“敦煌壁畫”為(wei) 什麽(me) 會(hui) 褪色？航天器材為(wei) 什麽(me) 會(hui) 害怕微生物的入侵？金屬材料是如何參與(yu) 到地球循環裏麵的？金屬與(yu) 微生物之間又有什麽(me) 關(guan) 係？

　　金屬看起來無堅不摧，小小的微生物又是怎麽(me) 將它製服的呢？今天，就讓我們(men) 一起了解微生物與(yu) 金屬“相愛相殺”的那些事兒(er) 。

　　愛“收集”的微生物

　　金屬元素廣泛分布於(yu) 自然環境和人類社會(hui) 生產(chan) 中，在自然環境中，金屬一般以金屬礦物的形式存在於(yu) 岩石圈、土壤圈等，在海洋、湖泊等水環境中一般以金屬離子的形式存在。不管是在岩石圈還是在海水中，微生物都可以完成對金屬的“收集”工作，樂(le) 此不疲。微生物“收集”金屬，也被稱為(wei) 固定金屬、生物濃縮或者生物吸附作用。

　　微生物“收集”金屬的方式是非常多樣的，可以歸納為(wei) 胞外吸附絡合、胞外沉澱和胞內(nei) 積累。

　　胞外沉澱是指由細菌產(chan) 生的某些物質和溶液中的金屬發生化學反應，形成不溶的金屬化合物的過程。例如某些細菌細胞表麵的磷酸脂酶能裂解甘油—2磷酸脂，繼而產(chan) 生沉澱，可溶性金屬的磷酸一氫根離子能夠與(yu) 錫、鉛和鈾等重金屬生成微溶於(yu) 水或者不溶於(yu) 水的沉澱，繼而留住了金屬離子。

　　表麵吸附是指微生物表麵的負電荷官能團吸附金屬陽離子的過程。在重金屬汙水中，通常情況下金屬離子為(wei) 陽離子，陽離子會(hui) 不斷地尋求機會(hui) 與(yu) 陰離子結合。恰恰微生物細胞壁表麵存在硫基、磷酸基、羥基、羧基等官能團，使微生物表麵具備“負電荷”，這些官能團能為(wei) 金屬離子提供配位絡合的電子對，使金屬被吸附在細胞壁上，如圖1所示。除此之外，微生物還可通過離子交換、表麵絡合等方式“收集”金屬。

　　圖 1微生物“收集”金屬示意圖

　　胞吞作用（endocytosis）是指微生物細胞內(nei) 固定金屬的過程。由於(yu) 物理化學作用，金屬被吸附到細胞表麵，接著將所“收集”的金屬被吸入到微生物體(ti) 內(nei) ，如圖2所示。例如枯草芽孢杆菌中螯合的鉛有8. 5%通過物理包裹在細胞壁內(nei) 。

　　圖 2胞內(nei) 聚集

　　（圖片來源：工程科學學報）

　　微生物——人類的好助手

　　20世紀80年代報道了一種新的礦產(chan) 勘探技術，利用微生物來對金屬礦藏進行探測。一時間人們(men) 對於(yu) 利用微生物“淘金”產(chan) 生了極大熱情，微生物成為(wei) 了一名光榮的“勘探工人”。

　　微生物之所以能夠幫助人類完成勘探工作，是因為(wei) 不同微生物對於(yu) 重金屬的毒害作用的敏感性是存在差異的。某些微生物可以忍耐含量較高的金屬，因此這些微生物會(hui) 優(you) 先生長於(yu) 高含量金屬地區，探測到了這種特定的微生物，也就相當於(yu) 探測到了金屬礦藏。

　　微生物不僅(jin) 僅(jin) 是勘探工，還是名副其實的“礦工”，能夠有效地將所需要的金屬開采出來。微生物利用自身對礦物的氧化還原特性，將礦物中的金屬溶解到浸礦溶液（一種溶液能夠將固態的礦石轉化為(wei) 液態，繼而獲取含金屬礦液，完成開采）中，或者利用微生物的代謝產(chan) 物 (如檸檬酸、草酸、Fe3+等) 使礦物溶解，也可利用礦物中的金屬絡合將礦物氧化、還原使礦物溶解，繼而實現采礦目的，這也是“壁畫”會(hui) 失去光澤的原因之一。

　　除了探測金屬、開采礦藏以外，微生物還能修複土壤重金屬汙染。

　　工業(ye) 發展帶來了重金屬汙染，被排放到自然環境中的重金屬不僅(jin) 危害著人類，還給各種各樣的微生物帶來了威脅。不過，微生物可以通過降低重金屬元素的毒性來進行“自救”。

　　研究發現，一些微生物在不同的土壤環境中，通過一係列的活動使As、Cr、Hg和Zn等金屬元素的價(jia) 態發生改變，使它們(men) 的毒性、溶解度、遷移性等性質發生改變。例如，一些嗜酸菌能通過自身的代謝活動使高毒性的六價(jia) 鉻（一類致癌物質）轉化為(wei) 低毒的且溶解性更小的三價(jia) 鉻，毒性降低明顯。

　　微生物——工業(ye) 的“大威脅”

　　《神異經》有雲(yun) ：“南方有獸(shou) 焉，角足大小形狀如水牛，皮毛黑如漆，食鐵飲水，其糞可為(wei) 兵器，其利如剛，名曰齧鐵。”，這是我國關(guan) 於(yu) 食鐵獸(shou) 的記載，自然界中恰恰是微生物和植物承擔了“食鐵”之重任。除了相互吸引之外，一些微生物和金屬在某種程度上也是世仇。

　　工業(ye) 設備、航天器材、遠洋船隻等，一直都受到微生物的威脅。因為(wei) 部分微生物的生命活動間接地對金屬腐蝕的電化學過程產(chan) 生影響，繼而加劇金融腐蝕進程，從(cong) 而破壞鋼鐵產(chan) 品，其實質是一種電化學腐蝕。

　　常見的微生物腐蝕金屬菌類有好氧型鐵細菌、錳細菌和厭氧型的硫酸鹽還原菌。其中，好養(yang) 性鐵細菌是從(cong) 氧化二價(jia) 鐵過程中獲得能量，將二價(jia) 鐵離子轉變為(wei) 三價(jia) 鐵離子，並且具備產(chan) 生氫氧化鐵的沉積物能力，形成了鏽蝕垢，不斷加劇腐蝕過程，最終破壞鋼鐵製造的產(chan) 品。

　　金屬與(yu) 微生物之間的關(guan) 係剪不斷，理還亂(luan) ，目前很多作用機理還有待完善。但是人類對於(yu) 微生物在金屬材料領域的應用從(cong) 未停止，尤其是在重金屬汙染處理、土壤修複、尋礦開采、金屬回收利用等方麵應用廣泛。

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