微生物的特点如何在环境工程领域中体现

❶ 微生物在环境工程中的应用有哪些

环境微生物学在环境工程专业中有哪些应用
可以通过了解微生物的某些特性来处理环境问题。很多微生物对环境还有指示作用。比如很多微生物如线虫，可以表明水体的污染程度。更重要的是，用微生物的方法处理环境问题可以既节约资源又不会造成进一步的污染。
在污水处理的过顶迹侈克侬久畴勋川魔程中活性污泥池就是利用微生物来处理污水的。
相信随着科学技术的发展还有对微生物知识丰富，一定会有更多的环境问题可以通过微生物的方法来解决。
污水的治理都靠它了，在污水治理中有生物法，生物法用的偶是环境微生物的知识。

❷ 选择一类微生物，介绍其特征，论述它在环境（生态环境，或环境工程）中的作用及研究应用现状。

衣原体为革兰氏阴性病原体，在自然界中传播很广泛。它没有合成高能化合物ATP、GTP的能力，必须由宿主细胞提供，因而成为能量寄生物，多呈球状、堆状，有细胞壁，以一般寄生在动物细胞内。从前它们被划归病毒，后来发现自成一类。它是一种比病毒大、比细菌小的原核微生物，呈球形，直径只有O.3-0.5微米，它无运动能力，衣原体广泛寄生于人类，哺乳动物及鸟类，仅少数有致病性。
衣原体是一种既不同于细菌也不同于病毒的一种微生物，属于原核生物，即细胞内没有形成核膜的细胞核。衣原体与细菌的主要区别是其缺乏合成生物能量来源的ATP酶，也就是说衣原体自己不能合成生物能量物质ATP，其能量完全依赖被感染的宿主细胞提供。而衣原体与病毒的主要区别在于其具有DNA、RNA两种核酸、核糖体和一个近似细胞壁的膜，并以二分裂方式进行增殖，能被抗生素抑制.衣原体属于原核类生物。

❸ 结合你所学到的环境微生物学方面的知识，谈谈对环境微生物学在环境科学和环境治理领域中的应用和发展前景

摘要：微生物在环境中充当着极其重要的角色，它在自然界的生态平衡和物质循环中起着不可替代的作用。同时，在环境污染和治理方面，微生物也起着重要作用。环境微生物学的兴起是微生物学与环境科学交叉发展的必然结果。它由普通微生物学发展起来的环境科学和环境工程的一门学科.它以普通微生物学为基础，在研究微生物学一般规律的同时，着重微生物和环境之间互相作用的规律，微生物活动对环境和人类产生的有益和有害的影响以及在环境污染控制工程中有关的微生物原理的研究，是环境科学和环境工程的重要理论基础。环境微生物学的内容十分广泛，而且该学科近年来的发展十分迅速，一些生物学的新技术手段被不断应用到环境微生物学领域中。
关键词:环境科学；环境工程；微生物学；环境微生物学
1 微生物学的发展简史
微生物学是研究微生物及其生命活动的科学。微生物具有种类繁多、体积微小、比表面积大、代谢类型多、代谢强度高、生长繁殖速度快、容易变异、种类多等多种特点。它广泛分布于空气、水、土壤、人体及动植物体内独立或寄生生活。大多数微生物对人类和动植物是有益的，特别是它与人类的生活有密切的关系，对工农业生产、人类的生活环境与健康卫生有极大的影响[1]。
人类对微生物的利用甚早。我国在利用微生物方面，更有着丰富的经验和悠久的历史。早在公元前3世纪，在《吕氏春秋》里就有“仪狄作酒禹饮而甘之”之说。在公元6世纪，后魏贾思勰所着的《齐民要术》一书中就详细记载了制曲和酿酒的技术，还记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤，当时虽不知根瘤菌的存在，也不知固氮作用，而会利用根瘤菌积累氮肥等等。
1676年，微生物学的先驱列文虎克用自制的单式显微镜首次观察到了细菌的个体，为揭开微生物世界的奥秘打开了大门，具有划时代的意义。在之后近200年的时间里，人们对微生物的研究仅停留在出于个人爱好对一些微生物进行形态描述的低级水平上，包括细菌、原生动物和真菌，但对它们的生理活动机理及其与人类实践活动的关系却未加研究，因此，微生物作为一门学科在当时还未形成。
在19世纪末和20世纪初微生物学被牢固地建立起来。法国的巴斯德和德国的科赫，分别被称为微生物学的奠基人和细菌学的奠基人。巴斯德在研究酿酒生产中酒质变酸的问题时，指出发酵是微生物的作用。巴斯德创立了培养基和玻璃器皿的灭菌方法及巴氏消毒，建立完成了稀释和次代培养的无菌技术。为生物学的发展做出了突出的贡献。科赫在培养细菌学的巨大贡献是发明了用固体培养基的“细菌纯培养法”和把混合培养物纯化的技术，并用在固体培养基上划线接种的方法获得了单一的纯种。这种技术使得培养细菌学发生革命性变化，并使得十九世纪最后二十年中这个学科得以开出绚丽的花朵。进入二十世纪，微生物学获得了飞速的发展，研究重点逐渐转移到了生化水平及分子生物学的水平上。工业微生物学与发酵工程、遗传工程、细胞工程、酶工程和生物反应器工程一起组成了生物工程学这个当代高科技领域。
随着社会经济发展的需要，人们不断加强对微生物的研究，己形成了许多微生物学的分支学科。例如有普通微生物学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学；有病毒学、细菌学、真菌学；还有土壤微生物学、海洋微生物学；再有医学微生物学、工业微生物学、农业微生物学、环境微生物学、石油微生物学等等， 由此可见微生物学的发展无不体现着学科的交叉，特别是相关的细胞生物学，生物化学，遗传学及分子生物学间的相互促进，由此推动整个生命科学的飞速发展。同时物理，化学，计算机技术及材料科学的发展，为微生物学的发展提供了必要的技术手段。所以，微生物学的发展历史是辉煌的[2~4]。
2、环境微生物学的研究内容
环境微生物学主要是介绍环境微生物学的发展和生物学基础知识；在环境中存在的微生物主要种类和特点；微生物的生理和代谢，微生物生长和环境因子对微生物的影响；微生物的遗传和变异，微生物的生态及其分布；在各种环境条件下微生物的存在和变化，微生物的代谢活动对环境的影响；微生物在自然界中的地位和作用，在生物地球化学循环中的作用；在环境领域中微生物所起的作用，微生物对污染物产生抗性的分子机理，以及对污染物降解的代谢途径。
3、环境微生物学的发展
随着人类的生活要求和工农业生产的迅速发展，大量人工合成的并难以被天然微生物迅速降解转化的污染性化合物进入到自然环境中。严重威胁人类及其他生物正常生存发展。其中，普遍存在于土壤环境中的重要有机污染物如多环芳烃，农药类等，因其致癌性，致畸性，致突变性而被认为是危险物质。分子生物学技术的应用为污染治理、防治提供了新的思路和方法[5] 。同时，污染导致资源环境中的生物重组，对环境中复杂的混合微生物群落进行及时监控和准确鉴定变得越来越重要。而分子生物学技术因其快速、准确、灵敏的特点，正逐步取代某些传统的研究方法而被广泛用于环境微生物的监测[6] 。
3.1与环境微生物研究相关的各种分子生物学技术
3.1.1核酸探针检测技术
利用能与特定核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针分析DNA序列及片段长度多态性。被标记(放射性或非放射性的)的探针以原位杂交、Southern印迹杂交、斑点印迹和狭线印迹杂交等不同的方法，可直接用来探测溶液中、细胞组织内或固定在膜上的同源核酸序列。由于核酸分子杂交的高度特异性及检测方法的高度灵敏性，使得核酸分子杂交技术广泛应用于对环境中微生物的检测，定性、定量分析它们的存在、分布、丰度和适应性等研究目标。
荧光原位杂交(FISH)是目前单个细胞水平上分析微生物群落结构的常用分子生态学方法。目前可利用FISH的方法，使用一整套特异的寡核苷酸探针可进行单个细胞的快速分类[7~8]。流式细胞计(FCM)是另一种能快速分析和分类单细胞群体的技术。适用于对有关微生物群落的组成和动态进行快速和频繁的监测。RFLP标记基于Southern印迹杂交的技术，即DNA限制片段长度多态性，是在生物多样性研究中广泛应用的DNA分子标记。可作为一种能高度灵敏检测污染环境下微生物种群变化的方法。
3.1.2 PCR及相关技术
PCR是一种体外扩增核酸序列从而得到多个核酸拷贝的技术。根据扩增的模板，引物序列来源及反应条件的不同可将PCR技术分为以下几种：(1)反转录PCR技术是在mRNA反转录之后进行的PCR扩增，可以用来分析不同生长时期的mRNA表达状态的相关性。(2)竞争PCR是一种定量PCR，通过向PCR反应体系中加入人工构建的带有突变的竞争模板、控制竞争模板的浓度来确定目的模板的浓度，对目的模板作定量研究。竞争性PCR曾被用来测定受多环芳烃污染的沉降物中的编码邻基二酚-2，3-加双氧酶的dmpB基因浓度[9]。(3)扩增的rDNA限制酶切分析技术，是美国最新发展起来的一项现代生物鉴定技术，它根据原核生物rDNA序列的保守性，将扩增的rDNA片段进行酶切。然后通过酶切图谱来分析菌间的多样性。
3.1.3电泳分离及显示方法
除我们熟知的琼脂糖凝胶电泳并用溴乙锭(EB)染色方法和聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE分离)银染的方法外，还有一些通过特殊的电泳分离技术而建立的分子标记。如变性梯度凝胶电泳、温度梯度凝胶电泳、单链构象多态性等，都是通过实施一些变性条件改变DNA双螺旋结构(如添加线性梯度的变性剂或建立变性温度梯度等)，由于序列不同的DNA片段，其部分解链程度也不同，不同的结构对DNA在凝胶中迁移速率影响很大，结果不同序列的DNA片段在凝胶上得以高分辨率的分离。
3.1.4 基因重组技术
利用DNA体外重组或扩增技术从供体生物基因组中分离感兴趣的基因或DNA片段，或经人工合成的方法获得基因，然后经一系列切割，加工修饰，连接反应产生重组DNA分子，再将其转入适当的受体细胞，以期获得基因表达的过程。此技术用于环境微生物的研究可构建出各种生物降解特性增强的重组菌用于污染环境的治理修复或发酵某些废弃物生产天然气。如将微生物分解纤维素和木质素的基因转入到中温细菌中，使发酵能在较高温度下进行，提高转化速度，用于蔗糖发酵生产天然气[10] 。
3.1.5 基因芯片技术
基因芯片技术作为生物芯片技术一个发展最完备的分支，基因芯片可以分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片cDNA芯片有多种制备方法，在基因表达相关研究方面具有重大价值;寡核苷酸芯片主要应用于杂交测序、单核苷酸多态性分析和突变检测。基因芯片，又称DNA微阵列，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段杂交。如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。cDNA芯片即在玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等固相载体上固定的成千上万个cDNA分子组成cDNA微阵列。
3.2 分子生物学技术在环境微生物研究中的应用
3.2.1重组细菌用于环境污染防治
Pseudomonas sp.P2是一株甲酰磷降解菌，罗如新等人(1999)[11]克隆了氯苯降解菌L1的邻苯二酚1,2-双加氧酶基因，在表达载体PKT230携带下转入了P2菌中，使P2获得高效的邻苯二酚1,2-双加氧酶酶活，该酶活性甚至比天然宿主还高21倍。
植物根际是一个有潜力的污染降解地点，在植物根际由植物供给能被微生物利用的营养物质使微生物繁殖，最终进行污染物的消除。在外来微生物中表达与脱毒有关的酶类也能在实地应用中提供专一选择优势。该例利用了小麦根际微生物对土壤中的三氯乙烯(TCE)脱毒。D.C.yec等人(1998)[12]将洋葱伯克霍尔德菌G4的甲苯邻单加氧酶基因转入荧光假单子孢菌2-79中后，荧光假单孢菌比小麦根际其它菌长得好。
3.2.2 胞内酶在细胞表面表达更好发挥生物降解功能
当有重金属存在时，较高等植物可产生相应的金属硫蛋白(MTs)。MTs是含半胱氨酸丰富的蛋白质，能结合镉、铬、汞和铜等重金属离子。在E.coli中表达MTs是一项有希望的技术，但细胞内的MTs对金属离子的吸附能力有限。解决这一困难的一条途径是在细胞表面表达MTs，据报道把MTs插入LamB序列的153位点而证实了这一可能性[13]，杂合蛋白的表达提高了对镉的结合力达15~20倍，由于MTs定位于细胞表面，即使细胞死亡，仍可用于金属的吸附和积累。有机磷广泛用于农业制造杀虫剂，由土壤微生物中分离到的有机磷水解酶(OPH)能有效降解这些杀虫剂。但OPH纯化所需的成本高，而用完整的细胞脱毒受到转运有机磷通过细胞膜屏障的限制。在细胞表面表达0PH的完整细胞降解磷!硫和Paraoxon比在细胞内表达OPH的细胞快几倍[14]。得到的酶活定位于细胞表面的生物催化剂比纯化的0PH明显更稳定，也更活跃。
3.2.2 分子生物学技术在环境微生物监测中的应用
环境中存在的大量微生物中，仅有1%可通过传统的培养方法在培养皿上进行培养和进一步分离，而绝大多数细菌要求非常严格的营养条件或是难以培养 [15] PCR技术及衍生出的一系列生物技术，使得在复杂环境中对那些混合物内低含量的群体成员或生物群中某个特异基因的检测与研究成为可能。
Fantroussi等人[16]用嵌套式PCR(nestedPCR)来监测未被污染的土壤淤泥实验生态系中3-氯苯脱氯细菌的外源基因的种类。Selvaratnam等人[17]用编码苯酚单加氧酶的dmpN基因的PCR扩增来检测处理废水的分批式反应器中的降解酚的假单胞杆菌。PCR技术还与其它方法结合应用于环境监测中。Chandler等人[18]用MPN/PCR技术来估测被燃料污染的土壤中的萘过氧化物酶基因nahAc、链烷单加氧酶基因alkB及dmpB的数量。PCR技术与核酸杂交技术结合，用来进一步检测PCR扩增产物，核实被扩增的序列即目的序列。
环境微生物监测环境中微生物的研究难点是常常无法准确定性和直接定量地检测环境中可能存在的众多微生物种群。基因芯片技术的出现和发展为微生物学领域的研究者提供了高效快捷的技术方法，为科研迅速向纵深化发展提供了可能[19]。一些作为分子标记的基因工程菌也应用到环境生物技术中，主要用来监测投放到环境中的微生物的情况。许多学者对细菌中的荧光基因(luxgene)进行克隆，转移到具有分解能力的特种微生物体内，具有分解能力的菌体中就有了特定的荧光标记，通过对荧光菌和荧光量的监测可以达到对专门细菌的跟踪，并可以了解到它们与其它菌株之间在分解过程中的关系[20]。
3.2.3 分子生物技术在环境基因工程菌的稳定性和安全性研究中的应用
对转基因生物的环境安全问题需进行长期的系统的研究，因风险的出现有长期滞后性。在关于被引入遗传物质的稳定性和新的遗传物质是否转移到其他微生物中，通过生物的表型可初步判断，进一步的证实则可以利用DNA序列分析，探针杂交等。关于生物围堵，目的是加强对重组微生物的行为和命运的可预见性。生物围堵系统可以是被动的，如对菌株引入培养缺陷型，recA-等突变；或是主动的系统，指向细胞中引入诱导细胞死亡的自杀基因。化学诱导自杀作为生物围堵的基本原理，其策略是将杀伤功能与生物降解途径的调节系统相联系，细胞在非生物物质存在时存活(自杀基因被遏制)，但非生物物质完全降解后，自杀基因开启，细胞死亡。
随分子生物学技术的发展和对环境微生物研究的深入，分子生物学技术在环境微生物中的应用越来越广泛也越来越重要。分子生物学技术的应用不仅扩大了环境微生物研究的广度而且加大了研究的深度。随着越来越多微生物全部基因序列的解码，对各种细菌体内降解基因的分布和表达会有更深入的了解，这方面技术的成熟必将对环境微生物的研究有一个整体的系统的生态水平上的认识，必将使研究更具目标性，应用更具可控性[21]。

❹ 微生物的特点有哪些

一、体小面大

一个体积恒定的物体，被切割的越小，其相对表面积越大。微生物体积很小，如一个典型的球菌，其体积约1mm，可是其表面积却很大。这个特征也是赋予微生物其他如代谢快等特性的基础。

二、吸多转快

微生物通常具有极其高效的生物化学转化能力。据研究，乳糖菌在1个小时之内能够分解其自身重量1000-10000倍的乳糖，产朊假丝酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的100倍。

三、生长繁殖快

相比于大型动物，微生物具有极高的生长繁殖速度。大肠杆菌能够在12.5-20分钟内繁殖1次。不妨计算一下，1个大肠杆菌假设20分钟分裂1次，1小时3次，1昼夜24小时分裂24×3=72次，大概可产生4722366500万亿个。

但事实上，由于各种条件的限制，如营养缺失、竞争加剧、生存环境恶化等原因，微生物无法完全达到这种指数级增长。 已知大多数微生物生长的最佳pH范围为7.0 (6.6~7.5)附近，部分则低于4.0。

(4)微生物的特点如何在环境工程领域中体现扩展阅读：

接种微生物注意事项：

(1)接种室应保持清洁，用煤粉酚皂液擦洗台面及墙壁，定期用乳酸或甲醛熏蒸。每次使用前，均应用紫外灯灭菌。定期对接种室作无菌程度的检查。

(2)进入接种室前，应先做好个人卫生工作，在缓冲间内要更换工作鞋帽、工作衣、戴口罩。工作衣、工作鞋、口罩只准在接种室内使用。不准穿到其它地方去，并要定期更换、消毒。

(3)接种的试管、三角并瓶等应做好标记，注明培养基、菌种的名称、日期。移入接种室内的所有物品，均须在缓冲室用70%酒精擦试干净。

(4)接种前，双手用70%酒精或新洁尔消毒，操作过程不离开酒精灯火焰，棉塞不乱放。接种工具使用前后均需火焰灭菌。

❺ 微生物在治理环境污染方面有哪些应用

一、微生物在治理环境污染方面的应用：

1、运用环境微生物手段既可以修复受污染天然水体生态，如湖泊、河道和港湾，还可以修复污染土壤生态，尤其是残留农药污辱的农田土壤和油田开采过程中被原油污染的土壤。

• 给水体投加除碳（有机碳）、除氮菌株，正成为一项消除水体富营养化的可行技术措施。

• 给土壤添加除油（矿物油）菌株，已成为一项成熟的修复油污土壤的技术措施。

2、污染物降解菌可用于处理污水及固体废弃物。

• 对于生活垃圾、禽畜粪便、农业废弃物等非有毒有害固体废弃物来说，投降解菌者，污染物去除率高、发酵温度高、发酵周期短。

• 对于有毒有害工业固体废弃物来说，投加有专性降解功能的菌株，更是不可缺少的技术措施。

3、微生物还用于污染物的互不性检测方面：如发光细菌法，已被定为国家标准（GB）方法和世界标准（ISO）方法。

二、几项已经开发多年，接近产业化的微生物技术：

1、微生物脱硫技术：

近年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合，即把煤粉碎成微粒与水混合，并将微生物加入溶液中，让微生物附着在黄铁矿表面，使其表面变成亲水性，能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上，下沉至底部，从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面，因此脱硫时间只需数分钟即可，从而大幅度缩短了处理时间，可脱除无机硫约70%。

2、微生物制浆和微生物漂白技术：

造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序。与化学法相比，虽然机械法制浆可以大大提高纸浆得率，从而节省大量林木资源。但是，磨木浆的能量消耗很大，而且成品纸的强度等质量性能不如硫酸盐浆，因而限制了这项技术的发展。微生物技术可以帮助解决这些问题，其中最具吸引力和挑战性的是微生物制浆与微生物漂白。利用微生物与微生物酶类进行微生物制浆与微生物漂白具有很大的优势和潜力，因为微生物极易生长繁殖，酶催化反应具有高度专一性，反应条件温和，并且高效无污染。

3、污染土壤的微生物修复：

自本世纪70年代以来，发达国家就十分重视微生物技术在环境领域的应用，并开展了大规模的科研活动。已开发了一系列的微生物技术及其产品，并在世界上广泛应用于污水处理、大气净化及污染环境介质治理等诸多方面。当前，环境微生物技术在国际上已进入蓬勃发展的轨道。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境微生物技术的需求越来越广泛。

我国的微生物技术处于刚刚起步阶段。该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持，大力开展以污染控制技术为主体的微生物技术的研究，将大力推进微生物技术在环境保护中的应用，并发展带动整个环保科技的发展，解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题，并为环保市场提供高品质的环境保护高技术。应该充分认识到环境保护和社会、经济发展的重大意义。