研究表明，许多微生物（包括细菌、真菌和藻类）可以生物积累（bioaccumulation）和生物吸着（biological sorption）外部环境中的多种阳离子和核素。 微生物能够在较高金属浓度下生长，这与它们本身固有的或诱导的抗性有关，还与外部环境条件有关，它们可以降低和去除无机污染物的毒性。
生物积累和生物吸着的概念不一样，生物积累是生物的主动吸收过程，需要使用代谢能来同化。 而生物吸着不需要代谢能，通常是无机污染物与细胞外表面的配位体或官能团发生络合。 微生物还可以通过细胞内部的各种细胞质配位体（如多聚磷酸盐、蛋白质）的络合作用而多价螯合金属。
1)生物积累和生物吸着的作用方式
活细胞和死细胞的细胞壁成分、色素、多糖、金属结合蛋白、铁载体都能与重金属、类金属、金属有机物结合。 微生物对金属的吸着和积累主要取决于不同配位体结合部位对金属的选择性。
（1）金属磷酸盐、金属硫化物沉淀
金属可在细胞表面形成金属磷酸盐和金属硫化物沉淀。 柠檬酸杆菌属可以促进磷酸镉沉淀结合镉细菌细胞壁上的磷酸酶使甘油-2-磷酸成为
。
（2）细菌胞外多聚体
细菌胞外有荚膜或黏膜层，可产生多种胞外多聚体，主要是多糖、蛋白质和核酸，但主要以多种杂合多聚体形式存在。 金属和这些多聚体的结合方式，主要包括阳离子基团的离子交换和络合物的形成。 另外，金属化学形式的改变也会形成沉积。
胞外多聚体能够吸着自然条件下或废水处理设施中的重金属和放射性核素。 胞外多聚体的产生可以由培养条件控制，这些条件包括碳源和氮源，以及营养物、污染物离子的存在与否和浓度。
（3）金属硫蛋白、植物螯合肽和其他金属结合蛋白
所有的微生物，如蓝细菌、细菌、藻类和丝状真菌均有金属结合蛋白。
①金属硫蛋白（metallothionein，MT）是富含半胱氨酸的短肽，既可以结合必需的金属元素（如铜和锌），也可以结合非必需的金属元素（如镉）。
第一种方法是构建使MT 基因能够组成型表达的酵母工程菌株，这样菌株可以积累较高量的不能诱导酵母MT 基因转录的金属。(www.xing528.com)
第二种方法是当一接触到合适的分泌信号，MT 基因序列就向胞外释放MT，最终目的是产生对不同金属有特异性的不同MT。
②植物螯合肽（phytochelatin）是小分子的半胱氨肽谷氨酰肽。 藻类和植物有谷氨酰肽，能使重金属脱毒。
（4）铁载体（嗜铁素）
铁载体又称嗜铁素、铁螯合剂，它是由许多依赖铁的微生物（尤其是细菌和真菌）在铁受限制的条件下分泌出来的，能从环境中积累铁供植物生长。 铁载体有两类，即酚盐-儿茶酚盐型和异羟肟酸盐型。 儿茶酚类和异羟肟酸盐类的典型结构分别有肠杆菌素（enterobactin）和高铁色素（ferrichrome）。 这两类物质的合成取决于在铁受限制情况下基质中铁的状态。
（5）真菌来源物质对金属的去除
霉菌和酵母对金属的吸着作用受到很大的重视，因为工业发酵会产生大量的真菌生物量（biomass）。 许多真菌的细胞壁内含几丁质（chitin），这种乙酰葡糖胺多聚体是一种有效的金属和放射性核素的生物吸着剂。
（6）衍生、诱导或分泌的微生物产物与金属去除
实质上所有的生物物质都对重金属和放射性核素有高度亲和性。 其他一些具有显著结合金属能力的分子，可在暴露于致死金属浓度时过量产生，并干扰正常代谢。 然而，存在于微生物中的或分泌出的大多数能结合金属的生物分子是在正常的生长中合成的，并且是细胞的重要结构成分。 金属与这些成分结合的相对效率，很大程度上取决于金属的种类、形态和存在的金属结合配位体的化学性质和反应活性。
2)生物积累作用的实际应用
工业上采用多种方式生物积累无机物，可以采用活细胞也可以采用固定化细胞。 常使用活细胞系统去除废水中的金属。 活细胞系统可使用单一或混合微生物系统，也可加入高等植物。
现已有多种微生物吸着剂投入应用，促进水系统中金属的去除。 微生物大多采用专利技术处理，使用生物量吸着的主要优点是生产费用低，并可以通过改变培养条件和基因操作改变微生物，生产大量的具有选择性的配位体去除污染物。
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