微生物治理重金属污染讲稿.ppt
微生物治理重金属污染第一页，讲稿共二十九页哦本组成员名单指导老师：朴哲组长：徐康成员：夏斯琦、徐康、徐梦蝶、许晨辉课程：环境微生物学第二页，讲稿共二十九页哦课题的研究背景研究目标与内容预期研究成果主要研究方法分工及时间安排结论研究结果的分析第三页，讲稿共二十九页哦什么是重金属？什么是重金属？化学上常把密度大于4.5g/cm3,主要有金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。其中对人体毒害最大的有5种：铅、汞、铬、砷、镉。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。第四页，讲稿共二十九页哦常见的重金属污染常见的重金属污染1 汞污染汞污染2 镉污染镉污染3 铬污染铬污染4铅污染铅污染5砷污染砷污染第五页，讲稿共二十九页哦水俣病事件甲基汞中毒1953年年-1968年，发生在日本熊本县的水俣镇。水俣镇一家氮肥公年，发生在日本熊本县的水俣镇。水俣镇一家氮肥公司在生产氯乙稀和醋酸乙稀时，采取了低成本的汞催化剂工艺，排放司在生产氯乙稀和醋酸乙稀时，采取了低成本的汞催化剂工艺，排放到海湾中的废水含有重金属汞，然后汞经过生物化学反应转变成甲基到海湾中的废水含有重金属汞，然后汞经过生物化学反应转变成甲基汞，通过食物链富集在鱼虾和贝类体中，人或动物长期食用后就会中汞，通过食物链富集在鱼虾和贝类体中，人或动物长期食用后就会中毒。毒。1950年，人们开始发现一些奇怪的猫，步态不稳，抽筋麻痹，年，人们开始发现一些奇怪的猫，步态不稳，抽筋麻痹，最后跳入水中溺死，当地人称之为最后跳入水中溺死，当地人称之为“自杀猫自杀猫”，“猫跳海猫跳海”。1953年，年，该镇发现了一些奇怪的病人，开始时口齿不清，步态不稳，面部痴吴，该镇发现了一些奇怪的病人，开始时口齿不清，步态不稳，面部痴吴，进而耳聋眼瞎，全身麻木，最后神经失常，身体弯弓惨叫而死。人们进而耳聋眼瞎，全身麻木，最后神经失常，身体弯弓惨叫而死。人们将这种病称为将这种病称为“水俣病水俣病”。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中人，其中1004人死亡。人死亡。第六页，讲稿共二十九页哦水俣事件第七页，讲稿共二十九页哦骨痛病事件（富山事件）1955 1955年年年年-1972-1972年，发生在日本的富山市。日本三井金属公司排出年，发生在日本的富山市。日本三井金属公司排出年，发生在日本的富山市。日本三井金属公司排出年，发生在日本的富山市。日本三井金属公司排出的含镉废水流入神通川河，重金属的含镉废水流入神通川河，重金属的含镉废水流入神通川河，重金属的含镉废水流入神通川河，重金属“镉镉镉镉”逐渐在河流中积累。神通川河岸逐渐在河流中积累。神通川河岸逐渐在河流中积累。神通川河岸逐渐在河流中积累。神通川河岸的老百姓人长期饮用含镉河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，重金属的老百姓人长期饮用含镉河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，重金属的老百姓人长期饮用含镉河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，重金属的老百姓人长期饮用含镉河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，重金属“镉镉镉镉”就富集在人体中，危害人体健康。就富集在人体中，危害人体健康。就富集在人体中，危害人体健康。就富集在人体中，危害人体健康。日本富山县的铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了日本富山县的铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了日本富山县的铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了日本富山县的铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了重金属重金属重金属重金属 镉镉镉镉。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就会得会得会得会得 痛痛病痛痛病痛痛病痛痛病。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。患者初。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。患者初。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。患者初。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。患者初发病时，腰、手、脚疼痛，以后疼通逐渐加剧，渐渐变成全身骨痛，行动发病时，腰、手、脚疼痛，以后疼通逐渐加剧，渐渐变成全身骨痛，行动发病时，腰、手、脚疼痛，以后疼通逐渐加剧，渐渐变成全身骨痛，行动发病时，腰、手、脚疼痛，以后疼通逐渐加剧，渐渐变成全身骨痛，行动困难，出现骨萎缩，骨弯曲，骨软化等症状，进而发生困难，出现骨萎缩，骨弯曲，骨软化等症状，进而发生困难，出现骨萎缩，骨弯曲，骨软化等症状，进而发生困难，出现骨萎缩，骨弯曲，骨软化等症状，进而发生自然骨折自然骨折自然骨折自然骨折。病人日。病人日。病人日。病人日夜卧床，不断喊痛，最后在疼痛中死运去，这就是世界著名的骨痛病。夜卧床，不断喊痛，最后在疼痛中死运去，这就是世界著名的骨痛病。夜卧床，不断喊痛，最后在疼痛中死运去，这就是世界著名的骨痛病。夜卧床，不断喊痛，最后在疼痛中死运去，这就是世界著名的骨痛病。经患者尸体解剖，有的患者全身骨折达经患者尸体解剖，有的患者全身骨折达经患者尸体解剖，有的患者全身骨折达经患者尸体解剖，有的患者全身骨折达7272处，身长也缩短了处，身长也缩短了处，身长也缩短了处，身长也缩短了3030厘米。厘米。厘米。厘米。在此事件中，就诊患者在此事件中，就诊患者在此事件中，就诊患者在此事件中，就诊患者258258人，其中死亡者人，其中死亡者人，其中死亡者人，其中死亡者207207人。人。人。人。第八页，讲稿共二十九页哦毒胶囊事件毒胶囊事件 河北一些企业，用生石灰处理河北一些企业，用生石灰处理皮革废料，熬制成工业明胶，卖给绍皮革废料，熬制成工业明胶，卖给绍兴新昌一些企业制成药用胶囊，最终兴新昌一些企业制成药用胶囊，最终流入药品企业，进入患者腹中。由于流入药品企业，进入患者腹中。由于皮革在工业加工时，要使用含铬的鞣皮革在工业加工时，要使用含铬的鞣制剂，因此这样制成的胶囊，往往制剂，因此这样制成的胶囊，往往重重重重金属铬金属铬金属铬金属铬超标。经检测，修正药业等超标。经检测，修正药业等9 9家药厂家药厂1313个批次药品，所用胶囊重金属铬个批次药品，所用胶囊重金属铬含量超标。重金属铬超标最多达含量超标。重金属铬超标最多达9090倍倍 想吃果冻了，舔下皮鞋，想喝老酸奶想吃果冻了，舔下皮鞋，想喝老酸奶想吃果冻了，舔下皮鞋，想喝老酸奶想吃果冻了，舔下皮鞋，想喝老酸奶了，舔下皮鞋，感冒要吃药了，还是了，舔下皮鞋，感冒要吃药了，还是了，舔下皮鞋，感冒要吃药了，还是了，舔下皮鞋，感冒要吃药了，还是舔下皮鞋！舔下皮鞋！舔下皮鞋！舔下皮鞋！上得了厅堂，下得了厨房，上得了厅堂，下得了厨房，上得了厅堂，下得了厨房，上得了厅堂，下得了厨房，爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸爬得了高山，涉得了水塘，制得成酸奶，压得成胶囊，奶，压得成胶囊，奶，压得成胶囊，奶，压得成胶囊，20122012，皮鞋很，皮鞋很，皮鞋很，皮鞋很忙！忙！忙！忙！第九页，讲稿共二十九页哦 化妆化妆品品 主要重金属主要重金属：汞、铅、铋，来自美白类化妆品及颜色亮丽的唇膏。主要危害主要危害：含有汞的美白类化妆品会引起接触性皮炎、红斑丘疹、水疱，愈后面部色素加深。含铅化妆品易引起粉刺、红斑、脱皮、过敏性皮炎、皮肤癌、毁容等。唇膏中的铋长期被误食入体内会对肝、肾造成伤害。美白类化妆品中普遍含有汞和铅，汞能减少皮肤的黑色素生成。铅也有美白效果，可使皮肤明显光滑、白细，黑斑和粉刺也迅速消退。唇膏中往往含有铋，铋能增加唇膏的光泽。第十页，讲稿共二十九页哦理解重金属的定义了解各种重金属的危害与来源通过查询资料、组间成员的相互讨论等方式掌握微生物对重金属污染治理的应用技术第十一页，讲稿共二十九页哦汞（汞（Hg）污染）污染来源：来源：主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明化妆品、照明用灯、齿科材料、用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等。燃煤、水生生物等。危害危害：血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达：血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；如果急性汞中毒，会诱发肝物链进入人体，引起全身中毒作用；如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。炎和血尿。易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；天然水中含汞易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；天然水中含汞极少，一般不超过极少，一般不超过0.1g/L。正常人血液中的汞小于正常人血液中的汞小于5-10微克微克/升，升，尿液中的汞浓度小于尿液中的汞浓度小于20微克微克/升升第十二页，讲稿共二十九页哦镉（镉（Cd）污染）污染危害：危害：危害：危害：镉不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主镉不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主镉不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主镉不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉能够取代骨中钙，使骨要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉能够取代骨中钙，使骨要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉能够取代骨中钙，使骨要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉能够取代骨中钙，使骨骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升。锌的酶系统，导致高血压症上升。锌的酶系统，导致高血压症上升。锌的酶系统，导致高血压症上升。镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏松和软化松和软化松和软化松和软化 来源：来源：镉主要来源采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废镉主要来源采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水；废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，水；废旧电池中镉含量较高、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。在奶制品和谷物中也有少量存在。第十三页，讲稿共二十九页哦易感人群易感人群主要是主要是主要是主要是矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉0.1mg/L0.1mg/L时，时，时，时，可轻度抑制地面水的自净作用，用含镉可轻度抑制地面水的自净作用，用含镉可轻度抑制地面水的自净作用，用含镉可轻度抑制地面水的自净作用，用含镉0.04Mg/L0.04Mg/L的水进行灌溉的水进行灌溉的水进行灌溉的水进行灌溉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉0.007mg/L0.007mg/L时，时，时，时，即可造成污染。正常人血液中的镉浓度小于即可造成污染。正常人血液中的镉浓度小于即可造成污染。正常人血液中的镉浓度小于即可造成污染。正常人血液中的镉浓度小于5 5微克微克微克微克/升，尿中小升，尿中小升，尿中小升，尿中小于于于于1 1微克微克微克微克/升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。第十四页，讲稿共二十九页哦铬（铬（Cr）污染）污染主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，可致橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，可致腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏性皮炎或湿疹，呼吸进入，对呼吸道有性皮炎或湿疹，呼吸进入，对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎等。水污染严重地区居民，经常接触或等。水污染严重地区居民，经常接触或过量摄入者，易得鼻炎、结核病、腹泻、过量摄入者，易得鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等。支气管炎、皮炎等。第十五页，讲稿共二十九页哦铅污染铅污染 主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等 。它是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应它是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为下人群。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，用含铅，用含铅0.14.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。人体内正常的铅的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。人体内正常的铅含量应该在含量应该在0.1毫克毫克/升，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。升，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多。第十六页，讲稿共二十九页哦砷污染砷污染砷是人体的非必需元素，元素砷的毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷化合物毒性更强。砷主要通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入体内。无机砷在肝脏经甲基化后主要代谢为二甲胂酸，经肾脏排出体外。当砷的摄入量超过排泄量时，就会在肺、肾、脾、骨骼等部位，特别是毛发、指甲中蓄积。三价砷在体内的蓄积性和毒性均较五价砷大。第十七页，讲稿共二十九页哦定义：定义：重金属污染指由重金属及其化合物造成的环境污染，主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物造成的污染。重金属污染重金属污染 Heavy-metal contamination 第十八页，讲稿共二十九页哦 特征特征：重金属污染的最根本特征是不能被降解而消除，在自然界净化循环中，只能从一种形态转化为另一种形态，从甲地迁移到乙地，由高浓度变成低浓度。同时，重金属污染易通过食物链而富集，从而对人类健康产生重要影响。目前，重金属污染防治已成为当今环境研究热点之一。第十九页，讲稿共二十九页哦微生物对重金属的抗性机制微生物对重金属的抗性机制生物吸附生物吸附胞外沉淀胞外沉淀胞内隔绝胞内隔绝主动运输主动运输生物转化生物转化第二十页，讲稿共二十九页哦 重金属降解微生物的应用技术 微生物修复技术1.微生物淋滤技术2.微生物表面展示技术3.细菌表面展示技术4.酵母表面展示技术5.噬菌体表面展示技术6.植物菌根修复技术7.异位修复技术8.原位修复技术第二十一页，讲稿共二十九页哦1.微生物淋滤技术微生物淋滤技术 利用微生物的直接转化作用或其代谢产物的间接利用微生物的直接转化作用或其代谢产物的间接转化作用转化作用 ，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金如重金属、硫及其它金属属)分离浸提出来的一种技术分离浸提出来的一种技术 。用于难浸提矿石或贫矿中金属的溶出与回收，又用于难浸提矿石或贫矿中金属的溶出与回收，又称称微生物湿法冶金。一些嗜酸细菌被广泛用于铜、金等金属的浸提。如在氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌作用下，污泥中作用下，污泥中难溶性金属硫化物被氧化成金属硫酸盐而溶出，通过固液难溶性金属硫化物被氧化成金属硫酸盐而溶出，通过固液分离即可达到取出或提取重金属的目的。分离即可达到取出或提取重金属的目的。第二十二页，讲稿共二十九页哦2.微生物表面展示技术微生物表面展示技术 表面展示技术表面展示技术:利用基因工程手段，将外源目的基因克隆到特定的表达载体中，使其表达产物（重金属结合肽）与外膜蛋白或噬菌体外壳蛋白以融合蛋白的形式呈现在细胞表面或噬菌体表面。融合蛋白赋予微生物对重金属的亲和力，或增强其原本的亲和能力。如：通过多肽上的组氨酸和半胱氨酸等氨基酸残基，实现对重金属的亲和吸附。PS:重金属结合多肽可以是从抗性菌株中获得的天然多肽，重金属结合多肽可以是从抗性菌株中获得的天然多肽，也可以是人工改造的更高效的合成多肽。也可以是人工改造的更高效的合成多肽。第二十三页，讲稿共二十九页哦3.细菌表面展示技术细菌表面展示技术 目前目前 ,已经开发出几个以外膜蛋白、纤毛和鞭毛为基已经开发出几个以外膜蛋白、纤毛和鞭毛为基础的细菌展示系统础的细菌展示系统 ,纤毛与其他载体分子相比有某些优点纤毛与其他载体分子相比有某些优点 ,它大量呈现在细菌表面,与环境持续接触。构建重复多肽，如六聚组氨酸多肽、构建重复多肽，如六聚组氨酸多肽、162 个氨基个氨基酸的多聚组氨酸等，可以通过细菌表面展示用于重金属降酸的多聚组氨酸等，可以通过细菌表面展示用于重金属降解修复。可以提高抗性菌种对某一重金属的结合能力，而解修复。可以提高抗性菌种对某一重金属的结合能力，而且往往成倍提高。且往往成倍提高。第二十四页，讲稿共二十九页哦第二十五页，讲稿共二十九页哦4.酵母表面展示技术 作为生物吸附剂的表面工程酵母菌,其特性依赖于展示蛋白结合金属离子的能力,细胞表面对重金属离子的吸附在细胞对金属离子毒性的抗性能力方面起主要作用。第二十六页，讲稿共二十九页哦5.噬菌体表面展示技术 将外源将外源DNA片段插入噬菌体编码蛋白的基因片段插入噬菌体编码蛋白的基因P P或或P P中，使外源中，使外源DNADNA片段对应的表达产物融合在噬菌体的外壳蛋白中形成融合蛋白，呈现在噬菌体表面。该技术将蛋白质分子的表型和基因型巧妙地结合于噬该技术将蛋白质分子的表型和基因型巧妙地结合于噬菌体这样一个便于对其进行一系列生化和遗传操作的载体菌体这样一个便于对其进行一系列生化和遗传操作的载体上，从而大大简化了蛋白质分子表达文库的筛选和鉴定。上，从而大大简化了蛋白质分子表达文库的筛选和鉴定。第二十七页，讲稿共二十九页哦6.植物菌根修复技术 微生物死亡分解或环境条件改变，会导致细菌固定的重金属部分活化而重新释放到环境中。植物及其根际微生物体系，协调形成菌根，将重金属积累到超富集植物体中，从而彻底从环境中清除出去。两者结合，能使两者对重金属的耐受能力同时增强。其技术核心在于筛选有较强降解能力的菌种和适宜的共生植物,从而得到有效的菌根。第二十八页，讲稿共二十九页哦第二十九页，讲稿共二十九页哦
