環(huán)境工程領(lǐng)域中宏基因組學(xué)的應(yīng)用研究

王翦

寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院

環(huán)境工程領(lǐng)域中宏基因組學(xué)的應(yīng)用研究

王翦

寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院

宏基因組學(xué)是近些年來由環(huán)境生物學(xué)科與基因組學(xué)這兩門學(xué)科綜合在一起所產(chǎn)生的新研究學(xué)科，這門學(xué)科具備獨有的生物分子監(jiān)測方法和技術(shù)，并且還具備對高通量基因進行篩選的技術(shù)，這些技術(shù)對于自然環(huán)境和生物群落的深入研究及新資源的開發(fā)利用上都有著巨大的意義，在多個行業(yè)領(lǐng)域都在運用宏基因組學(xué)的這些特有技術(shù)，在環(huán)境工程的領(lǐng)域當(dāng)中也得到了充分的運用；本文對宏基因組的特有技術(shù)進行了簡要的介紹，并對這些技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域當(dāng)中的運用與進展情況進行了總結(jié)。

環(huán)境工程；水處理；生物群落修復(fù)；垃圾處理；應(yīng)用進展；研究

1 簡單闡述宏基因組學(xué)

在整個地球生態(tài)體系的能力與物質(zhì)不斷循環(huán)的過程當(dāng)中，環(huán)境微生物的作用是非常重要的；環(huán)境微生物這門學(xué)科是對生物生態(tài)分布形式、多樣化結(jié)構(gòu)、生物群體遺傳特性及自然生態(tài)環(huán)境之間的互相作用情況進行深入研究的一門學(xué)科，這幾年以來在生物學(xué)，醫(yī)學(xué)和環(huán)境等多個領(lǐng)域越來越受到社會各界的關(guān)注；由于微生物具有新陳代謝快，擴散能力和變異能力極強的特點，現(xiàn)階段我們在自然環(huán)境微生物的遺傳機理、生物群體部落效應(yīng)及作用機制等方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；所以說，著這一課題的研究上，正在需要一種切實有效的技術(shù)手段來獲得環(huán)境當(dāng)中的微生物群體部落的結(jié)構(gòu)、功能及構(gòu)成等數(shù)據(jù)信息；宏基因組學(xué)當(dāng)中所使用的分析方法與陳舊的培養(yǎng)微生物的分析方法有很大的不同之處，這種方法不用對微生物群落培養(yǎng)物進行挑選，只需要對所有的微生物核酸序列進行測試就可以，進而就能夠?qū)ξ⑸锶郝涞慕Y(jié)構(gòu)及構(gòu)成進行分析。

2 宏基因組學(xué)在環(huán)境工程領(lǐng)域當(dāng)中的運用及研究。

2.1 宏基因組學(xué)在水處理工程方面的運用研究。

隨著社會的飛速發(fā)展，工業(yè)發(fā)展和居民生活廢水的產(chǎn)量也在不斷的逐年増漲，一些大型企業(yè)有著很大的污水處理的需求，目前所普遍使用的污水處理技術(shù)，就是使用好氧和厭氧對污水進行處理的方法，所以在對污水進行處理的系統(tǒng)當(dāng)中微生物群落的功能與構(gòu)成進行深入的研究，能夠有效的了解水處理工藝方面的基本原理，同時還能夠?qū)Ψ磻?yīng)器水處理能力的改變進行及時的預(yù)測，進而能夠在污水處理廠家提供更加具有科學(xué)依據(jù)的管理方法和改進措施；利用宏基因組學(xué)特有的技術(shù)，能夠?qū)⒆匀画h(huán)境當(dāng)中具備活性基因簇和能夠降解的污染物質(zhì)分離出來，進而使難以進行降解的污染物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變成為可以降解的物質(zhì)，這種技術(shù)主要運用在了重金屬和石油烴與多種難以降解的有毒化合物質(zhì)的處理當(dāng)中。

2.2 在土壤生物修復(fù)方面的宏基因組學(xué)的運用研究。

在土壤系統(tǒng)當(dāng)中微生物的構(gòu)成較為繁雜，數(shù)量龐大，種類繁多，功能各種各樣，微生物對于土壤當(dāng)中各種有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和分解，土壤肥力的生成，營養(yǎng)能量的微循環(huán)和被污染區(qū)域進行凈化等多個方面有著至關(guān)重要的意義和作用；對于土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物組成復(fù)雜、種群繁多、數(shù)量巨大、功能多樣和各種營養(yǎng)元素的循環(huán)等方面的研究和進展受到了很多專家學(xué)者的重視；近些年以來，針對土壤的生物修復(fù)問題就運用到了宏基因組學(xué)的特有技術(shù)，對土壤當(dāng)中的微生物群落，分子與細(xì)胞及自然生態(tài)體系等它們之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)進行研究和分析，進而對土壤的自然生態(tài)體系進行全方位的分析和研究，進而推動了土壤微生物的修復(fù)工作；對土壤進行的微生物修復(fù)能夠使微生物的實際功能得到強化，提高土壤肥力和養(yǎng)分，為土壤當(dāng)中的農(nóng)作物供給更多的養(yǎng)分，降低對自然生態(tài)環(huán)境的不良影響，提高土地生產(chǎn)能力，使產(chǎn)量得到提升，確保自然環(huán)境和土壤環(huán)境健康持續(xù)的發(fā)展;利用宏基因?qū)W的特有技術(shù)能夠分析出環(huán)境污染物質(zhì)和微生物群體部落二者之間的關(guān)系和狀況，直到現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了能夠?qū)λ芰?，石油烴及農(nóng)藥與酚類化合物等物質(zhì)進行降解作用的微生物，在土壤的生物修復(fù)方面有著重大的實際意義。

2.3 在生活垃圾的處理方面宏基因?qū)W的運用研究。

近些年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市化進程也在不斷的加速，城市當(dāng)中的居民生活垃圾的處置也是環(huán)境工程當(dāng)中的主要任務(wù)之一；在城市當(dāng)中所產(chǎn)生的生活垃圾，屬于廚余類的垃圾有機物質(zhì)在總體垃圾當(dāng)中占據(jù)著很大的比重，這種垃圾不能夠?qū)ζ溥M行直接的填埋處理，所以，對于這部分垃圾的處理難度就比較大，也給垃圾的處理技術(shù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求；對生活垃圾的處理可以通過堆肥的形式，通過生物發(fā)酵技術(shù)，這樣就對生活垃圾當(dāng)中的有機物能力進行充分的利用，使其能量得到釋放，這部分能量能夠運用在發(fā)電和居民供暖等方面，并且發(fā)酵之后所產(chǎn)生的無機物就是形成了元素極其豐富的無機肥料，將其使用到土地當(dāng)中，進而達(dá)到充分利用的目的；運用堆肥處理垃圾的形式具有較多的優(yōu)點，在垃圾當(dāng)中的木質(zhì)能夠為微生物提供養(yǎng)分，進而產(chǎn)生穩(wěn)定的微生物菌群，通過生物轉(zhuǎn)化纖維物質(zhì)廢棄物產(chǎn)生霉菌，所產(chǎn)生的生態(tài)霉菌種類是極其豐富的，因此在運用堆放發(fā)酵的垃圾處理方法時，加強對優(yōu)勢菌類的培養(yǎng)，使其降解的功能和效率得到有效的提升，使垃圾當(dāng)中的固體廢物的利用效率得到有效的提升；在對垃圾進行填埋處理時，對所產(chǎn)生的滲濾液進行處理也運用了宏基因組學(xué)的特有技術(shù)，原位微生物的群落能夠?qū)ξ廴疚镔|(zhì)起到有效的降解效果，通過在垃圾滲濾液中微生物群落的構(gòu)建證明了，在垃圾滲濾液當(dāng)中通過微生物修復(fù)所產(chǎn)出的微生物的潛力是很大的。

3 結(jié)語

目前宏基因組學(xué)隨著生物技術(shù)的不斷進展也在快速的發(fā)展和進步，然而怎樣能夠切實有效的對高通量的信息數(shù)據(jù)進行處理還是該門學(xué)科進一步發(fā)展和飛越的一個障礙；在環(huán)境工程的領(lǐng)域范圍內(nèi)，這個問題更為明顯，在環(huán)境工程當(dāng)中的專業(yè)人員沒有生物學(xué)的相關(guān)知識，這就使研究人員難以從高通量宏基因組的信息數(shù)據(jù)當(dāng)中快速的進行分析，進而獲得最真實的信息數(shù)據(jù)，這就很大程度上限制了這門學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進步，所以，在不斷推廣和普及宏基因組技術(shù)的同時，還應(yīng)該建立起面向工程研究人員及環(huán)境科學(xué)的公共平臺，進而才能夠使人類更加的了解微生物的世界，為人類的發(fā)展和進步做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]王野.環(huán)境微生物宏基因組學(xué)研究中的生物信息學(xué)方法[J].微生物學(xué)報.2014.08(8)

[2]劉錦亭.水體宏基因組學(xué)研究進展及應(yīng)用[M].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報.2011.09.(13)

王翦1987.11.30男陜西省寶雞市，助教，工學(xué)學(xué)士，環(huán)境工程方向。