综述：生态工程修复：基于微生物和根际策略的重金属解毒技术

这篇综述系统探讨了利用根际微生物（PGPR）和植物协同作用实现重金属（HM）污染修复的生态工程策略，重点阐述了生物吸附（biosorption）、生物积累（bioaccumulation）和生物矿化（biomineralization）等机制，并指出基因工程微生物（GEMs）和组学技术（omics）在优化修复效率中的应用前景。

　　

引言

工业革命和采矿活动导致重金属（HMs）在环境中的积累，威胁生态系统和人类健康。传统物理化学修复方法成本高且易产生二次污染，而生物修复利用微生物代谢能力实现可持续解毒。根际微生物通过自然进化机制耐受高金属浓度，例如假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）可耐受3 mM CdCl₂·H₂O，芽孢杆菌（Bacillus cereus）对汞和铅的最小抑制浓度（MIC）分别达10 mg/mL和1 mg/mL。

重金属污染来源

污染源分为自然和人为两类。火山喷发释放汞、铅等金属，而工业活动（采矿、电镀）和农业（农药、肥料）是主要人为来源。例如，电池制造业废水中铅浓度达10-50 mg/L，纺织业铬污染高达50-100 mg/L。

微生物修复机制

根际微生物通过四种核心机制解毒：

1. 生物吸附：金属离子与细胞壁结合（如假单胞菌对铅的离子交换）；
2. 生物转化：如Cr(VI)还原为低毒Cr(III)；
3. 生物矿化：生成不溶性沉淀（如CdS）；
4. 胞外聚合物（EPS）：通过多糖螯合金属。

基因工程菌的应用与风险

基因改造可增强微生物修复能力，例如将拟南芥（Arabidopsis thaliana）的植物螯合素合成酶基因导入根瘤菌（Mesorhizobium huakuii），显著提升植物耐镉性。但基因水平转移（HGT）风险需严格评估，欧盟《2001/18/EC指令》要求对GEMs进行生态安全审查。

根际互作与次生代谢物

植物分泌黄酮类（flavonoids）和有机酸招募微生物，而微生物通过群体感应（QS）调控生物膜形成。例如，酰基高丝氨酸内酯（acyl-HSL）信号分子可激活植物抗逆基因，同时促进铁载体（siderophores）分泌以螯合金属离子。

挑战与展望

当前限制包括环境压力（如pH波动）、降解速率慢及规模化成本。未来需结合功能基因组学开发定制菌剂，并通过AI设计微生物群落优化修复效率。田间试验表明，芽孢杆菌（Bacillus subtilis）使杂交狼尾草（Pennisetum）镉积累量提升29%，但商业化仍需政策支持。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献内容）