环境中金属离子长期存在的结果，使自然界中形成了一些特殊微生物，它们对有毒金属离子具有抗性，可以使金属元素发生转化作用。汞、铅、锡、硒、砷等金属或类金属离子都能够在微生物的作用下发生转化，以汞为例说明微生物对重金属的转化作用。

汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞和有机汞化合物三种，各形态的汞一般具有毒性。但毒性大小不同，其毒性大小的顺序可以按无机汞、金属汞和有机汞的顺序递增。其中烷基汞是已知的毒性最大的汞化合物，其中甲基汞的毒性最大。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被生物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级传递放大，最后由鱼类等进入人体。汞的微生物转化的主要方式是生物甲基化和还原作用。

1．汞的甲基化

汞的甲基化产物有一甲基汞和二甲基汞。甲基钴胺素(CHs3CoB12）是金属甲基化过程中甲基基团的重要生物来源。当含汞污水排入水体后，无机汞被颗粒物吸着沉入水底，通过微生物体内的甲基钴胺素转移酶进行汞的甲基化转变。在微生物的作用下，甲基钴胺素中的甲基能以CH-3的形式与Hg2＋作用生成甲基汞反应无论在好氧条件下还是在厌氧条件下，只要有甲基钴胺素存在，在微生物作用下反应就能实现。

汞的甲基化既可在厌氧条件下发生，也可在好氧条件下发生。在厌氧条件下，主要转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，但二甲基汞容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在好氧条件下，主要转化为一甲基汞，在pH=4~5的弱酸性水中，二甲基汞也可以转化为一甲基汞。一甲基汞为水溶性物质，易被生物吸收而进入食物链。

汞甲基化是在微生物存在下完成的。这一过程既可在水体的底泥中进行，也可在鱼体内进行。Hg2＋还能在乙醛、乙醇和甲醇作用下经紫外线辐射进行甲基化。这一过程比微生物的甲基化要快得多。但Cl-对光化学过程有抑制作用，故可推知，在海水中上述过程进行缓慢。

自然界的生物是相互作用、相互制约的。受汞污染的底泥中还存在另一种抗汞微生物，它们具有反甲基化作用，能去除甲基汞的毒性。这些微生物能把HgC12还原成单质汞，也可使有机汞转化成单质汞及相应的有机物。利用微生物的这种功能可发展生物治汞技术。此外，二甲基汞还可以通过酸解反应、脱汞反应及蒸发损失，使水体中的有机汞降解成为无机汞，减少其毒性。

据研究，一甲基汞的形成速率要比二甲基汞的形成速率大6000倍。但是在有H2S存在的条件下，则容易转化为二甲基汞，其反应为：

2CH3HgCl + H2S一→（CH3Hg)2S + 2HCl

(CH3Hg)2S一→（CH3)2Hg + HgS

这一过程可使不饱和的甲基完全甲基化。例如，能使（CH3)3Pb＋转化为（CH3)4Pb。

一甲基汞可因氯化物浓度和pH不同而形成氯化甲基汞或氢氧化甲基汞。

CH3Hg+ +Cl一→CH3HgCl

CH3HgCl +H2O一→CH3HgOH + HCl

在中性和酸性条件下（pH<7),氯化甲基汞是主要形态。影响无机汞甲基化的因素有很多，主要有以下几方面。

①无机汞的形态研究表明，只有Hg2+对甲基化是有效的，Hg2+浓度越高，对甲基化越有利。排入水体的其他各种形态的汞都要转化为Hg2+才能甲基化。单质汞和硫化汞的甲基化过程可表示如下。

实验结果表明：对单质汞来说，过程Ⅱ是甲基化速率的控制步骤。对硫化汞则由于过程Ⅰ的速率极慢，控制着硫化汞的甲基化速率。据测定单质汞和硫化汞甲基化的速率比为1：10^-3。

②微生物的数量和种类

参与发生甲基化过程的微生物越多，甲基汞合成的速率就越快，所以水环境中的甲基化往往在有机沉积物的最上层和悬浮的有机质部分。但是，有些微生物能把甲基汞分解成甲烷和单质汞等（反甲基化作用）。反甲基化微生物的数量则影响和控制着甲基汞的分解速率。

③温度、营养物及pH

由于甲基化速率与反甲基化速率都与微生物的活动有关，所以在一定的pH条件下（一般为pH4.5~6.5)，适当地提高温度，增加营养物质，必然促进和增加微生物的活动，因而有利于甲基化或反甲基化作用的进行。

④其他物质

如当水体中存在大量Cl-或H2S时，由于Cl-对汞离子有强烈的配合作用，H2S与汞离子形成溶解度极小的硫化汞，降低了汞离子浓度而使甲基化速率减慢。
甲基汞与二甲基汞可以相互转化，主要决定于环境的pH。据研究，不论是在实验室还是在自然界的沉积物中，合成甲基汞的最佳pH都是4.5。在较高的pH下易生成二甲基汞，在较低的pH下二甲基汞可转变为甲基汞。

汞不仅可以在微生物的作用下进行申基化，而且也能在乙醛、乙醇和甲醇的作用下进行甲基化。

2．还原作用

在水体的底泥中还可能存在一类抗汞微生物，能使甲基汞或无机汞变成金属汞。这是微生物以还原作用转化汞的途径，如：

CH3Hg+ +2[H]一→Hg + CH4＋H+

HgCl2 +2[H]一→Hg+2HCl

汞的还原作用反应方向恰好与汞的生物甲基化方向相反，故又称为生物去甲基化。常见的抗汞微生物是假单胞菌属。