微生物代谢物中的低分子有机酸对土壤中重金属生物有效性的影响

张 馨

（贵州省建设学校 贵州贵阳 551400）

1 低分子有机酸对重金属生物有效性的影响

低分子量有机酸是一种带有一个或多个羧基功能团的低分子量碳氢氧化合物，广泛存在于植物体内、植物根际区域和土壤环境中[1]。主要来源于植物根系分泌，微生物代谢等多种途径。低分子量有机酸在植物-土壤系统中具有重要的生态功能，其中影响土壤中重金属生物有效性成为其重要生态功能之一[2]。

土壤中的重金属以不同的化学形态存在于土壤固相或土壤液相，土壤固相和液相中的金属处于一个动态平衡，但土壤液相中的重金属的移动性和生物有效性最大[7]。在土壤环境中，微生物与金属的生物地球化学循环密切相关，微生物的代谢产物有机酸可以络合土壤固相吸附或结合的金属，从而增加其移动性和生物有效性[7]。

微生物活化土壤重金属的途径包括：促进难溶性金属化合物/矿物（金属氧化物、金属磷酸盐、金属硫化物）的溶解和促进粘土矿物或有机质表面吸附的金属的解吸作用，使土壤固相中的金属转移到液相，从而增加重金属的有效性和促进植物对金属的吸收[7]。微生物分泌的胞外代谢物有机酸（如柠檬酸、草酸等）仅能酸化土壤环境，而且与金属有很强地结合能力，从而促进土壤金属的溶解和解吸作用。例如，土壤接种Azotobacter chroococcum（固氮细菌），Bacillusmegaterium（磷溶解菌） 和 Bacillusmucilaginosus（钾溶解菌）、Bacillussp.RJ16显著降低土壤pH，增加Cd，Pb和Zn的生物有效性，其原因可能在于分泌某些低分子量的有机酸；Saravanan等研究也发现，内生菌Gluconacetobacter diazotrophices能有效地促进ZnO、ZnCO3和Zn3(PO4)2溶解，其原因可能在于其分泌有机酸——5-葡萄酮酸。在营养充分的条件下，微生物可以促进Cd的溶解，从土壤中溶解出来的Cd主要是和低分子量的有机酸结合在一起[8]。由于有机酸能提高重金属生物有效性特点，被用于植物修复重金属污染土壤中。

近年来，植物修复技术有许多物理、化学方法不可比拟的优点，如费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染、美化环境等[6]而受到了国内外研究者、政府和企业等各界人士的高度。

然而，土壤中的重金属的移动性和生物有效性低成为限制植物修复重金属污染土壤应用的主要因素。原因在于重金属进入土壤后，极易与土壤中的有机物或无机物形成不溶性沉淀或吸附在土壤颗粒表面而难以被植物吸收。土壤中的重金属要被植物根系吸收，首先以溶解态转入土壤溶液，成为植物的可吸收态[3]。为了克服土壤重金属生物有效性低的缺点，研究者常常施加螯合剂（如EDTA、EDDS、TNT等）或有机酸促进土壤中重金属的解析或溶解，提高土壤溶液中重金属浓度，从而促进植物吸收重金属。然而，通常合成螯合剂有一定的植物毒性，并且在土壤环境中难以降解，从而增加了环境风险[5]。有机酸由于自身的低植物毒性和在土壤中容易被微生物降解或者矿化，不会对植物造成毒害，受到了研究者的广泛关注。有关有机酸辅助植物修复重金属污染土壤的文献报告有很多[2]。例如[4]盆栽试验发现，添加有机酸的蒲公英叶片的长势均比对照的好，以添加柠檬酸的蒲公英长势最好。而且，经有机酸处理的植株地上部对镉的富集系数增大。主要原因在于有机酸如草酸、乳酸等为弱酸，施入到土壤当中改变了土壤的理化条件，使得土壤中的镉化学形态从难吸收态转变为植物易吸收形态，从而促进植株对镉吸收作用。

[1]赤杰,范中南,孙宝利,等.土壤及植物复合体系中有机酸的测定.环境科学与技术,2010.33(9):130-134.

[2]丁永祯,李志安,邹碧,等.土壤低分子量有机酸及其生态功能.土壤,2005.37(3):243-250.

[3]旷远文,温达志,钟传文,等.根系分泌物及其在植物修复中的作用.植物生态学报,2003.27(5):709-717.

[4]潘伟,梁彦秋,刘婷婷,等.有机酸在修复Cd污染土壤中的作用研究.环境科学与管理,2006.31(8):76-78.

[5]Amarasiriwardena D,Baoshan Xing,do Nascimento CWA.Comparison of natural organic acids and synthetic chelates at enhancing phytoextraction ofmetals from amulti-metal contaminated soil.EnvironmentalPollution,2006.140:114-123.

[6]Angle JS,Brown SL,Chaney RL,etal.Zinc and cadmium uptakeby hyperaccumulator Thlaspicaerulescens grown in nutrient solution.Soil Science Society ofAmerica Journal,1995.59:125-133.

[7]Gadd GM.Transformation and mobilization ofmetals,metalloids,and radionuclides by microorganisma.In:Violante A,Huang PM,Gadd GM(eds),Biophysico-chemical processes of heavymetals and metalloids in soilenvironments.JohnWiley&Sons.Inc.2008,:53-96.

[8]Geesey GG,Jolley JG,Lang L.Binding ofmetal ion by extracellular polymersofbiofilm bacteria.Water SciTechnol,1989.20:161-165.

[9]Mccue KF,Ortiz DF,RuscittiT.Transportofmetalbinding peptides by HMT1,a fission yeast ABC-type vacuolarmembrane protein.JournalofBiologicalChemistry,1995.270:4721-4728.