硫酸盐还原菌在重金属生物修复中的应用

硫酸盐还原菌在重金属生物修复中的应用

硫酸盐还原菌（SRB）是一类能够利用硫酸盐作为电子受体进行厌氧呼吸的细菌，广泛存在于各种环境中。近年来，由于其在重金属生物修复方面的潜力，SRB受到了越来越多的关注。

硫酸盐还原菌对铜的抗性和去除机制

研究表明，一些SRB菌株，如Desulfovibrio、Bacteroides和Sulfurovum sp.，对高浓度的金属和金属类物质具有耐受性。例如，锌抗性相关蛋白（ZraP）基因被证实在SRB处理含铜废水的过程中发挥作用。在高浓度Cu(II)条件下，ZraP的表达显著下调，以减少Cu(II)的吸收。此外，脂质转运蛋白-lipid II翻转酶MurJ的表达上调，能够在环境应激期间维持细胞形状和完整性，从而减轻Cu(II)的应激。

硫酸盐还原菌对砷的抗性和去除机制

在富含砷的地下水中，已经检测到Desulfosarcina、Desulfobulbus、Desulfoobacca、Desulfotomaculum、Desulfarculus、Desulfovibrio和Desulfomicrobium等属的SRB，这暗示了SRB与砷之间可能存在关联性。SRB可以通过产生的S2-将As(V)还原为As(III)，但高浓度的As(III) (>40 mg·L−1) 和 As(V) (>75 mg·L−1) 对SRB具有抑制作用。此外，一些SRB菌株，如Desulfosporosinus，具有arrA基因，能够将As(V)还原为As(III)。在中高硫化物浓度下，SRB可以通过产生砷三硫化物（As2S3）、砷二硫化物（As2S2）或砷黄铁矿（FeAsS）来从废水中去除砷，这些物质还可以通过吸附到硫化亚铁（FeS）、磁铁矿和二硫化亚铁（FeS2）的表面来去除。值得注意的是，As2S3的溶解度随pH的增加而增加，因此在酸性条件下更有利于砷的去除。然而，SRB产生的H2S可以将As2S3还原为结晶红砷。

硫酸盐还原菌对汞的去除机制

生物产生的硫化物可以通过形成安全的副产物硫化汞（HgS，Ksp = 10^-36 at 20 °C）来沉淀Hg(II)。然而，大多数SRB可以将Hg(II)甲基化，形成对人体健康具有严重威胁的神经毒性甲基汞（MeHg）。然而，在元素硫还原系统中无法检测到MeHg，且在初始汞浓度为50 mg·L−1时，Hg的去除效率达到99.4%。研究表明，在元素硫还原生物反应器中，甲基化汞功能基因（hgcA）的丰度低于硫酸盐还原生物系统。此外，在元素硫还原系统中，带电的Hg-多硫酸盐络合物（Hg(Sn)22-）无法进入细胞，从而导致甲基汞的产生失败。同时，溶解有机物（DOM）可能与Hg(II)离子结合，从而限制了汞的甲基化过程。

结论

综上所述，SRB在重金属生物修复中具有巨大的潜力。它们可以通过多种机制去除重金属，包括还原、沉淀和吸附。然而，SRB也可能产生一些负面影响，例如产生甲基汞。因此，在应用SRB进行生物修复时，需要进行全面的风险评估和控制。