第10章 微生物修復(fù)-1

第10章微生物修復(fù)-1微生物修復(fù)

第一節(jié)微生物系統(tǒng)簡(jiǎn)介第二節(jié)有機(jī)污染的微生物修復(fù)第三節(jié)無(wú)機(jī)污染的微生物修復(fù)第一節(jié)微生物系統(tǒng)簡(jiǎn)介1、微生物包括細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等特點(diǎn)：在土壤中數(shù)量高，繁殖快。土壤微生物的數(shù)量很大，l克土壤中就有幾億到幾百億個(gè)。l畝地耕層土壤中，微生物的重量有幾百斤到上千斤。土壤越肥沃，微生物越多。知識(shí)介紹細(xì)菌是微生物世界中數(shù)量和種類(lèi)最多的族群，他們是屬于原核生物，包括了螺菌(spirillum)、弧菌(vibrio)、螺旋體(spirocote)、放線(xiàn)菌(actiunomyces)、桿菌(bacillus)、球菌(coccus)、霉?jié){菌(mycoplasma)、立克次體(rickettsia)、衣原體(chlamydia)。

放線(xiàn)菌實(shí)際上是細(xì)菌家族中的一員，是一類(lèi)具有絲狀分枝細(xì)胞的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，因菌落呈放射狀而名，放線(xiàn)菌最喜歡生活在有機(jī)質(zhì)豐富的微堿性土壤中，泥土所特有的"泥腥味"就是由放線(xiàn)菌產(chǎn)生的。

真菌是真核生物，可能有一個(gè)細(xì)胞核或多個(gè)細(xì)胞核。談到真菌，我們會(huì)想到的大概是市場(chǎng)買(mǎi)的美味的菇類(lèi)或是面包上的霉菌。其實(shí)真菌與植物頗為相像，只不過(guò)真菌不能進(jìn)行光合作用。長(zhǎng)菌絲的單細(xì)胞原始真菌視為酵母菌。這些真菌和生物界的元素循環(huán)亦扮演著重要的角色，特別是纖維素或木質(zhì)素的分解，在醫(yī)學(xué)上，第一種抗生素－盤(pán)尼西林－是由真菌產(chǎn)生，但有一些真菌卻會(huì)產(chǎn)生毒素使人致死；也有的真菌感染雖然不會(huì)致死，但卻會(huì)使人非常不舒服，如香港腳。除了與人的健康有關(guān)外，真菌也與我們?nèi)粘５氖澄锷a(chǎn)有關(guān)，如醬油和味精。

原生蟲(chóng)是單細(xì)胞的真核生物。在食物鏈中，原生蟲(chóng)扮演的是一級(jí)消費(fèi)者，并支持著食物鏈上層的生物，它們可以靠鞭毛，纖毛或偽足來(lái)移動(dòng)。在廢水處理廠(chǎng)中，原生蟲(chóng)扮演了減少細(xì)菌數(shù)量的重要角色。它們也幫助反芻動(dòng)物分解胃內(nèi)食物。但有些原生蟲(chóng)如Giardialamblia造成下痢，使人病痛不欲生。

藻類(lèi)有細(xì)胞壁，因?yàn)樗鼈冇腥~綠素，所以它們被誤認(rèn)為是類(lèi)似植物的生物。在食物鏈中，它們是第一級(jí)的生產(chǎn)者。另一方面，它們也是造成水的腥味或富營(yíng)養(yǎng)化的原因。有一些藻類(lèi)如渦鞭藻會(huì)產(chǎn)生劇毒，造成人類(lèi)中毒。其中藍(lán)綠藻是屬于原核生物，但綠藻則是真核生物。固氮魚(yú)腥藻

病毒是目前發(fā)現(xiàn)最小的微生物，他們只能在活的生物體中存活，而且不管動(dòng)物或植物都難逃病毒的攻擊。一般的感冒、泡疹和肝炎都是病毒所造成的疾病。在過(guò)去二十年，最嚴(yán)重的病－AIDS是由稱(chēng)為"HIV"的病毒所造成的。盡管它們對(duì)生物有很大的害處，由于它們可以將遺傳物質(zhì)插入宿主，病毒現(xiàn)在廣為用來(lái)進(jìn)行遺傳工程的實(shí)驗(yàn)，隨著科技的不斷發(fā)展，微生物在生物學(xué)的研究上漸漸成為一個(gè)主要的學(xué)科。

一般土壤中細(xì)菌為107～108個(gè)/g土放線(xiàn)菌106～107個(gè)/g土，真菌105～106個(gè)/g土，藻類(lèi)104～105個(gè)/g土。作用：分解有機(jī)質(zhì)、合成腐殖質(zhì)，在土壤總的代謝活性中起重要的作用。土壤中生物的數(shù)量：微生物數(shù)量最多，生物量最大>>動(dòng)物動(dòng)物中，蚯蚓、原生動(dòng)物>線(xiàn)蟲(chóng)、馬陸、蜈蚣、昆蟲(chóng)生物類(lèi)群干物質(zhì)(kg/hm2)每hm2數(shù)量(個(gè))生物類(lèi)群干物質(zhì)(kg/hm2)每hm2數(shù)量(個(gè))細(xì)菌26002×1018蚯蚓1007×103真菌20008×1016蟬螨24×105放線(xiàn)菌2206×1017蜈蚣201×103藻類(lèi)103×1014蟻類(lèi)55×106原生動(dòng)物1007×1016昆蟲(chóng)355×107線(xiàn)蟲(chóng)202.5×1010鼠類(lèi)104×1051）碳源洋蔥假單胞菌可以利用90多種有機(jī)物2）能源:對(duì)于大多數(shù)微生物來(lái)說(shuō)，碳源就是能源3）氮源N2、氨源、銨源，硝酸鹽、有機(jī)含氮物4）生長(zhǎng)因子：AA，嘌呤，嘧啶，維生素5）無(wú)機(jī)鹽：C/N，C/P；N，P常是限制因子。6）水2微生物的營(yíng)養(yǎng)要求3微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型:是土壤中數(shù)量最多的微生物。包括全部真菌和絕大部分細(xì)菌化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：數(shù)量不多。在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起重要作用。亞硝酸和硝酸細(xì)菌，硫氧化細(xì)菌，鐵細(xì)菌（鐵細(xì)菌在生活過(guò)程中，攝取鐵質(zhì)和硅酸等無(wú)機(jī)物。在沼澤和湖泊中，鐵元素通常以可溶性的氫氧化亞鐵的形式存在，被鐵細(xì)菌懾入后，在菌體內(nèi)經(jīng)過(guò)酶的催化作用，把它氧化成不溶性的三氧化二鐵。），氫細(xì)菌

《科技日?qǐng)?bào)》2002年6月17日發(fā)酵產(chǎn)氫：廢水處理的新方法利用某些工業(yè)廢水作為原料，既能提供豐富的氫能源（比現(xiàn)有方法的氫氣排放增加47％），又可以大大節(jié)省工業(yè)廢水處理費(fèi)用的氫氣排放發(fā)酵新工藝，由美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程教授羅根等人開(kāi)發(fā)成功。在賓州大學(xué)的試驗(yàn)中，發(fā)酵法所使用的細(xì)菌來(lái)自普通花園土壤。研究人員對(duì)收集的土壤進(jìn)行加熱處理，殺死耗氫細(xì)菌和非產(chǎn)氫細(xì)菌，只留下產(chǎn)氫細(xì)菌。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些產(chǎn)氫細(xì)菌會(huì)很快地成活。將熱處理過(guò)的土壤同工業(yè)葡萄糖、蔗糖、纖維素、乳酸鹽及糖漿等混合，在微酸性、缺氧條件下發(fā)酵，便可產(chǎn)生高濃度的氫氣。通常，由糖果制造廠(chǎng)、罐頭食品廠(chǎng)、糖廠(chǎng)及其他工廠(chǎng)排出的廢水，富含葡萄糖及蔗糖。通過(guò)產(chǎn)出氫氣，將這些糖中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成燃料電池中的電能，既可以實(shí)現(xiàn)廢水處理，又可以獲得再生能源，一箭雙雕。除此之外，這種發(fā)酵新工藝還可減少?gòu)U水處理中充氣器的使用，極大地降低了廢水處理的成本。用這種方法獲得的氫不僅可為汽車(chē)提供動(dòng)力源，而且可成為各種燃料電池的能源，如家用電站、臺(tái)式計(jì)算機(jī)和手提電話(huà)等所使用的微型燃料電池的能源。（張孟軍）

太空食物自從人類(lèi)建立太空站以后，科學(xué)家便一直在尋找一種吃不完的再生食物源，特別是美國(guó)國(guó)家航空和宇航局，為了解決長(zhǎng)途宇宙航行，以及在遠(yuǎn)離地球環(huán)境（如在月球上）維持人類(lèi)生活所必須的食物問(wèn)題，開(kāi)展了對(duì)永恒食物——太空食物的研究，以獲得一種生物物質(zhì)循環(huán)的永久性吃不完的食品。經(jīng)過(guò)幾十年的艱辛研究，終于研制出這種神奇的食品“復(fù)制”裝置。這種太空食品是利用一種叫做“氫細(xì)菌”的微生物來(lái)制造的。氫細(xì)菌是一種以氫氣為惟一能源、以二氫化碳為惟一碳源而生長(zhǎng)的細(xì)菌，即僅僅依靠氣體作自己的養(yǎng)分來(lái)制造人類(lèi)食物的微生物。從而開(kāi)辟了人類(lèi)在太空旅行中食物來(lái)源的新蹊徑。這樣，在宇宙中遨游時(shí)，人們不需攜帶任何食品，只要靠這種生物物質(zhì)循環(huán)的密閉裝置就能生存。這種生物物質(zhì)循環(huán)裝置，能將人體排泄出來(lái)的水，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能電池的電解，變成氫和氧。所生成的氧一部分供人呼吸用，另一部分同氫和人體呼出的二氧化碳以及排出的尿素一起通入氫細(xì)菌培養(yǎng)槽中。氫細(xì)菌在培養(yǎng)槽中大量繁殖，最后得到與肉類(lèi)相似的氫細(xì)菌菌體，經(jīng)過(guò)處理后就成了人類(lèi)的食物，這就是吃不完的宇宙飛船食品。這種食品含的蛋白質(zhì)高達(dá)70%至80%，各種氨基酸組成很全面，超過(guò)大豆和動(dòng)物性蛋白。其中賴(lài)氨酸含量很高，蛋氨酸、亮氨酸、異亮氨酸含量也很豐富，消化率為98.9%。宇航員吃進(jìn)這種食物，消化吸收后的排泄物，經(jīng)處理后又回到氫細(xì)菌的培養(yǎng)槽中，使氫細(xì)菌重新生長(zhǎng)繁殖，不斷提供食物。如此循環(huán)不止，食品就永遠(yuǎn)也吃不完。這樣，人在宇宙旅行中，既解決了食物問(wèn)題，又解決了缺氧問(wèn)題，一舉多得?？茖W(xué)家按菌濃度3.5克／升進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)時(shí)，其生產(chǎn)效率為每升培養(yǎng)液每小時(shí)可得1.4克干菌體。所以，在宇宙飛行站中，每人配備20升的氫細(xì)菌培養(yǎng)裝置，就能得到維持生活所必需的食物。(2002.9)

光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：以光能為原料，還原CO2需要有機(jī)化合物作為供氫體。如，深紅紅螺菌光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型：以光能為原料，還原CO2需要無(wú)機(jī)化合物作為供氫體。藻類(lèi)和大多數(shù)光合細(xì)菌4影響微生物生長(zhǎng)的條件1）溫度低溫菌（5-20oC），中溫菌（20-40oC），高溫菌（40-60oC）2）pH嗜堿微生物：多為細(xì)菌，如尿素分解菌嗜酸微生物：硫桿菌真菌喜好酸性環(huán)境，pH=5細(xì)菌喜好堿性環(huán)境，pH=83）氧氣專(zhuān)性好氧，微好氧，耐氧，兼性厭氧，厭氧5微生物的呼吸類(lèi)型好氣性(aerobic)微生物：這類(lèi)微生物在有氧環(huán)境中生長(zhǎng)，以氧分子為呼吸基質(zhì)氧化時(shí)的最終電子受體。由于來(lái)自空氣中的氧能不斷供應(yīng)，所以能使基質(zhì)徹底氧化，釋放出全部能量。土壤中大多數(shù)細(xì)菌，如芽孢桿菌、假單胞菌、根瘤菌、硝酸化細(xì)菌和硫化細(xì)菌等都屬于這一類(lèi)。另外土壤放線(xiàn)菌、藻類(lèi)等也屬于好氣性微生物。厭氣性(anaerobic)微生物：這類(lèi)微生物在嫌氣條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸，以無(wú)機(jī)氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作為最終電子受體，通過(guò)脫氧酶將氫傳遞給其它的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物，并使之還原。土壤中的嫌氣固氮菌就屬于這一類(lèi)。另外，產(chǎn)甲烷細(xì)菌和脫硫弧菌等也屬于嫌氣性微生物。

兼厭氣性(‘facultative)微生物：典型的有酵母菌，大腸桿菌，反硝化細(xì)菌這是一類(lèi)在有氧和無(wú)氧環(huán)境中均能進(jìn)行呼吸的土壤微生物。在有氧環(huán)境中，它們與其它好氣性細(xì)菌一樣進(jìn)行有氧呼吸。而在缺氧環(huán)境中，它們能將呼吸基質(zhì)徹底氧化，以硝酸或碳酸中的氧作為受氫體，使硝酸還原為亞硝酸或分子氮，使硫酸還原為硫或硫化氫6微生物生態(tài)生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境、生物與生物之間的相互關(guān)系的科學(xué)。生態(tài)學(xué)研究的層次包括個(gè)體（individual）,種群（population）,群落（community）和生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）。微生物生態(tài)學(xué)研究的層次主要是種群和群落。

微生物種群之間的相互作用1）中性共棲(neutralism)2）偏利共棲（commensalism）3)協(xié)同共棲（synergism）4)共生（nutualism）5)競(jìng)爭(zhēng)（competition）6)偏害共棲（amensalism）7)捕食（Predation）8）寄生（parasitism）表微生物種群之間的相互作用類(lèi)型作用名稱(chēng)種群A種群B作用名稱(chēng)種群A種群B中性共棲00偏利共棲0+協(xié)同共棲++共生++競(jìng)爭(zhēng)--偏害共棲0/+-捕食+-寄生+-第二節(jié)有機(jī)污染的微生物修復(fù)本節(jié)討論微生物對(duì)環(huán)境有機(jī)污染物形態(tài)和毒性的影響，包括降解作用，共代謝作用、去毒作用，和激活作用1微生物的降解作用基質(zhì)代謝的生理過(guò)程包括：==向基質(zhì)接近：生物要降解，首先要與之接近==對(duì)固體基質(zhì)吸附：吸附作用必不可少.==分泌胞外酶：將大分子降解為小分子的必要手段==基質(zhì)的跨膜運(yùn)輸：被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）:主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）:

被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）:順濃度，無(wú)載體，無(wú)選擇性，不需能量主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）：逆濃度，有載體，有選擇性，需能量2共代謝所謂共代謝(Co-metabolism)是指有些難以降解的化合物不能被完全礦化利用,降解菌在降解這些化合物時(shí)，必須從其它底物獲得大部分碳源和能源?；蛘?，指微生物群落在利用另一化學(xué)物質(zhì)作為碳源或能源的同時(shí)，使環(huán)境中存在的其它污染物也得以參與代謝轉(zhuǎn)化的過(guò)程。共代謝是許多污染物降解的主要機(jī)制。[e’pksaid]共代謝的原因1）缺少進(jìn)一步降解的酶系微生物的第一個(gè)酶或酶系可以將基質(zhì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，但該產(chǎn)物不能被這個(gè)微生物的其他酶系進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，故代謝中間產(chǎn)物不能供生物合成和能量代謝用。這是共代謝的主要原因。2）中間產(chǎn)物的抑制作用基質(zhì)最初轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物抑制了在以后起礦化作用的酶系的活性或抑制了該微生物的生長(zhǎng)。3）需要另外的基質(zhì)有些微生物需要第二種基質(zhì)進(jìn)行特定的反應(yīng)。如提供當(dāng)前細(xì)胞反應(yīng)中不能供應(yīng)充分的物質(zhì)，如電子供體。共代謝的環(huán)境意義共代謝造成不良的環(huán)境影響，這是因?yàn)椋?）共代謝中微生物數(shù)量不增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率低。2）共代謝是有機(jī)產(chǎn)物積累，特別是有毒產(chǎn)物積累3）增加了污染物微生物修復(fù)的不可預(yù)測(cè)性?？疾炝宋宸N共代謝基質(zhì)對(duì)2,4-DCP(2,4-二氯代酚)降解的影響，發(fā)現(xiàn)苯酚和4-MCP(2-氯代酚)能明顯促進(jìn)共代謝降解過(guò)程，葡萄糖和酵母膏的促進(jìn)作用不明顯，2-MCP沒(méi)有促進(jìn)作用。共代謝的應(yīng)用研究3微生物的去毒作用去毒作用（detoxification）:指污染物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低或去除其對(duì)于敏感物種的有害性。去毒作用導(dǎo)致鈍化作用，即將在毒理學(xué)上具有活性的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)活性的產(chǎn)物。包括下述反應(yīng)類(lèi)型：常見(jiàn)去毒反應(yīng)1）水解作用(hy’drolysis)通常是酯鍵或酰胺鍵的水解使毒物脫毒。2）羥基化作用（hydroxy’lation）在苯環(huán)或脂肪鏈上引入羥基

3）脫鹵作用（dehalogenation）許多有毒化合物都含有鹵素4）甲基化（’methylation）對(duì)有毒的酚類(lèi)加入甲基可使酚類(lèi)鈍化。5）硝基還原（nitroreduction）硝基對(duì)生物通常都是有毒的。

6）扼和作用（conju’gation）生物體內(nèi)的中間代謝產(chǎn)物和異生素可以進(jìn)行合成反應(yīng)，稱(chēng)為conjugation。結(jié)合后形成的產(chǎn)物一般沒(méi)有毒性。一般一種微生物可以以一種或多種方式使毒物脫毒。4微生物的激活作用與去毒作用相反，激活作用(activation)指將無(wú)害的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有毒產(chǎn)物的過(guò)程。在某種意義上講，微生物也可以產(chǎn)生新的污染物。因此，我們應(yīng)該了解生物修復(fù)未必就是消除了有害物質(zhì)的危險(xiǎn)性。激活作用可以發(fā)生在微生物活躍的任何環(huán)境。激活作用及其特點(diǎn)無(wú)毒化合物活化致癌物致畸物致突變物急性毒物毒植物素抗菌素緩慢礦化迅速礦化持久性ActiviationanditscharacterizationnontoxiccompoundsactivatingCar’cinogens‘teratogens‘mutagensAcutetoxinsPhyto’toxinsantibacteriaSlowminer.Rapidminer.persistent激活反應(yīng)1）脫鹵反應(yīng)如三氯乙烯（TCE）脫氯形成氯乙烯，氯乙烯是強(qiáng)致癌物。Cl2CCHCl-------ClHCCH2TCE的用途十分廣泛。在甲烷營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)物中不進(jìn)行脫鹵，而形成三氯乙醛，后者是致癌物又有急性毒性。如果和乙醇一起攝入會(huì)立即失去知覺(jué)。

2）亞硝胺的形成NNO上式是亞硝胺化合物的基本結(jié)構(gòu)，它是很強(qiáng)的致癌、致畸和致突變物。RR’

3）環(huán)氧化作用微生物可以使一些帶雙鍵的化合物新春環(huán)氧化物。如艾氏劑變?yōu)榄h(huán)氧化物狄氏劑。HCCH------HCCHO

4)硫代磷酸酯轉(zhuǎn)化為磷酸酯5）苯氧羧酸的代謝6）硫醚的氧化7）酯的水解8）甲基化9）去甲基化激活作用的類(lèi)型1）典型激活產(chǎn)物比前體更具毒性；遷移性更強(qiáng)；更持久。如艾氏劑使用后轉(zhuǎn)變?yōu)榈沂蟿８?，更持久。二甲胺轉(zhuǎn)化為N-亞硝基二甲胺，毒性更強(qiáng)，更易移動(dòng)進(jìn)入地下水，更持久。Dieldrin二甲胺

Dimethylamine分子式:(CH3)2NHN-亞硝基二甲胺,

二甲基亞硝胺C2H6N2O

2）緩解B（有毒）A(無(wú)毒)--------C（無(wú)毒）激活緩解

3）生物毒性譜的變化對(duì)一類(lèi)生物有毒的化合物，在分子結(jié)構(gòu)改變以后會(huì)對(duì)完全不同的另一類(lèi)生物有害，這即是毒性譜（toxicityspectrum）的變化。化學(xué)結(jié)構(gòu)變化引起毒性譜的變化舉例毒性譜變化化學(xué)反應(yīng)舉例抗真菌劑-致癌物前體福美雙—二甲胺殺蟲(chóng)劑—魚(yú)類(lèi)毒素DDT—1,1-二氯-雙(4-氯苯基)乙烷殺蟲(chóng)劑—?dú)Ⅱ齽〥DT—1,1-二氯-雙(4-氯苯基)乙烷除草劑—基因毒性產(chǎn)物敵稗—3,3‘,4,4’-四氯偶氮苯第3節(jié)無(wú)機(jī)污染的微生物修復(fù)

微生物修復(fù)-2一、無(wú)機(jī)污染物的修復(fù)方法物理方法:化學(xué)方法:生物方法：生物通過(guò)改變無(wú)機(jī)污染物的形態(tài)降低它們的毒性；生物還可以對(duì)污染物進(jìn)行固定，移動(dòng)或轉(zhuǎn)化，改變它們?cè)诃h(huán)境中的遷移特性和形態(tài)。包括：生物積累，生物吸著，氧化，還原，甲基化，去甲基化，金屬-有機(jī)絡(luò)合，配位體衰減（liganddegradation）。二、無(wú)機(jī)污染物的生物積累和生物吸著生物積累（bioaccumulation）：是生物的主動(dòng)吸收過(guò)程，需要使用代謝能來(lái)同化。生物吸著（biosorption）：不需要代謝能。通常是無(wú)機(jī)污染物與細(xì)胞外表面的配位體或官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合。微生物還可以通過(guò)細(xì)胞內(nèi)部的各種細(xì)胞質(zhì)配位體（如多聚磷酸鹽，蛋白質(zhì)）的絡(luò)合作用而多價(jià)螯合金屬。1生物積累和生物吸著的方式微生物結(jié)合無(wú)機(jī)污染物表現(xiàn)出有選擇性，甚至更甚于合成的化學(xué)吸著劑。微生物對(duì)金屬的吸著和積累的選擇性取決于不同配位體結(jié)合部位對(duì)金屬的選擇性。如，細(xì)胞質(zhì)中Cd能與多聚磷酸鹽或含硫蛋白質(zhì)絡(luò)合，也能在細(xì)胞外形成磷酸鎘和硫化鎘沉淀。因?yàn)镃d偏好P和S配位體。

1）金屬磷酸鹽、金屬硫化物沉淀。金屬可以在細(xì)胞表面形成金屬磷酸鹽和金屬硫化物沉淀。檸檬酸桿菌屬（Citrobacter）可促進(jìn)磷酸鎘沉淀，也可以主動(dòng)沉淀鈾為磷酸雙氧鈾。

2）細(xì)胞胞外多聚體細(xì)胞胞外有夾膜或粘膜層可產(chǎn)生多種胞外多聚體，主要是多糖、蛋白質(zhì)和核酸。但以雜合體如糖蛋白，脂多糖等存在。胞外多聚體能夠吸著自然條件下或廢水處理設(shè)施中的重金屬和放射性核素。胞外多聚體的產(chǎn)生可以通過(guò)控制培養(yǎng)條件，如碳源、氮源，即其他營(yíng)養(yǎng)條件而實(shí)現(xiàn)。

3）金屬硫蛋白，植物螯合肽，和其他金屬結(jié)合蛋白①金屬硫蛋白（Metallothionein,MT）②植物螯合肽（phytochelatin）

4)鐵載體（嗜鐵素）鐵載體又稱(chēng)嗜鐵素、鐵螯合劑，是一種低分子量的Fe3+的配位化合物。它是由許多依賴(lài)鐵的微生物（尤其是細(xì)菌和真菌）在鐵受限制的條件下分泌出來(lái)的，能從環(huán)境中積累鐵供植物生長(zhǎng)。鐵載體主要有兩類(lèi)：酚鹽-兒茶酚鹽型異羥肟酸鹽型

5）真菌來(lái)源物質(zhì)對(duì)金屬的去除許多真菌的細(xì)胞含有幾丁質(zhì)(chitin)，這種N-乙酰葡萄糖氨多聚體是一種有效的金屬和放射性核素的吸附劑?？梢杂糜趶U水的處理

6）衍生、誘導(dǎo)或分泌的微生物產(chǎn)物與金屬去除所有的生物物資都對(duì)重金屬和放射性核素有高度的親和性。金屬與這些成分結(jié)合的相對(duì)效率很大程度上取決于金屬種類(lèi)、形態(tài)、和存在的金屬結(jié)合配位體的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)活性。實(shí)際應(yīng)用在工業(yè)上采用多種方式生物積累無(wú)機(jī)物。可以采用活細(xì)胞，也可以采用固定化的細(xì)胞。1）活細(xì)胞去除廢水中的金屬可以是單一的或者是混合的微生物系統(tǒng)，也可以是高等植物。如，加入生活污水培養(yǎng)藻類(lèi)和藍(lán)細(xì)菌讓其產(chǎn)生藻華，降低礦山廢水中的重金屬，F(xiàn)e,Hg,Cd,Zn,Cu.美國(guó)HomestakeBuick鉛礦，使用迷宮式的渠道，去除金屬到達(dá)99%以上。

2）固定細(xì)胞生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理氰化物、硫氰化物和氨水。生物膜去除重金屬注意生物量要定期回收生物轉(zhuǎn)盤(pán)由盤(pán)片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置組成。盤(pán)片采用插片式連接，以中心管為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的兩端安設(shè)在半圓形接觸反應(yīng)槽的支座上。按照有無(wú)氧參與，生物轉(zhuǎn)盤(pán)分為好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)和厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)。好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)盤(pán)面積約40%浸沒(méi)在槽內(nèi)的污水中，轉(zhuǎn)軸高出水面10-25cm；厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)的盤(pán)片大部分或全部浸沒(méi)于水中，接觸反應(yīng)槽密封，以利于厭氧反應(yīng)的進(jìn)行和收集沼氣。2生物氧化還原微生物通過(guò)直接或間接的氧化作用和還原作用，可改變無(wú)機(jī)污染物的價(jià)態(tài)。金屬價(jià)態(tài)的改變會(huì)影響到金屬的溶解性、移動(dòng)性以及毒性。Cr3+毒性低(產(chǎn)生沉淀)，Cr6+毒性高，易移動(dòng)As3+易移動(dòng)，As5+易產(chǎn)生沉淀1）直接還原-酶的作用Fe3

+---Fe2+；Mn4+--Mn2+;通常伴隨有機(jī)質(zhì)的氧化U6+--U4+(沉淀)Cr6+---Cr