（环境科学与工程专业论文）基于分子生态学技术的环境微生物群落结构与功能的研究.pdf

基十分了生态学技术的环境微生物群落结构l j 功能的研究 解氧浓度被控制在1 2 1 4m g l 。，亚硝酸细菌成为主体细菌，亚硝酸盐积累；在 缺氧阶段，厌氧氨氧化细菌成为主体细菌，曝气阶段积累的亚硝酸盐与氨氮同时 被去除。 为了研究序批式生物膜反应器中脱氮细菌的群落结构、种群变化及主要生物 脱氮途径情况，使用统计分析、1 6 sr d n a 克隆测序和系统发育分析对生物膜细菌 进行分了生态学研究。结果表明，载体上形成了种群比较丰富、群落结构与功能 比较稳定的生物膜，其中包括好氧反硝化细菌、厌氧氨氧化细菌、大量的硝化细 菌和厌氧反硝化细菌；在运行过程中的不同周期和单个周期的不同时刻，细菌群 落组成都没有发生明显的变化；驯化的生物膜中的细菌可能主要来自于渗滤液， 而用于接种的常规污水处理厂污泥对脱氮生物膜的形成贡献可能并不大。亚硝化一 厌氧氨氧化反硝化途径是反应器主要的脱氮途径，通过该途径去除的n h 4 + 一n 占总 去除量的6 5 以上；另外2 条途径则分别是亚硝化一反硝化途径以及全程硝化反硝 化途径。所有途径都采取同步和分步2 种方式完成，同步方式以曝气阶段的氮素亏 损形式予以表现。分步方式则依靠各种脱氮微生物在曝气阶段和厌氧阶段不同的 活性程度完成。 另外，为进一步控制反应器运行成本，在3 种不同的低温驯化策略下肩动3 套 规格相同的厌氧序批式生物膜反应器( a s b b r ) ，在对运行过程中氮素变化规律进 行分析的同时，利用变性梯度凝胶电泳( d g g e ) 技术对生物膜上的细菌种群结构进 行分析，初步考察了厌氧氨氧化的活性结粜表明，对应a l 、a 2 和l a 33 种不同的低 温驯化策略，a 1 、a 2 和a 3 3 个反应器分别经过6 2 、5 6 、7 0 d 的驯化后表现出不同的 厌氧氨氧化活性。以氮素转化效率作为衡量标准，其活性依次为a 3 a 1 a 2 。 d g g e 分析进一步说明在不同的驯化策略下，反应器表现出不同的种群多样性，但 种群结构基本保持一致；在接种物相同的策略中，降温幅度对种群多样性的影响 与其对厌氧氨氧化活性的影响具有一致性。 关键词：1 6 sr r n a r d n a ，堆肥，序批式生物膜反应器，厌氧氨氧化，分子生态 学，变性梯度凝胶电泳，限制性片段长度多态性，系统发育分析 1 i i a b s t r a c t m i c r o o r g a n i s m sa r ek e yo r g a n i s m si nt h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n ts y s t e m s ，s u c ha s w a s t e w a t e rb i o c h e m i c a lt r e a t m e n ts y s t e m s ，s o l i dw a s t el a n d f i l l i n go r c o m p o s t i n g s y s t e m s s o ，s t u d y i n gt h em i c r o b i a lc o m m u n i t i e s i nt h e s e s y s t e m s i so f g r e a t i m p o r t a n c ef o rt e c h n i q u ei m p r o v e m e n ta n de f f i c i e n c ye n h a n c e m e n t a n dm o r e ， k n o w l e d g e m e n t so fm i c r o b e s i n p o l u t t e de n v i r o n m e n t s c a l l p r o v i d es o m eu s e f u l i n f o r m a t i o nf o rp o l l u t i o nr e c o v e r yf o rt h a tn a t i v em i c r o b e sa r ei m p o r t a n ta c t o r sf o rt h e s e l f - p u r i f i c a t i o no fp o l l u t i o n h o w e v e r , t e c h n o l o g i e sf o re n v i r o n m e n t a lm i c r o b i o l o g y r e s e a r c h e sm a i n l ya r et r a d i t i o n a lt e c h n i q u e sb a s e do nc u l t u r ea n ds e p a r a t i o n ，a n di t c o u l dn o ts a t i s f yn o w a d a ye n v i r o n m e n t a lm i c r o b i o l o g yr e s e a r c h e sw h i c hr e q u i r e a n a l y s i s a n di d e n t i f i c a t i o nm o r e d i r e c t l y a n dm o r e e x a c t l y u s i n g m o l e c u l a r t h e c h n o l o g i e sb a s e do n1 6 sr r n ao rr d n as e q u e n c ec o m p a r i s o n ，r e s e a r c h e r sc a n s t u d ym i c r o b e sw i t h o u ts e p a r a t i o na n dc u l t u r e a n dm o r e ，r e s e a r c h e r se v e nc a ne x p e c t d i r e c ta n de x a c tr e s u l t so fc o n f o r m a t i o no rf u n c t i o no fm i c r o b i a lc o m m u n i t i e sw i t hi n s i t uh y b r i d i z a t i o na n di ns i t up c r t h r e ed i f f e r e n tm e t h o d s ，w h i c hw e r er e s i g n a t e da sl y s o z y m ep r o t o c o l ，u l t r a s o n i c l y s i sp r o t o c o la n dp r o t e a s ek c t a bp r o t o c o l ，w e r ed e s i g n e do ri m p r o v e df o rd n a e x t r a c tf r o me n v i r o n m e n t a ls a m p l e s ，a n di tw a sc o m p l i c a t e dc o m p o s ts a m p l e si nt h i s s t u d y u s i n gc e l l d i r e c tc o u n t ，i tw a ss h o w e dt h a t c e l ll y s i se f f i c i e n c i e so ft h et h r e e m e t h o d sw e r eh i g h e rt h a n9 4 c o n c e n t r a t i o n so fh u m i ca c i d si np u r i f i e dd n aw e r e l o w e rt h a n2 0n g u ld e t e r m i n e dw i t hs p e c t r o p h o t o m e t e r ，a n dt h ev a l u s so fa 2 6 0 1 2 8 0w e r e b e t w e e n1 7a n d1 8 d i f f i r e n t i a lp c ra m p l i f i e dp r o d u c t sw e r ep r o d u c e db yu s i n g1 6 s r d n at a r g e t e dp r i m e rp a i r so f2 7 f 1 4 9 5 ra n dg c 3 4 1 f 9 0 7 r r e s u l t so fr e s t r i c t i o n f r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s ma n a l y s i sw i t hp c rp r o d u c t su s i n gp r i m e rp a i ro f 2 7 f 1 4 9 5 ra n dd e n a t u r i n gg r a d i e n tg e le l e c t r o p h o r e s i sw i t hp c rp r o d u c t s u s i n g p r i m e rp a i ro fg c 3 4 1 f 9 0 7 rs h o w e dt h a ti d e n t i c a lg e n e t i cd i v e r s i t yw a sd e t e c t e df r o m d n ae x t r a c t e db yt h et h r e ed i f f e r e n tm e t h o d s s o a l lt h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e s e t h r e ed i f f e r e n tm e t h o d sc o u l de x t r a c td n ao fh i g hq u a l i t yf r o mc o m p o s t s i n c et h a t c o m p o s ti sm o r ec o m p l i c a t e dt h a no t h e re n v i r o n m e n t a ls a m p l e s ，t h e s ed n ae x t r a c t i o n m e t h o d sc o u l db ea d a p t e dt o s a t i s f yd n ae x t r a c t i o nf r o mm o s to fe n v i r o n m e n t a l s a m p l e s f o rg e t t i n gap r i m a r yk o w n l e d g e m e n to fb a c t e r i a lc o m m u n i t ya n di t sd y n a m i ci n 兰三坌兰奎兰些奎墼堑丝堡兰丝至圣堑丝三2 璧墼至垒 c o m p o s t ，al a bs c a lc o m p o s tl a s t i n g18d a y sw a sp e r f o r m e dw i t hc u n a l i n a r yw a s t e t h e r ew e r e7d a y sd u r i n gw h i c ht e m p e r a t u r ew a sh i g h e rt h a n5 0 a n dt h eh i g h e s t t e m p e r a t u r ed u r i n gt h ec o m p o s i n gw a sa sh i g ha s6 5 d n aw a se x t r a c t e df r o m e v e nd a y s a n dt h e r m a o p h i l i cp e r i o ds a m p l e sb yp r o t e a s ek c t a bp r o t o c 0 1 p c r p r o d u c t s ，a m p l i f i e d1 6 sr d n au s i n gp r i m e rp a i rg c 3 4 1 f 9 0 7 r ，w e r eu s e df o rd g g e a n a l y s i s b a c t e r i ac o m m u n i t i e sw e r et h e ns t u d i e db ys t a t i s t i c a la n a l y s i sc o m b i n e dw i t h m o l e c u l a rt e c h n i q u e so fs e q u e n c i n ga n dp h y l o g e n g t i ca n a l y s i s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h eb a c t e r i a ld i v e r s i t yi nc o m p o s td e c l i n e da l o n gw i t ht h er i s eo ft e m p e r a t u r ed u r i n g c o m p o s t i n g ，a n di t w a sd i s t i n g u i s h e db yt h ed i f f e r e n c e so fd o m i n a n tb a c t e r i ai n d i f f e r e n td a y s a n dm o r e ，i tw a st h e r m o p h i l i cb a c t e r i ao fb a c i l l u sd o m i n a t i n gt h e c o m p o s td u r i n gt h e r m o p h i l i cp e r i o d a tt h es a m et i m e ，i tw a ss t u d i e da n da n a l y s e do nt h em e c h a n i s mo nt h en i t r o g e n r e m o v a lw h e nt r e a t i n gt h el e a c h a t ew i t hh i 曲l yc o n c e n t r a t e da m m o n i aa n dn i t r o g e nb y s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ( s b b r ) d e s i g n e db yo u r s e l v e s u n d e rt h ea m b i e n t t e m p e r a t u r eo f ( 3 2 _ + 0 4 ) ，a n da f t e r a5 8 一d a y l o n gp e r i o do fd o m e s t i c a t i o na n da 3 3 一d a y l o n gp e r i o do fs t a b i l i t y ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yr e a c h e d9 5 i nt h es b b rr e a c t o r t h ew a yo fh i g hf r e q u e n c ym i c r oa e r a t i o ns u p p r e s s e st h ea c t i v i t y o fn i t r o b a c t e r i a ，a n da l s oe l i m i n a t e st h ei n f l u e n c eo fn i t r o u sa c i da n dp hu n d u l a t i o nt o t h ea c t i v i t yo fa n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o nb a c t e r i aa n dn i t r o u sa c i db a c t e r i a i nt h e p e r i o do fa e r a t i o n ，t h ed i s s o l v eo x y g e nc o n c e n t r a t i o nw a sc o n t r o l l e da t1 2 - 1 4m g l 1 ； t h en i t r o u sa c i db a c t e r i ab e c a m et h em a j o r i t y ，a n dn i t r i t e a c c u m u l a t e d i nt h ep e r i o d o fh y p o x i a ，a n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o nb a c t e r i ab e c a m et h em a j o r i t y , n i t r i t ea n d a m m o n i an i t r o g e na c c u m u l a t e di nt h ep e r i o do fa e r a t i o nw a sr e m o v e da tt h es a m et i m e f o rs t u d y i n gc o m m u n i t yc o m f o r m a t i o na n ds p e c i e sd y n a m i co fb a c t e r i aw o r k e d f o rn i t r o g e nr e m o v a lf r o ml a n d f i l ll e a c h a t ea n dt h em e c h a n i s mo nt h en i t r o g e nr e m o v a l i ns e q u e s i n gb i o f i l mb a t c hr e a c t o r ，b a c t e r i ac o m m u n i t i e sw e r et h e ns t u d i e db y s t a t i s t i c a l a n a l y s i s c o m b i n e dw i t hm o l e c u l a r t e c h n i q u e s o f s e q u e n c i n g a n d p h y l o g e n g t i ca n a l y s i s r e s u l t ss h o w e dt h a tam a t u r eb i o f i l m ，ac o m b i n a t i o no fa e r o b i c d e n i t r i f y i n g b a c t e r i a ，a n a e r o b i ca m m o n i a o x i d i z i n gb a c t e r i a ，am a s so f a e r o b i c n i t r i f y i n g b a c t e r i a a n da n a e r o b i cd e n i t r i f y i n gb a c t e r i a ，w a sa c c l i m a t e di nt h er e a c t o r a n dd e n i t r i f i c a t i o na n da n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o n ，m a yc o e x i s ti nt h er e a c t o r m e m b e r si nt h eb i o f i l mc h a n g e dl i t t l ed u r i n gn o m a lr u n ，a n db a c t e r i ai nm a t u r eb i o f i l m m a ym a i n l yc o m ef r o ml a n d f i l ll e a c h a t en o tf r o mi n o c u l a t i o ns i n c et h a tm o s to fb a n d s f o u n di nb i o f i l mc o u l da l s ob ef o u n di nl e a c h a t e i nt h i ss t u d y , t h em a i na p p r o a c ho f b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ，n o l e s st h a n6 5 o ft h et o t a ln h 4 + 一nw a sr e m o v e di nt h i s v 博t 学位论文 a p p r o a c h ，w a sc o m p o s e do fp a r t i a ln i t r i f i c a t i o n ，a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ，t h es e c o n da p p r o a c hi n c l u d e dt w a i np r o c e s s e ss u c ha sp a r t i a l n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，a n dt h et h i r do n ew a sc o n v e n t i o n a ln i t r o g e nr e m o v a l p r o c e s s ( n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ) 。a l la p p r o a c h e sa c c o m p l i s h e db yt h ew a y w h i c ht h ep r o c e s s e sc a r r i e do ns i m u l t a n e o u so ra s y n c h r o n o u s w h e nt h ea p p r o a c h o c c u r r e di nt h es i m u l t a n e o u sw a y 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f i l m ，a n dt h ea c t i v i t yo fa n a e r o b i c a m m o n i ao x i d a t i o nu n d e rd i f f e r e n tl o wt e m p e r a t u r ed o m e s t i c a t i o n s t r a t e g y w a s p r e l i m i n a r yi n v e s t i g a t e d t h er e s u l ts h o w e dt h a tc o r r e s p o n d i n gt ot h et h r e ed i f f e r e n t k i n d so fl o wt e m p e r a t u r ed o m e s t i c a t i o ns t r a t e g y ：a l ，a 2a n da 3 ，a 1 ，a 2a n da 3s h o w e d d i f f e r e n ta n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o na c t i v i t ya f t e rd o m e s t i c a t i o ni n6 2 d ，5 6 b ，a n d 7 0 dr e s p e c t i v e l y t a k i n gt h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o ne f f i c i e n c ya sam e a s u r e m e n t c r i t e r i a i t sa c t i v i t i e sf r o mh i g ht ol o wi nt u r na r e ：a 3 a 1 a 2 t h ed g g ea n a l y s i s f u r t h e re x p l a i n e dt h a tu n d e rd i f f e r e n td o m e s t i c a t i o ns t r a t e g i e st h er e a c t o r sw o u l d d i s p l a yd i f f e r e n ts p e c i e d i v e r s i t i e s ，b u tt h ep o p u l a t i o ns t r u c t u r em a i n t a i n e da l m o s tt h e s a m e a n di nt h es t r a t e g yw i t ht h es a m ei n o c u l u m s ，i th a dt h eu n i f o r m l yi n f l u e n c et o t h ep o p u l a t i o nd i v e r s i t ya n dt h ea n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o na c t i v i t yp r o d u c e db yt h e t e m p e r a t u r ed e c r e a s i n gr a n g e k e y w o r d s ：1 6 sr r n a r d n a ，c o m p o s t ，s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ，a n a e r o b i c a m m o n i u mo x i d a t i o n ，m o l e c u l a r e c o l o g y ，d e n a t u r i n gg r a d i e n tg e l e l e c t r o p h o r e s i s ，r e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m ，p h y l o g e n e t i c a n a l y s i s v i 博士学位沦文 插图索引 图1 1d n a 的立体结构4 图1 2 中心法则示意图4 图1 3 根据1 6 s 和1 8 sr r n a 序列比较得出的3 主干6 界生物分类系统6 图1 4s h a r o n 系统中的1 6 sr r n a 序列( 9 0 0 b p ) d g g e 图谱1 2 图1 5e t b r 染色的d g g e 凝胶反色图谱1 3 图1 6 高温堆肥分离物( a ) 和1 6 sr d n a 克隆文库( b ) 的a r d r a 图谱1 6 图1 75 4 株t r i c h o d e r m ah a m a t u m3 8 2 菌株的r a p d 图谱1 8 图1 8 细菌1 6 sr r n a 基因v 4 一v 5 区的s s c p 一2 2 图1 9 真菌1 8 sr r n a 基因的s s c p 2 2 图11 0 放线菌1 6 sr r n a 基因v 3 区的s s c p 2 2 图1 1 1p c r 重扩增细菌1 6 sr r n a 的v 4 一v 5 区的s s c p 2 3 图1 1 2 实时荧光p c r 扩增曲线c t 值的确定2 3 图2 1不同方法得到的粗提的d n a ( a ) 和纯化的d n a ( b ) 4 3 图2 2 纯化d n a 的p c r 产物( 引物对为2 7 f 和1 4 9 5 r ) 4 4 图2 3p c r 产物的限制性内切酶酶切图谱4 4 图2 4p c r 产物的d g g e 图谱4 5 图3 1 堆肥化过程中温度与p h 值的变化情况5 4 图3 2 堆肥化过程中含水率、有机质和c n 的变化5 5 图3 3偶数天堆肥样品的粗提d n a 电泳图谱5 5 图3 4 偶数天堆肥样品的纯化后d n a 电泳图谱5 6 图3 5高温阶段堆肥样品的纯化后d n a 电泳图谱5 6 图3 6 偶数天堆肥样品p c r 扩增的1 6 sr d n a 电泳图5 7 图3 7 高温阶段堆肥样品p c r 扩增的1 6 sr d n a 电泳图5 7 图3 8 偶数天堆肥样品的d g g e 图谱和d g g e 条带强度示意图5 8 图3 9 不同温度下d g g e 图谱中的条带数6 0 图3 1 0a 高温阶段堆肥样品p c r 产物的d g g e 凝胶图谱( 3 5 6 0 ，1 4 0v ， 1 6h ) ；b d g g e 图谱的条带分布和相对强度示意图6 1 图3 1 1 根据1 5 条序列和b l a s t 结果建立的堆肥高温阶段晴热细菌系统发育树6 3 图4 1s b b r 分类图6 7 图4 2 氧气和基质的传递机理图6 8 x 基十分f 生态学技术的玎、境微生物群落结构与功能的研究 图4 _ 3s b b r 反应器装置示意图7 5 图4 4 填料单片示意图7 6 图4 5 填料组示意图7 7 图4 6s b b r 反应期运行工序7 7 图4 7s b b r 反应器驯化期进水量随时间变化、脱氮效率曲线一7 8 图4 8s b b r 稳定期进水量随时间变化、脱氮效率曲线7 9 图4 9s b b r 反应器一个反应周期内n h 4 + - n 、n 0 3 一一n 和n 0 2 一n 浓度的变化8 2 图4 1 0s b b r 反应器一个反应周期内p h 值的变化一8 3 图4 1 1 吸收液的p h 值周期变化及各阶段逸散量8 4 图4 1 2s b b r 反应器一个反应周期内n 0 3 n 和d o 浓度的变化8 5 图4 1 3 氮素生物转化示意8 8 图4 1 4 初提( a ) 和纯化( b ) d n a 以及p c r 扩增产物( c ) 的琼脂糖凝胶电泳图谱8 9 图4 1 5a p c r 产物的d g g e 凝胶；b p c r d g g e 图谱的条带分布和相对强度示 意图9 0 图4 1 6 根据2 9 条序列和b l a s t 结果建立的s b b r 系统发育树9 5 图5 1a s b b r 装置示意图9 8 图5 2 不同低温驯化策略下的脱氮效果1 0 0 图5 3稳定运行的3 个反应器中各种形态氮浓度的变化1 0 2 图5 4 固定时间段内n 0 2 一n n h 4 + - n 和n 0 3 一一n n h 4 + - n 的变化1 0 2 图5 53 种生物膜d g g e 结果比较1 0 3 博 哔位论文 附表索引 表1 1 用于d g g e 和t g g e 的p c r 扩增g cc l a m p 表1 2d n a 片段长度与丙烯酰胺的浓度选择 表1 3f i s h 探测微生物常用荧光素 表2 1 完整细胞的显微计数 表2 2 粗提和纯化后d n a 中腐殖酸含量 表2 33 种方法的d n a 回收效率 表2 43 种方法的d n a 产量 表3 1 堆肥材料的主要理化性质 表3 2 偶数天堆肥d g g e 图谱相似性。值分析一 表3 3 高温阶段堆肥d g g e 图谱相似性。值分析一 表3 41 5 条序列的b l a s t 结果 表4 1 长沙市某生涌垃圾填埋场渗滤液水质 表4 2 分析项目与方法 表4 3 各阶段各形态氮素浓度的变化量 表4 4 各缺氧段消耗掉的n h 4 + - n 和n 0 2 一n 的比值 表4 5 厌氧阶段途径i 和途径l i 的氮素消耗量 表4 6s b b r 各阶段的细菌群落丰富度值( r s ) 表4 7s b b r 各阶段的细菌种群相似性系数( c s ) 一 表4 82 9 条序列的b l a s t 结果 表5 1 实验用水的组成 x l n挎勰钒甜铊钙钳的矾酡m四踞嘶昭如虬勉卯 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 杉珈俾 j 日期沙1 年7 月g 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 孑毋奶 日期彬曜 日期：矽母年 1 月9 日 月汐日 博b 学位论文 第1 章绪论 1 1 环境微生物学及研究发展历程 1 1 1 环境微生物的定义 自1 8 世纪第一次工业革命以来，人类的生产能力得到了巨大的发展，利用和 改造环境的能力大大提高，但同时也带来了严重的环境问题。工业生产过程中排 放的废水、废气、废渣，造成了严重的环境污染。从2 0 世纪3 0 年代的比利时马 斯河谷事件开始，公害事件相继发生，如美国洛杉矶的光化学烟雾事件、伦敦烟 雾事件、日本四日市的哮喘病事件、同本的水俣病事件和骨痛病事件、印度的帕 博尔农药泄漏事件、前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事件等，均对人类造成了极大 的危害。随着工农业生产的迅速发展和人类生活水平的不断提高，以及都市化和 交通运输的发展，越来越多的污染物被产生，大量人工合成的污染物排放到环境 中，使大气、水体、土壤乃至地下水都受到不同程度的污染。因此，有许多科学 家致力于研究污染物在生态系统的迁移、转化与归宿，特别是微生物对各种污染 物进行降解与转化的途径。早在2 0 世纪2 0 年代，就开始利用活性污泥对污水进 行处理。从6 0 年代开始，环境微生物学逐渐从其母体学科微生物学中脱颖而出， 发展成为一个独立的学科。 环境微生物在环境保护和环境污染治理中起着非常重要的作用。很多微生物 具有降解和转化污染物的能力，而且微生物具有容易发生变异的特点，它们比其 他生物更容易适应环境。微生物的种类多，代谢类型多样，容易发生变异，又可 产生各种诱导酶，从而能降解或转化那些环境中已经存在的污染物，也可降解或 转化那些环境中“陌生的”化学物质。总之，环境微生物在环境污染物的治理和污 染环境的恢复中起着举足轻重的作用。 因此，本论文中所涉及的环境微生物学，是研究微生物与人类生存环境之间 相互关系与作用规律的科学，它着重研究微生物对人类环境所产生的有益和有害 的影响，阐明微生物、污染物与环境三者之间的相互关系及作用规律，是环境科 学的一个分支学科；其中所涉及的环境微生物，是指处于污染环境或污染处理系 统中的微生物。 1 1 2 传统环境微生物研究方法的局限 传统的环境微生物研究方法，与微生物学研究中的传统方法是一致的，主要 包括分离、选择、培养、生理鉴定等，以往关于环境微生物的大部分知识也都来 自于传统的微生物研究方法，即纯培养技术。但是，环境中，尤其是复杂的污染 基于分f 生态学技术的卸、境微生物群落结构j 功能的研究 环境或污染处理系统中，能够培养的微生物种类只是天然微生物中的一小部分i i j ， 一些微生物不能用现有的传统技术培养，因此，环境微生物的多样性被严重低估； 此外，即使运用培养技术得到的已知的菌种，也可能不完全适合或者进入了非培 养状态。因此，传统的培养技术难以正确地反映环境中微生物的实际存在状况， 包括微生物种别、种群大小、种群动态变化情况等许多重要参数，从而难以适应 现在对于环境微生物研究快速、准确的要求。 1 1 3 环境微生物研究的新发展 由于分子生态学技术可以通过直接从环境样品中提取微生物d n a 或直接在 原