Page 53 - 碳中和视角下环保产业的发展研究

第二章 土壤污染与微生物修复技术

3+
6+
例如，土壤中大部分Cr 以沉淀的形式存在，相对而言Cr 稳定，毒害程度大。
在好氧条件下水溶性的有毒 Cr6+ 可以被 Coryne bacterium 以及其他微生物还原
3+
为水溶性较差的 Cr3+，且土壤胶体对 Cr 具有强烈的吸附作用，在土壤中难以
再迁移。微生物在稻田土壤中介导砷的解毒作用，决定了砷在土壤中的行为和对
水稻的可利用性。在淹水的水稻土中，土壤 As（V）还原成 As（III），增加其
移动性和水稻砷的有效性。在水稻土中分离出一株属于食酸菌属的细菌 ST3，该
细菌能在厌氧条件下将硝酸根作为电子受体使 As（III）被无氧氧化成 As（V），

降低了稻田土壤可溶性总 As 的浓度。此外，微生物还可以通过改变土壤物理、
化学、生物学性质降低土壤重金属的有效性，例如产聚-γ谷氨酸（Polyγ-glutamic
acid，γ-PGA）细菌菌株提高镉污染土壤滤液中 γ-PGA 的产生量、pH、鞘氨醇

单胞菌（Sphingomonas）和芽孢杆菌（Bacillus）等的相对丰度（24% ～ 30%），
从而固定化镉、降低土壤镉的有效性。
（三）微生物降解土壤农药残留
农药对作物增产和农业管理贡献巨大，但其带来的环境污染以及对非靶标
生物的潜在风险不容忽视。研究表明灭菌处理土壤中吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪等

农药残留降解速率明显低于非灭菌土壤，微生物在新烟碱类杀虫剂的降解过程中
起到了决定性的作用。作为农药降解与消除的主要驱动力，微生物主要通过酶促
反应、非酶促反应等功能降解土壤中残留的农药。酶促反应是指微生物以靶标农

药为底物，通过分泌的胞外酶或者产生胞内酶直接作用于农药，将农药完全降解
或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。而非酶促反应指的是微
生物通过代谢改变农药的环境离子浓度、pH 等物理和化学性质，从而间接促使
农药降解的过程。酶促反应是微生物降解农药的主要形式。例如，枯草芽孢杆菌
YB1 菌株主要通过分泌锰结合 ABC 转运酶、植物过氧化氢酶和乙偶姻脱氢酶 E1

等 3 种酶实现对烟嘧磺隆的降解。此外，微生物分泌的农药降解相关的五类加氧
酶类（黄素依赖型单加氧酶、细胞色素 P450 单加氧酶、Rieske 非血红色铁加氧
酶、Fe（II）/a- 酮戊二酸依赖性双加氧酶以及环裂解双加氧酶）利用分子氧（O 2 ）

作为末端电子受体，实现对农药高效率、低成本、彻底降解。利用微生物参与的
不同酶促反应，构建多种微生物联盟通过协同代谢、分工合作较单一的微生物菌
群更有利于有毒化合物的完全降解，提高农药降解效率。例如，微生物群通过
微生物间的协同代谢，可以有效提高对双对氯苯基三氯乙烷（Dichloro-Diphenyl-

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