微生物的特點如何在環境工程領域中體現

❶ 微生物在環境工程中的應用有哪些

環境微生物學在環境工程專業中有哪些應用
可以通過了解微生物的某些特性來處理環境問題。很多微生物對環境還有指示作用。比如很多微生物如線蟲，可以表明水體的污染程度。更重要的是，用微生物的方法處理環境問題可以既節約資源又不會造成進一步的污染。
在污水處理的過頂跡侈克儂久疇勛川魔程中活性污泥池就是利用微生物來處理污水的。
相信隨著科學技術的發展還有對微生物知識豐富，一定會有更多的環境問題可以通過微生物的方法來解決。
污水的治理都靠它了，在污水治理中有生物法，生物法用的偶是環境微生物的知識。

❷ 選擇一類微生物，介紹其特徵，論述它在環境（生態環境，或環境工程）中的作用及研究應用現狀。

衣原體為革蘭氏陰性病原體，在自然界中傳播很廣泛。它沒有合成高能化合物ATP、GTP的能力，必須由宿主細胞提供，因而成為能量寄生物，多呈球狀、堆狀，有細胞壁，以一般寄生在動物細胞內。從前它們被劃歸病毒，後來發現自成一類。它是一種比病毒大、比細菌小的原核微生物，呈球形，直徑只有O.3-0.5微米，它無運動能力，衣原體廣泛寄生於人類，哺乳動物及鳥類，僅少數有致病性。
衣原體是一種既不同於細菌也不同於病毒的一種微生物，屬於原核生物，即細胞內沒有形成核膜的細胞核。衣原體與細菌的主要區別是其缺乏合成生物能量來源的ATP酶，也就是說衣原體自己不能合成生物能量物質ATP，其能量完全依賴被感染的宿主細胞提供。而衣原體與病毒的主要區別在於其具有DNA、RNA兩種核酸、核糖體和一個近似細胞壁的膜，並以二分裂方式進行增殖，能被抗生素抑制.衣原體屬於原核類生物。

❸ 結合你所學到的環境微生物學方面的知識，談談對環境微生物學在環境科學和環境治理領域中的應用和發展前景

摘要：微生物在環境中充當著極其重要的角色，它在自然界的生態平衡和物質循環中起著不可替代的作用。同時，在環境污染和治理方面，微生物也起著重要作用。環境微生物學的興起是微生物學與環境科學交叉發展的必然結果。它由普通微生物學發展起來的環境科學和環境工程的一門學科.它以普通微生物學為基礎，在研究微生物學一般規律的同時，著重微生物和環境之間互相作用的規律，微生物活動對環境和人類產生的有益和有害的影響以及在環境污染控制工程中有關的微生物原理的研究，是環境科學和環境工程的重要理論基礎。環境微生物學的內容十分廣泛，而且該學科近年來的發展十分迅速，一些生物學的新技術手段被不斷應用到環境微生物學領域中。
關鍵詞:環境科學；環境工程；微生物學；環境微生物學
1 微生物學的發展簡史
微生物學是研究微生物及其生命活動的科學。微生物具有種類繁多、體積微小、比表面積大、代謝類型多、代謝強度高、生長繁殖速度快、容易變異、種類多等多種特點。它廣泛分布於空氣、水、土壤、人體及動植物體內獨立或寄生生活。大多數微生物對人類和動植物是有益的，特別是它與人類的生活有密切的關系，對工農業生產、人類的生活環境與健康衛生有極大的影響[1]。
人類對微生物的利用甚早。我國在利用微生物方面，更有著豐富的經驗和悠久的歷史。早在公元前3世紀，在《呂氏春秋》里就有「儀狄作酒禹飲而甘之」之說。在公元6世紀，後魏賈思勰所著的《齊民要術》一書中就詳細記載了制曲和釀酒的技術，還記載了栽種豆科植物可以肥沃土壤，當時雖不知根瘤菌的存在，也不知固氮作用，而會利用根瘤菌積累氮肥等等。
1676年，微生物學的先驅列文虎克用自製的單式顯微鏡首次觀察到了細菌的個體，為揭開微生物世界的奧秘打開了大門，具有劃時代的意義。在之後近200年的時間里，人們對微生物的研究僅停留在出於個人愛好對一些微生物進行形態描述的低級水平上，包括細菌、原生動物和真菌，但對它們的生理活動機理及其與人類實踐活動的關系卻未加研究，因此，微生物作為一門學科在當時還未形成。
在19世紀末和20世紀初微生物學被牢固地建立起來。法國的巴斯德和德國的科赫，分別被稱為微生物學的奠基人和細菌學的奠基人。巴斯德在研究釀酒生產中酒質變酸的問題時，指出發酵是微生物的作用。巴斯德創立了培養基和玻璃器皿的滅菌方法及巴氏消毒，建立完成了稀釋和次代培養的無菌技術。為生物學的發展做出了突出的貢獻。科赫在培養細菌學的巨大貢獻是發明了用固體培養基的「細菌純培養法」和把混合培養物純化的技術，並用在固體培養基上劃線接種的方法獲得了單一的純種。這種技術使得培養細菌學發生革命性變化，並使得十九世紀最後二十年中這個學科得以開出絢麗的花朵。進入二十世紀，微生物學獲得了飛速的發展，研究重點逐漸轉移到了生化水平及分子生物學的水平上。工業微生物學與發酵工程、遺傳工程、細胞工程、酶工程和生物反應器工程一起組成了生物工程學這個當代高科技領域。
隨著社會經濟發展的需要，人們不斷加強對微生物的研究，己形成了許多微生物學的分支學科。例如有普通微生物學、微生物生理學、微生物生態學、微生物遺傳學；有病毒學、細菌學、真菌學；還有土壤微生物學、海洋微生物學；再有醫學微生物學、工業微生物學、農業微生物學、環境微生物學、石油微生物學等等， 由此可見微生物學的發展無不體現著學科的交叉，特別是相關的細胞生物學，生物化學，遺傳學及分子生物學間的相互促進，由此推動整個生命科學的飛速發展。同時物理，化學，計算機技術及材料科學的發展，為微生物學的發展提供了必要的技術手段。所以，微生物學的發展歷史是輝煌的[2~4]。
2、環境微生物學的研究內容
環境微生物學主要是介紹環境微生物學的發展和生物學基礎知識；在環境中存在的微生物主要種類和特點；微生物的生理和代謝，微生物生長和環境因子對微生物的影響；微生物的遺傳和變異，微生物的生態及其分布；在各種環境條件下微生物的存在和變化，微生物的代謝活動對環境的影響；微生物在自然界中的地位和作用，在生物地球化學循環中的作用；在環境領域中微生物所起的作用，微生物對污染物產生抗性的分子機理，以及對污染物降解的代謝途徑。
3、環境微生物學的發展
隨著人類的生活要求和工農業生產的迅速發展，大量人工合成的並難以被天然微生物迅速降解轉化的污染性化合物進入到自然環境中。嚴重威脅人類及其他生物正常生存發展。其中，普遍存在於土壤環境中的重要有機污染物如多環芳烴，農葯類等，因其致癌性，致畸性，致突變性而被認為是危險物質。分子生物學技術的應用為污染治理、防治提供了新的思路和方法[5] 。同時，污染導致資源環境中的生物重組，對環境中復雜的混合微生物群落進行及時監控和准確鑒定變得越來越重要。而分子生物學技術因其快速、准確、靈敏的特點，正逐步取代某些傳統的研究方法而被廣泛用於環境微生物的監測[6] 。
3.1與環境微生物研究相關的各種分子生物學技術
3.1.1核酸探針檢測技術
利用能與特定核苷酸序列發生特異性互補的已知核苷酸片段作探針分析DNA序列及片段長度多態性。被標記(放射性或非放射性的)的探針以原位雜交、Southern印跡雜交、斑點印跡和狹線印跡雜交等不同的方法，可直接用來探測溶液中、細胞組織內或固定在膜上的同源核酸序列。由於核酸分子雜交的高度特異性及檢測方法的高度靈敏性，使得核酸分子雜交技術廣泛應用於對環境中微生物的檢測，定性、定量分析它們的存在、分布、豐度和適應性等研究目標。
熒光原位雜交(FISH)是目前單個細胞水平上分析微生物群落結構的常用分子生態學方法。目前可利用FISH的方法，使用一整套特異的寡核苷酸探針可進行單個細胞的快速分類[7~8]。流式細胞計(FCM)是另一種能快速分析和分類單細胞群體的技術。適用於對有關微生物群落的組成和動態進行快速和頻繁的監測。RFLP標記基於Southern印跡雜交的技術，即DNA限製片段長度多態性，是在生物多樣性研究中廣泛應用的DNA分子標記。可作為一種能高度靈敏檢測污染環境下微生物種群變化的方法。
3.1.2 PCR及相關技術
PCR是一種體外擴增核酸序列從而得到多個核酸拷貝的技術。根據擴增的模板，引物序列來源及反應條件的不同可將PCR技術分為以下幾種：(1)反轉錄PCR技術是在mRNA反轉錄之後進行的PCR擴增，可以用來分析不同生長時期的mRNA表達狀態的相關性。(2)競爭PCR是一種定量PCR，通過向PCR反應體系中加入人工構建的帶有突變的競爭模板、控制競爭模板的濃度來確定目的模板的濃度，對目的模板作定量研究。競爭性PCR曾被用來測定受多環芳烴污染的沉降物中的編碼鄰基二酚-2，3-加雙氧酶的dmpB基因濃度[9]。(3)擴增的rDNA限制酶切分析技術，是美國最新發展起來的一項現代生物鑒定技術，它根據原核生物rDNA序列的保守性，將擴增的rDNA片段進行酶切。然後通過酶切圖譜來分析菌間的多樣性。
3.1.3電泳分離及顯示方法
除我們熟知的瓊脂糖凝膠電泳並用溴乙錠(EB)染色方法和聚丙烯醯胺凝膠電泳(PAGE分離)銀染的方法外，還有一些通過特殊的電泳分離技術而建立的分子標記。如變性梯度凝膠電泳、溫度梯度凝膠電泳、單鏈構象多態性等，都是通過實施一些變性條件改變DNA雙螺旋結構(如添加線性梯度的變性劑或建立變性溫度梯度等)，由於序列不同的DNA片段，其部分解鏈程度也不同，不同的結構對DNA在凝膠中遷移速率影響很大，結果不同序列的DNA片段在凝膠上得以高解析度的分離。
3.1.4 基因重組技術
利用DNA體外重組或擴增技術從供體生物基因組中分離感興趣的基因或DNA片段，或經人工合成的方法獲得基因，然後經一系列切割，加工修飾，連接反應產生重組DNA分子，再將其轉入適當的受體細胞，以期獲得基因表達的過程。此技術用於環境微生物的研究可構建出各種生物降解特性增強的重組菌用於污染環境的治理修復或發酵某些廢棄物生產天然氣。如將微生物分解纖維素和木質素的基因轉入到中溫細菌中，使發酵能在較高溫度下進行，提高轉化速度，用於蔗糖發酵生產天然氣[10] 。
3.1.5 基因晶元技術
基因晶元技術作為生物晶元技術一個發展最完備的分支，基因晶元可以分為cDNA晶元和寡核苷酸晶元cDNA晶元有多種制備方法，在基因表達相關研究方面具有重大價值;寡核苷酸晶元主要應用於雜交測序、單核苷酸多態性分析和突變檢測。基因晶元，又稱DNA微陣列，是指按照預定位置固定在固相載體上很小面積內的千萬個核酸分子所組成的微點陣陣列。在一定條件下，載體上的核酸分子可以與來自樣品的序列互補的核酸片段雜交。如果把樣品中的核酸片段進行標記，在專用的晶元閱讀儀上就可以檢測到雜交信號。cDNA晶元即在玻璃片、矽片、聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等固相載體上固定的成千上萬個cDNA分子組成cDNA微陣列。
3.2 分子生物學技術在環境微生物研究中的應用
3.2.1重組細菌用於環境污染防治
Pseudomonas sp.P2是一株甲醯磷降解菌，羅如新等人(1999)[11]克隆了氯苯降解菌L1的鄰苯二酚1,2-雙加氧酶基因，在表達載體PKT230攜帶下轉入了P2菌中，使P2獲得高效的鄰苯二酚1,2-雙加氧酶酶活，該酶活性甚至比天然宿主還高21倍。
植物根際是一個有潛力的污染降解地點，在植物根際由植物供給能被微生物利用的營養物質使微生物繁殖，最終進行污染物的消除。在外來微生物中表達與脫毒有關的酶類也能在實地應用中提供專一選擇優勢。該例利用了小麥根際微生物對土壤中的三氯乙烯(TCE)脫毒。D.C.yec等人(1998)[12]將洋蔥伯克霍爾德菌G4的甲苯鄰單加氧酶基因轉入熒光假單子孢菌2-79中後，熒光假單孢菌比小麥根際其它菌長得好。
3.2.2 胞內酶在細胞表面表達更好發揮生物降解功能
當有重金屬存在時，較高等植物可產生相應的金屬硫蛋白(MTs)。MTs是含半胱氨酸豐富的蛋白質，能結合鎘、鉻、汞和銅等重金屬離子。在E.coli中表達MTs是一項有希望的技術，但細胞內的MTs對金屬離子的吸附能力有限。解決這一困難的一條途徑是在細胞表面表達MTs，據報道把MTs插入LamB序列的153位點而證實了這一可能性[13]，雜合蛋白的表達提高了對鎘的結合力達15~20倍，由於MTs定位於細胞表面，即使細胞死亡，仍可用於金屬的吸附和積累。有機磷廣泛用於農業製造殺蟲劑，由土壤微生物中分離到的有機磷水解酶(OPH)能有效降解這些殺蟲劑。但OPH純化所需的成本高，而用完整的細胞脫毒受到轉運有機磷通過細胞膜屏障的限制。在細胞表面表達0PH的完整細胞降解磷!硫和Paraoxon比在細胞內表達OPH的細胞快幾倍[14]。得到的酶活定位於細胞表面的生物催化劑比純化的0PH明顯更穩定，也更活躍。
3.2.2 分子生物學技術在環境微生物監測中的應用
環境中存在的大量微生物中，僅有1%可通過傳統的培養方法在培養皿上進行培養和進一步分離，而絕大多數細菌要求非常嚴格的營養條件或是難以培養 [15] PCR技術及衍生出的一系列生物技術，使得在復雜環境中對那些混合物內低含量的群體成員或生物群中某個特異基因的檢測與研究成為可能。
Fantroussi等人[16]用嵌套式PCR(nestedPCR)來監測未被污染的土壤淤泥實驗生態系中3-氯苯脫氯細菌的外源基因的種類。Selvaratnam等人[17]用編碼苯酚單加氧酶的dmpN基因的PCR擴增來檢測處理廢水的分批式反應器中的降解酚的假單胞桿菌。PCR技術還與其它方法結合應用於環境監測中。Chandler等人[18]用MPN/PCR技術來估測被燃料污染的土壤中的萘過氧化物酶基因nahAc、鏈烷單加氧酶基因alkB及dmpB的數量。PCR技術與核酸雜交技術結合，用來進一步檢測PCR擴增產物，核實被擴增的序列即目的序列。
環境微生物監測環境中微生物的研究難點是常常無法准確定性和直接定量地檢測環境中可能存在的眾多微生物種群。基因晶元技術的出現和發展為微生物學領域的研究者提供了高效快捷的技術方法，為科研迅速向縱深化發展提供了可能[19]。一些作為分子標記的基因工程菌也應用到環境生物技術中，主要用來監測投放到環境中的微生物的情況。許多學者對細菌中的熒光基因(luxgene)進行克隆，轉移到具有分解能力的特種微生物體內，具有分解能力的菌體中就有了特定的熒游標記，通過對熒光菌和熒光量的監測可以達到對專門細菌的跟蹤，並可以了解到它們與其它菌株之間在分解過程中的關系[20]。
3.2.3 分子生物技術在環境基因工程菌的穩定性和安全性研究中的應用
對轉基因生物的環境安全問題需進行長期的系統的研究，因風險的出現有長期滯後性。在關於被引入遺傳物質的穩定性和新的遺傳物質是否轉移到其他微生物中，通過生物的表型可初步判斷，進一步的證實則可以利用DNA序列分析，探針雜交等。關於生物圍堵，目的是加強對重組微生物的行為和命運的可預見性。生物圍堵系統可以是被動的，如對菌株引入培養缺陷型，recA-等突變；或是主動的系統，指向細胞中引入誘導細胞死亡的自殺基因。化學誘導自殺作為生物圍堵的基本原理，其策略是將殺傷功能與生物降解途徑的調節系統相聯系，細胞在非生物物質存在時存活(自殺基因被遏制)，但非生物物質完全降解後，自殺基因開啟，細胞死亡。
隨分子生物學技術的發展和對環境微生物研究的深入，分子生物學技術在環境微生物中的應用越來越廣泛也越來越重要。分子生物學技術的應用不僅擴大了環境微生物研究的廣度而且加大了研究的深度。隨著越來越多微生物全部基因序列的解碼，對各種細菌體內降解基因的分布和表達會有更深入的了解，這方面技術的成熟必將對環境微生物的研究有一個整體的系統的生態水平上的認識，必將使研究更具目標性，應用更具可控性[21]。

❹ 微生物的特點有哪些

一、體小面大

一個體積恆定的物體，被切割的越小，其相對表面積越大。微生物體積很小，如一個典型的球菌，其體積約1mm，可是其表面積卻很大。這個特徵也是賦予微生物其他如代謝快等特性的基礎。

二、吸多轉快

微生物通常具有極其高效的生物化學轉化能力。據研究，乳糖菌在1個小時之內能夠分解其自身重量1000-10000倍的乳糖，產朊假絲酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的100倍。

三、生長繁殖快

相比於大型動物，微生物具有極高的生長繁殖速度。大腸桿菌能夠在12.5-20分鍾內繁殖1次。不妨計算一下，1個大腸桿菌假設20分鍾分裂1次，1小時3次，1晝夜24小時分裂24×3=72次，大概可產生4722366500萬億個。

但事實上，由於各種條件的限制，如營養缺失、競爭加劇、生存環境惡化等原因，微生物無法完全達到這種指數級增長。 已知大多數微生物生長的最佳pH范圍為7.0 (6.6~7.5)附近，部分則低於4.0。

(4)微生物的特點如何在環境工程領域中體現擴展閱讀：

接種微生物注意事項：

(1)接種室應保持清潔，用煤粉酚皂液擦洗檯面及牆壁，定期用乳酸或甲醛熏蒸。每次使用前，均應用紫外燈滅菌。定期對接種室作無菌程度的檢查。

(2)進入接種室前，應先做好個人衛生工作，在緩沖間內要更換工作鞋帽、工作衣、戴口罩。工作衣、工作鞋、口罩只准在接種室內使用。不準穿到其它地方去，並要定期更換、消毒。

(3)接種的試管、三角並瓶等應做好標記，註明培養基、菌種的名稱、日期。移入接種室內的所有物品，均須在緩沖室用70%酒精擦試干凈。

(4)接種前，雙手用70%酒精或新潔爾消毒，操作過程不離開酒精燈火焰，棉塞不亂放。接種工具使用前後均需火焰滅菌。

❺ 微生物在治理環境污染方面有哪些應用

一、微生物在治理環境污染方面的應用：

1、運用環境微生物手段既可以修復受污染天然水體生態，如湖泊、河道和港灣，還可以修復污染土壤生態，尤其是殘留農葯污辱的農田土壤和油田開采過程中被原油污染的土壤。

• 給水體投加除碳（有機碳）、除氮菌株，正成為一項消除水體富營養化的可行技術措施。

• 給土壤添加除油（礦物油）菌株，已成為一項成熟的修復油污土壤的技術措施。

2、污染物降解菌可用於處理污水及固體廢棄物。

• 對於生活垃圾、禽畜糞便、農業廢棄物等非有毒有害固體廢棄物來說，投降解菌者，污染物去除率高、發酵溫度高、發酵周期短。

• 對於有毒有害工業固體廢棄物來說，投加有專性降解功能的菌株，更是不可缺少的技術措施。

3、微生物還用於污染物的互不性檢測方面：如發光細菌法，已被定為國家標准（GB）方法和世界標准（ISO）方法。

二、幾項已經開發多年，接近產業化的微生物技術：

1、微生物脫硫技術：

近年來研究人員把煤的物理選煤技術之一的浮選法和微生物處理相結合，即把煤粉碎成微粒與水混合，並將微生物加入溶液中，讓微生物附著在黃鐵礦表面，使其表面變成親水性，能溶於水。在浮選中其難以附著在氣泡上，下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由於它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時間只需數分鍾即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約70%。

2、微生物制漿和微生物漂白技術：

造紙工業中的制漿和漂白工序是污染物產生的主要工序。與化學法相比，雖然機械法制漿可以大大提高紙漿得率，從而節省大量林木資源。但是，磨木漿的能量消耗很大，而且成品紙的強度等質量性能不如硫酸鹽漿，因而限制了這項技術的發展。微生物技術可以幫助解決這些問題，其中最具吸引力和挑戰性的是微生物制漿與微生物漂白。利用微生物與微生物酶類進行微生物制漿與微生物漂白具有很大的優勢和潛力，因為微生物極易生長繁殖，酶催化反應具有高度專一性，反應條件溫和，並且高效無污染。

3、污染土壤的微生物修復：

自本世紀70年代以來，發達國家就十分重視微生物技術在環境領域的應用，並開展了大規模的科研活動。已開發了一系列的微生物技術及其產品，並在世界上廣泛應用於污水處理、大氣凈化及污染環境介質治理等諸多方面。當前，環境微生物技術在國際上已進入蓬勃發展的軌道。隨著全球范圍內對環境保護的高度重視和越來越嚴厲的環境法，市場對環境微生物技術的需求越來越廣泛。

我國的微生物技術處於剛剛起步階段。該技術的進一步開發需要得到社會、同行及主管部門的廣泛支持，大力開展以污染控制技術為主體的微生物技術的研究，將大力推進微生物技術在環境保護中的應用，並發展帶動整個環保科技的發展，解決我國目前和未來面臨的嚴峻的環境保護問題，並為環保市場提供高品質的環境保護高技術。應該充分認識到環境保護和社會、經濟發展的重大意義。