1. 我学到了哪个知识点?(详细展示一个知识点,只展示一个,并标明出处,满分为0分)
微生物细胞特别是细菌具有胶体粒子的特性,比如细菌细胞表面一般带有负电荷。由于微生物细胞很小,具有很大的比表面积,具有吸附水中有机颗粒、胶体物质和溶解性有机物,特别是疏水性有毒有害有机污染物的能力。水中的金属离子或其他污染物与微生物(如某些藻类,真菌和细菌)的生物质尤其是细胞壁上的特定基团结合,而被动吸附富集到细胞生物质上,这种现象称为生物吸附。微生物细胞表面能与重金属吸附结合的基团有巯基、羧基、羟基等。
2. 我之前是怎么想的?(分值为0-10分;以“我”为主语,详细展示:假设我还不知道上述知识点,我是如何理解的;或从字面意思推测其含义)
我之前认为微生物在有机污染物和金属处理方面的作用仅限于转化和分解。对于吸附作用主体的印象只有活性氧化铝和活性炭这些非生物试剂,对于吸附作用原理的理解也停留在多空结构提供了大量的表面积上。
3. 我之前的想法怎么样?(分值为0-10分;以“我”为主语,比较第一问和第二问的答案,找出冲突,并化解冲突)
我之前的想法浮于表面,认识事物基于经验和常规,没有深入的了解和思考。我只考虑到微生物在体外或者体内能对有机污染物和金属进行转化和分解,没有考虑到微生物细胞具有的一些其他特性,也没有带着结论去反推可能性的思维习惯,这导致了我在思考问题时不够全面。
4. 我应该怎样想才对?(以“我”为主语;证明自己联系了日常生活,如解释现象、识别谣言等(0-20分);并证明自己联系了其他知识或水处理情景,“联系”包括但不限于因果、类比、评价、列举等(0-20分))
我在思考微生物在有机污染物和金属处理方面的意义时应首先想到吸附、分解和转化三大方面,而不是基于我的理解将微生物的作用局限于分解和转化。微生物自身结构和化学性质的复杂性导致了它们往往会有一些出人意料的作用。例如微生物的吸附作用是指利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附废水中的重金属离子,通过固液两相分离达到去除废水中的重金属离子的目的。生物吸附剂为自然界中丰富的生物资源,如澡类、地衣、真菌和细菌等。微生物结构的复杂性以及同一微生物和不同金属间亲和力的差别决定了微生物吸附金属的机理非常复杂,至今尚未得到统一认识。根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布,一般将微生物对金属离子的吸附分为胞外吸附、细胞表面吸附和胞内吸附。一些微生物可以分泌多聚糖,糖蛋白,脂多糖,可溶性氨基酸等胞外聚合物质(EPS),EPS 具有络合或沉淀金属离子的作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物,一些白腐真菌可以分泌柠檬酸(金属螯合剂)或草酸(与金属形成草酸盐沉淀)。研究发现,当茁芽短梗酶分泌EPS 时,Pb2 便积累于整个细胞的表面,且随着细胞的存活时间增长,EPS的分泌量增加,积累干细胞表面的Pb2水平就越高,从最初的 56.9 上升到 215.6mg/g(干重);当把细胞分泌的 EPS 提取出来后, Pb2 便会渗透到细胞内,但 Pb2 的积累量显著减少(最高量仅为 35.8mg/g干重)。
5. 我怎样才能用上它? (以“我”为主语,证明自己在水处理情景中做出了更好的决策(分值0-20分); 对照所学思维模型、学习策略等反思自己的思维模型、学习策略等,并提供改进证据(分值0-20分);若能够提出新假说、新规律、新概念、新理念等,分值上浮0-20分)
目前,利用微生物来吸附水中有机污染物和金属的研究有很多。例如 Zn、Pb 可以与产黄青霉表面的磷酰基和羧基形成络合物,溶液中的阴离子(EDTA、SO42-、C1-、PO33-等)可以与细胞竞争重金属阳离子,形成络合物,从而降低产黄青霉对Zn、Pb的吸附量,这也间接地说明细胞表面对金属离子的吸附确实存在络合机制。金属离子进入细胞后,微生物也可通过区域化作用将其分布于代谢不活跃的区域(如液泡),或将金属离子与热稳定蛋白结合,转变成为低毒的形式。如活酵母吸收的Sr、Co 离子积累于液泡中,而Cd和Cu离子位于酵母的可溶性部分;同时液泡缺陷型酵母对 Zn、Mn、Co、Ni离子的敏感性增加,吸附量降低;但其对Cu和 Cd 离子的吸附与野生型则没有明显的区别。综上所述,微生物在处理水中重金属方面有着很好的前景。但目前研究发现的微生物也仅仅只能处理低浓度废水,且能做到吸附这些重金属的微生物要么培养成本十分昂贵,在水中活性很难保障,要么则会对水体造成二次污染,需要额外工艺来处理。所以找到一些安全又易培养且处理效果好的新型微生物便是我们当下的课题,这需要不断地实验与探索,任重而道远。
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胡玮