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微生物分子生态学技术在污水处理系统中的应用

微生物分子生态学技术在污水处理系统中的应用

*

张倩茹1,2

周启星

1**

陈锡时2 张惠文

1

1

中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳110016;2

沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;)

摘 要 微生物分子生态学作为分子生物学与微生物生态学交叉而形成的学科,在污水处理方面广泛应用。本文从分子生态学实验技术角度,综述了目前污水处理系统中微生物群体结构、多样性及其与功能相关性的研究进展,探讨了分子生态学技术的发展与应用前景,并指出研究该体系微生物对于认识微生物系统发育地位具有重要意义。关键词 微生物,分子生态学,污水处理

中图分类号 Q93811 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2003)03-0049-05Application of molecular eco -techniques to treatment system of w astewater.ZHA NG Qianru 1,2,ZHO U Q ix ing 1,CHEN Xishi 2,ZHAN G Huiwen 1(1Key L abor atory of T er r estrial Ecological Pr o -cess,I nstitute of A p p lied Ecology ,Chinese A cademy of Sciences ,S heny ang,110016,China;2

College of Soil &Env ir onment,S heny ang Agr icultur al Univer sity ,Shenyang,110161,China).Chinese Jour nal of Ecology ,2003,22(3):49~53.

M ore attention has been paid on molecular microbial eco logy.It is an interdisciplinar y field of molecu -lar biology and microbial ecology,which has been used in w astew ater treatment.T he composition and genetic diversity of microbial communities in wastewater tr eatment systems were thus rev iewed and some special functional microorganisms were descr ibed in details.F utur e trends of molecular ecological techniques combined w ith w astew ater treatment were also di scussed.It emphasized on the importance of resear ching on molecular ecolog y of micr oorgani sms in treatment system of wastewater so as to un -derstand microbial phy logenetic placement thoroughly.

Key words microorg anisms,molecular ecolog y,w astewater treatment.

*国家杰出青年科学基金项目(20225722)和中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX2-S W -416)。**通讯作者

收稿日期:2002-07-02 改回日期:2002-09-25

1 引 言

自1882年首次进行向污水中鼓入空气的试验后,微生物污水处理技术就作为一种独立的工艺方法在污水处理领域中占有重要地位[4]。它以成本低,出水水质较好,且污泥肥分高等优点,而被世界各国广泛采用。微生物污水处理技术是利用微生物代谢作用中产生的酶,来氧化分解有机污染物,从而

达到净化污水的目的[1,2]。随着污泥膨胀、脱磷脱氮效率降低等问题的不断出现,促使人们对该体系中微生物的复杂群体结构与系统运转工艺之间的关系产生了浓厚的兴趣。然而,传统的微生物分离培养方法不能满足微生物原位识别及形态学研究的需要,并且在多样性和动力学研究方面还存在着严重的局限性:¹培养过程复杂耗时;º只能反映显微镜条件下极少部分(<10%)的菌落数。近10年发展起来的以分子生物学方法为基础的分子生态学,大大拓宽了微生物生态学的研究视野,使之可以更客观、更直接地探讨微生物种群结构、遗传多样性及

其与环境间的相互关系[3]

。有关污水处理技术中

微生物的研究起步较晚,且受到传统方法的束缚,直到20世纪80年代才出现应用分子生态学方法来研究污水处理系统中微生物群体的实例。目前,有关该系统中微生物的多样性、系统发育地位、种群结构以及与功能的相关性都成为该领域的研究热点。2 rDNA 序列同源性分析的应用

长期以来,人们只能通过纯培养技术来研究污水处理系统中的微生物。但自然环境中的微生物有9915%~9919%的种类是不可培养的[27],而对于污水处理系统中的微生物,即使用最优化的培养基也只能复原其中的1%~15%,某些特定种类还要选择特殊的培养基[17,28],且培养过程复杂耗时。这为正确认识该系统中微生物的特性及系统发育地位带来了极大的困难。由于rRNA 素有/细菌化石0之

生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2003,22(3):49~53