生态工程领域微生物菌剂研究进展

生态工程领域微生物菌剂研究进展摘要:阐述了微生物菌剂在生态工程领域的应用范围、效果和国内外的研究状况，总结了目前微生物菌剂研制中菌种的选育方法和常用的几类菌，并通过系统举例介绍了乳酸菌、酵母菌、光合细菌、芽孢杆菌这些常用菌种在污染物处理方面的效果及在废水处理生态工程方面的相关研究进展。同时，阐明了微生物混合培养技术在复合菌剂研究中的重要性，对微生物菌剂的作用机理进行了探讨，指出了目前关于微生物菌剂的研究大多只是集中于应用效果方面，而对作用机理研究得不够深入，以及复合菌系中微生物相互作用和影响的复杂性，并对此提出了一些建议。最后，对微生物菌剂的应用前景进行了展望。关键词:微生物菌剂;混合培养;乳酸菌;酵母菌;光合细菌;芽孢杆菌ResearchprogressofmicrobialagentsinecologicalengineeringAbstract:Microbialagentsespeciallythosecomposedbyavarietyofmicroorganismswithdifferentdegradationfunctionsandsymbioticrelationshipinanappropriateratioorpreparedbymixedculturewereanimportantresearchingareainappliedmicrobiologyrecently，whichaccomplishtransformingscientifictheoriesintopracticalproductiveforces．Microbialagentshavebeengraduallyusedinsomeaspectsofecologicalengineeringtoregulatetheecologicalbalanceandprotecttheenvironment，suchasplanting，breedingandpollutanttreatment，andhaveachievedgoodresults，especiallyinenvironmentalprotection．Theirsignificantadvantageshavebeenwidelyrecognized．Usingmicroorganismstosolveenvironmentalpollutionhasagoodprospect，thatiswhymoreandmorepeoplearecommittedtotheresearchanddevelopmentofmicrobialagents．Since1970，someproductsofcomplexmicrobialagentsweredevelopedinEurope，AmericaandJapan，andwerestartedlargescaleproductions．Themicrobialagentswerefirstlyappliedtotreatingsewage，industrialwastewater，andotherchemicalpollutions．Inthispaper，theapplyingscope，effectsandmechanismofmicrobialagentsinthefieldofecologicalengineeringweresummarized，frominternationalanddomesticliteratures．Thestrainsbreedingmethodsandseveraltypesofbacteriacommonlyusedinthedevelopmentofmicrobialagentsaresummedup．Andtheeffectsofwastewatertreatingprojectsofthroughapplyinglacticacidbacteria，yeast，photosyntheticbacteria，bacilluswereintroducedthroughsomeexamples．Meanwhile，mixedmicrobialcultureandtheinteractingmechanismsinthestudyofmicrobialagentswerediscussed．Manystudiesshowedthatthedegradationortransformoforganicmattersneedscooperationbyvariestypesofmicroorganisms，andthecomplexbiologicalandchemicalinteractioncouldnotbecompletedbysinglecategorymicroorganism．Wepointedoutthatthecurrentresearchesonmicrobialagentsaremostlyfocusedontheeffectofapplication，butfewofthecurrentresearcheswasrelatedtothemoleculesofmechanism，whichwasdemonstratedthe．ecologica．cnmutualinteractionofdifferentmicrobialstrains．Infutureresearches，theinternaldegradationandsynergisticreactionshouldbedeveloped，andthedetailaffectingobjectivesindifferenthabitatofmicrobialagentsshouldbedetermined．Whenthesynergisticandanticatalysticmechanismsofcomplexmicrobialagentswereclearlydemonstratedintheaspectsofmicrobialphysiologyandmetabolism，thetechnologyofmixedcultivationcouldbepromoted，andtheselectionofmicrobialagentsgroupscouldoptimized，andthedegradingfunctionsofmicrobialagentscouldbebestdeveloped．Inthefuture，peoplewillpaymoreattentiontothequalityofenvironment，thesafeandefficientmicrobialagentswillincreasinglybewelcomed．Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology，microbialmixedculturetechniquesandtheefficiencyofmicrobialagentswillkeepimproving，andtherangeofapplicationwillmoreandmoreextensive．Maybeitcanbecomeakindofdailynecessitiesandreplacesomecleaningproductsweusenow，whichcanlargelyreduceenvironmentalpollution．KeyWords:microbialagents;mixedculture;lacticacidbacteria;yeast;photosyntheticbacteria;bacillus微生物菌剂尤其是由多种微生物组成的复合微生物菌剂的研究和应用是近年来发展起来的应用微生物学的一个重要内容。将几种具有不同降解功能和具有互生或共生关系的微生物以适当的比例进行组合或混合培养所配制的复合微生物菌剂应用于种植、养殖、环保等方面，可以调节生态平衡，保护生态环境，目前已逐步应用于各种生态工程领域，并取得了良好的效果，特别是在污染物处理方面，其显著优势已得到了广泛认可，越来越多的人开始致力于微生物菌剂的研究和开发。随着环境问题不断恶化以及近年来各种生物技术飞速发展，在生态工程领域利用微生物解决环境污染问题具有巨大的发展潜力。此外，微生物菌剂使用方便，经济安全，其开发和利用的市场前景十分广阔。1微生物菌剂的研究进展及应用范围自20世纪70年代以来，欧、美、日本等国家或地区都相继研制成功了一些复合菌剂，很多已经开始进行大规模的生产，并形成了系列化的产品，主要用于处理生活污水，工农业废水以及其他一些化合物污染的治理［1］。其中由日本琉球大学比嘉照夫教授于20世纪80年代初期研制的EM(有效微生物群)菌剂是最成功的，已经在90多个国家广泛用于种植业、养殖业及环境净化方面，产生了显著的经济、生态和社会效益［2-3］。由于微生物菌剂在一些发达国家研究和推广得较早，相关技术也较成熟，所以目前在发达国家的应用也更普遍。现在EM技术在我国主要用于养殖业和种植业，在环保方面的应用还处于相对滞后阶段［4］。近年来，国外有关微生物菌剂的报道较少，也没有再出现像EM那样在全世界都引起很大效应的菌剂。我国是从20世纪80年代才开始微生物菌剂的相关研究，从理论到实践，从单一菌种的利用到多个菌种的混合应用，相继取得了一些成果。如:我国已研制出功效显著且具有完全自主知识产权的“神威”微生态制剂，经过全国多地的实际应用，取得了良好的经济、社会和生态效应，在畜牧、水产养殖及垃圾、污水、粪便处理等方面都开始了广泛应用［5］;由北京沃土天地生物科技有限公司和中国农业大学资源与环境技术中心联合研制的VT系列复合微生物菌剂，能有效改善养殖水体水质条件，对养殖场、垃圾场、污水处理厂等的除臭均有明显效果;中国科学院成都生物研究所针对重金属工业废水和高浓度有机工业废水处理的技术难题，从自然界分离、纯化出多种功能性菌株，在深入研究其生理生化特点和生态功能的基础上，筛选、优化组配成具有去除重金属离子和去除高浓度有机物的两种环保生物菌剂，此外还开发出了一种处理炼油废水的微生物菌剂，并已申请了专利。最近几年，国内有很多关于复合菌剂研制的报道，主要利用微生物净化环境，在除臭、水质净化等方面表现良好。罗永华等［6］利用从垃圾填埋场附近的土壤中筛选出来的菌株制成了微生物除臭剂，它对氨气、硫化氢、总烃、臭气浓度的去除率分别可达到83．3%、80．7%、62．5%、86．8%;施安辉等［7］利用从水产养殖的优良水质中分离得到的优势菌种研制出水质净化剂，将其用于淡水鱼养殖池中，对降低水体中的COD，NH3-N，亚硝酸盐等起到了理想的效果。但这些大都还处于试验研究与初步应用水平，还没有广泛应用于实际。6288生态学报31卷．ecologica．cn2菌种的选育方法根据需要直接选用具有相应降解功能的菌种，再按一定比例混合是配制微生物菌剂最常用的方法。选育菌种最简单的方法是从自然环境中筛选出有效的菌株，再配制复合菌剂，用于相应的污染场所的治理［8-10］。随着生物学技术的发展，人们可以通过基因工程技术或原生质体融合等手段来构建或改造一些高效降解菌。Chen等［11］的研究表明，利用原生质体融合得到的子代细胞降解脱氢双香草醛的能力比亲株提高了2—4倍。Friello等［12］］通过质粒转导技术将降解不同污染物的质粒转移到同一个菌株中，构建出能同时降解芳烃、萜烃、多环芳烃和脂肪烃等石油组分的菌株。Mondello等［13］采用定点基因突变技术修改多氯联苯降解菌株的联苯双加氧酶的序列，显著提高了降解菌株的底物范围和活性。3环保微生物菌剂中常用的有效菌目前，国内外研制成功的微生物菌剂以及有关微生物菌剂的研究报道中使用最多的菌种主要