近年来,随着工业和医疗行业的快速发展,水环境中的重金属和抗生素污染越来越严重,对生态环境以及人类健康带来很大的威胁。重金属分布范围广,毒性大,有致畸致癌的风险。抗生素广泛存在于各种水体中,不仅对环境造成严重污染,还会导致致病菌产生耐药性,危害人体健康。因此,如何高效去除水体中的重金属和抗生素,是当前环境治理需要解决的主要问题。生物处理法因为成本低、能耗小、条件温和等优势而成为重金属和抗生素去除的重要方法。但这两类污染物的生物毒性强,导致处理效率低,难以实现应用。针对这一问题,本论文提出了细胞表面原位修饰及功能化的思路,提高了细胞对重金属和抗生素的耐受能力和生物去除效率。主要研究结果如下:（1）建立了适用于细菌表面修饰聚多巴胺ATRP（p-ATRP）方法。首先,利用聚多巴胺在细胞表面形成保护层,进而在保护层上进行ATRP聚合反应,建立了p-ATRP方法,实现了细菌活细胞表面原位ATRP修饰。进一步优化确定了最佳反应条件:DMF浓度为2%,引发剂浓度为1.05 m M,选择TPMA为配体,抗坏血酸浓度为10 m M,细菌浓度OD600=4。在此条件下,对希瓦氏菌进行细胞表面修饰,其细胞存活率由传统ATRP方法的约5%提高到70%以上。（2）建立了细胞自催化的无铜ATRP（c-ATRP）方法。研究发现,广泛分布于细胞膜表面的含铁血红素蛋白可以替代传统ATRP反应中必需的铜催化剂催化ATRP反应。在此基础上,利用细胞血红素蛋白的催化特性,建立了c-ATRP方法,实现了活细胞表面无铜ATRP原位修饰,大幅提高了ATRP细胞修饰方法的生物兼容性。基于该c-ATRP方法实现了酵母细胞、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌表面功能化修饰,其单体转化率可达到28%以上,细胞存活率可达到86%以上。（3）采用不同ATRP新方法修饰微生物细胞,应用于去除水体中的六价铬和氯霉素。分别利用p-ATRP和c-ATRP方法在氯霉素降解菌细胞表面修饰温控吸附层（聚N-异丙基丙烯酰胺,PNIPAAm）,实现了对低浓度氯霉素的局部温控增浓,大幅提高了该菌对氯霉素的去除性能（利用p-ATRP修饰,使氯霉素的去除速率较未修饰细菌提高了6.6倍;利用c-ATRP修饰,使氯霉素的去除速率较未修饰细菌提高了7.6倍）。同时,利用p-ATRP方法在希瓦氏菌细胞表面修饰带电荷聚合物层,实现了六价铬在细胞表面的高效吸附和原位还原,其六价铬去除速率较未修饰细胞提高了3倍。综上,本论文建立了两种生物相容性高、反应条件温和的原子转移自由基聚合（ATRP）新方法。在此基础上,利用这两种ATRP方法对重金属还原菌和抗生素降解菌进行表面功能化修饰,最终使重金属和抗生素的生物去除效率大幅提高。