5.3.4微生物修复功能微生物及其表征在线视频

同学们大家好

现在我们来学习微生物修复技术的

最后一个方面即功能微生物的表征

我们说污染土壤中修复功能微生物

多种多样

主要是基于土壤中广泛分布的

种类繁多、数量巨大的微生物

其中以细菌量为最大

约占70%-90%

在每克肥沃土壤中

可含25亿个细菌

70万个放线菌

40万个真菌

5万个藻类以及3万个原生动物

当土壤受到污染时

微生物的无竞争多样性就会受到破坏

其种类下降

微生物结构发生相应改变

甚至可能会诱导产生新的微生物

研究者发现

能够降解烃类污染物的微生物有200多种

分属于70多个属

其中细菌28个属

丝状菌30个属

酵母菌约12个属

下面我们来看几种典型的污染土壤

有机物降解微生物

铜绿假单胞菌

木糖氧化无色杆菌及白腐真菌

下面我们来看污染土壤修复功能微生物分类

可以分为三类

即土著微生物

外源微生物和基因工程菌

土著微生物是天然存在、种类多样

环境适应性强的土壤原有微生物

外源微生物则是外来添加

人为选择性、高降解性微生物

但存在与土著微生物的竞争

和环境适应等问题

基因工程菌则是以遗传工程手段

构建的高效功能微生物

可获得广谱降解能力

可以认为是外源微生物的一种

我们说外源微生物

存在与土著微生物的竞争

而基因工程菌

又可能存在生物安全性等问题

因此这三种常见的

污染土壤修复功能微生物

我们应该如何进行选择呢？

下面我们就结合各自的特点

来进行论述

首先土著微生物

微生物修复的功能基础

就是土壤中常见的各种微生物

土壤污染作为一种环境胁迫

会对微生物产生自然驯化和选择

其结果是一些特异性微生物

会在污染物诱导下

产生有特定分解功能的酶体系

进而将污染物分解或转化

因此我们说土著微生物

可以从它适应土壤环境的特点

在土壤环境中原有的优势等

作为优先考虑的手段

但是土著微生物有可能

会存在降解效率低等问题

因此外源微生物

就会成为一种考虑和选择

主要就是基于土著微生物

生长速度较慢

代谢活性不高等可能的问题

而存在和进行选择的

污染物的存在

会导致土壤微生物数量下降

污染物降解性能降低

因此我们说这是外源微生物

现在进行广泛应用很重要的基础

如在二氯苯酚污染土壤中

只添加营养物时

七周内其降解率为57.1%

但是添加营养物同时接种假单胞菌时

七周的降解率则可以提高到

超过99%

因此接种外源微生物

已成为常用的强化微生物修复手段

在不利于微生物生长增殖的环境下

接种微生物的方法则更为常见

但是值得注意的是外源微生物

与土著微生物的竞争客观存在

因此虽然外源微生物

可最大限度地实现降解污染物的潜力

这是它最大的优势

但是其与土著微生物的竞争

也是我们必须要进行考虑的

那么大家可能就要问了

我们应该优先选择土著微生物

还是外源微生物呢？

那么我们就来看土著微生物

与外源微生物的选择原则

总体上来说就是因地制宜

以提高修复效率作为

最终的选择原则和目的

如1993年美国124个污染点位

生物修复实践中

使用土著微生物修复的点位约77%

接种外源微生物的修复点位为14%

两种方式同时使用的约9%

第三种基因工程菌就是采用遗传工程手段

研究和构建高效功能微生物

甚至可以构建多种污染物

同时降解的超级基因工程菌

我们把它看作外源微生物的

一种特殊形式

是将污染物降解功能基因

转导至环境适应能力强的土著微生物身上

基因工程菌

可以兼具土著微生物环境适应性强

与外源微生物降解效率高的优点

但是在实际应用中可能由于法律限制

公众接受度低等

存在一些环境伦理等方面的问题

因此这三种主要的功能微生物类型

在实际应用中我们要加以综合考虑

和选择

下面我们来看功能微生物的分析与表征

总体上分为两种手段

即基于传统培养的古典微生物学手段

和不经培养的分子生物学手段

其主要目的都是来分析

微生物群落结构及其最终的修复功能

首先我们来看古典微生物学方法

古典微生物学方法

是环境生物技术发展的基础

其核心是实验室模拟培养

即选择性培养

其局限性主要体现在以下两个方面

首先人工培养环境

不能完全模拟自然环境条件

对微生物生长、发育和繁殖的影响

另外人工培养单一环境

不能模拟实际土壤环境中

不同种群间的协同拮抗等实际相互作用

总体上来说

基于培养的古典微生物学方法

主要是确定土壤微生物数量

分析土壤微生物活性

也可以通过土壤等细菌

和真菌的鉴定等对其种类来进行确定

主要的土壤微生物数量

就包括总微生物数量的确定

如显微镜直接计数法

活菌计数

如平板计数、最大或然计数法等

微生物活性就包括

荧光素双醋酸酯活性等总酶活性

以及脱氢酶活性

尿酶活性等功能微生物活性

而现代分子生物学方法的核心

则是不经培养

直接提取土壤微生物DNA

对其微生物群落特性进行分析

主要方法包括聚合酶链反应PCR

限制性片段长度多态性分析RFLP

变性梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳DGGE

TGGE

基因芯片、Biolog等等技术

下面我们来看分子生物学技术的基础

聚合酶链反应PCR扩增的

简单原理

即利用引物对微生物DNA片段来进行扩增

经过一系列PCR的

不同阶段循环

可以向3'端和5'端延伸

经过一个循环后DNA可以

分裂成两倍

也就是进行复制

那么经过不同的循环

如30个循环之后

DNA就可以达到2的30次方

下面我们来看一个

功能微生物表征的实例

我们利用不经培养的

PCR-DGGE加多样性

指数分析技术

来对石油污染土壤的

功能微生物群落进行分析

左边的图即不同油田区

微生物群落的多态性

它的基本亲缘关系

右边是油田区土壤微生物

群落多样性指数

我们还可以对它进行

DGGE测序序列

16SrRNA系统进化树分析

我们对于研究中分析出来的

y1和c3两种位置的细菌

根据它在进化树上的亲缘关系

可以确定或者说判断它的

石油烃降解性能

总体上来说

油田区土壤微生物分布非常广泛

主要聚类于

细菌16SrRNA系统进化树

从革兰氏阳性菌到伽马变形菌纲

范围内

因此我们就可以利用上述

分子生物学技术

对石油污染土壤微生物群落分析

和功能微生物识别

起到一定的指导作用

以及实际应用

这就是微生物修复技术中的

功能微生物及其表征

谢谢大家