濃度重金屬的反應(yīng),高濃度重金屬污染土壤中微生物利用有機(jī)碳更多地作為能源,以CO2的形式釋放,而低濃度重金屬污染土壤中微生物能更有效地利用有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為生物量碳[21,22]。Giovanni等研究認(rèn)為土壤中重金屬含量與土壤呼吸作用呈正相關(guān),而且代謝熵與重金屬濃度的相關(guān)性更好。Fliepbach等人研究了重金屬脅迫下土壤微生物的呼吸效應(yīng),其結(jié)果表
4、明基礎(chǔ)呼吸隨著重金屬的污染程度而下降。但有人發(fā)現(xiàn)加入低濃度Cd和Zn反而會(huì)促進(jìn)呼吸作用[12]。Killham等采用14C標(biāo)記的葡萄糖為基質(zhì)添加至土壤進(jìn)行研究,認(rèn)為微生物代謝熵的變化是土壤呼吸作用或脫氫酶活性變化值的兩倍[5]。因此,土壤微生物的代謝熵(qCO2)可作為重金屬脅迫下土壤微生物生理代謝特征的一個(gè)敏感指標(biāo)。3.微生物對(duì)重金屬的生物積累微生物對(duì)重金屬的生物積累機(jī)理主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合作用、胞外沉淀作用以及胞內(nèi)積累三種作用方式。4.微生物對(duì)重金屬的生物轉(zhuǎn)化一些微生物可對(duì)重金屬進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化,其主要作用機(jī)理是
5、微生物能夠通過(guò)氧化、還原、甲基化和脫甲基化作用轉(zhuǎn)化重金屬,改變其毒性,從而形成了某些微生物對(duì)重金屬的解毒機(jī)制[4,6]。微生物也可通過(guò)改變重金屬的氧化還原狀態(tài),使重金屬化合價(jià)發(fā)生變化,重金屬的穩(wěn)定性也相應(yīng)地隨之變化。Silver等提出,在細(xì)菌作用下氧化還原是最有希望的有毒廢物生物修復(fù)系統(tǒng)。另外,金屬價(jià)態(tài)改變后,金屬的絡(luò)合能力也發(fā)生變化,一些微生物的分泌物與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用,這可能是微生物具有降低重金屬毒性的一種機(jī)理。由于微生物對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的親合吸附性能,有毒金屬離子可以沉積在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基
6、質(zhì)上,或被輕度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。一些微生物如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸還原菌以及某些藻類,能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團(tuán),與重金屬離子形成絡(luò)合物[4,6]。Macaskie等分離的檸檬酸酸細(xì)菌,具有一種抗鎘的酸性磷酸酯酶,分解有機(jī)的2-磷酸甘油,產(chǎn)生HPO42-與Cd2+形成CdHPO4沉淀。Horvath從空氣中分離耐重金屬的真菌,82種分離菌株中,有52種(鏈孢屬、曲霉屬、枝孢屬、青霉屬、紅酵母屬、葡萄穗霉屬等)耐性濃度為10mM的重金屬。重金屬進(jìn)入細(xì)胞后,可通過(guò)“區(qū)域化作
7、用”分布在細(xì)胞內(nèi)的不同部位,體內(nèi)可合成金屬硫蛋白(MT),MT可通過(guò)Cys殘基上的巰基與金屬離子結(jié)合形成無(wú)毒或低毒絡(luò)合物。微生物的重金屬抗性與MT積累成正相關(guān),這使細(xì)菌質(zhì)粒可能有抗重金屬的基因,如丁香假單胞菌和大腸桿菌含抗Cu的基因,芽孢桿菌和葡萄球菌含抗Cd和Zn的基因,產(chǎn)堿菌含抗Cd、Ni及Co的基因,革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌中含抗砷和銻的基因。5.重金屬作用下微生物代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律重金屬對(duì)胞外聚合物(EPS)的影響、對(duì)溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)的影響。微生物代謝產(chǎn)物主要分為胞外聚合物和溶解性微生物產(chǎn)物兩
8、類。胞外聚合物的成分有微生物細(xì)胞分泌的粘液、莢膜、微生物的排泄物、代謝和水解產(chǎn)物、以及吸附的廢水中的有機(jī)物等。一般緊密附著在細(xì)胞壁上,可以形成保護(hù)層,預(yù)防細(xì)胞免遭惡劣環(huán)境影響,并且可以在細(xì)胞的饑餓期間為細(xì)胞提供部分碳源和能源[8]。溶解性微生物產(chǎn)物是微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物,此外還有部分消亡過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)胞產(chǎn)物和細(xì)胞碎片。微生物代謝產(chǎn)物會(huì)對(duì)處理反應(yīng)產(chǎn)生多方面影響。胞外聚