生物強化技術(shù)是現(xiàn)代微生物培養(yǎng)技術(shù)在工業(yè)污水處理領(lǐng)域的良好應(yīng)用和擴展。生物強化過程中所投加的微生物可以來源于原來的處理體系，也可以是原來不存在的外源微生物。外源功能性高效微生物菌株的獲得主要有兩方面：一是從特殊的自然環(huán)境、污染現(xiàn)場或處理設(shè)施中篩選分離，二是通過構(gòu)建基因工程菌獲得。獲得的菌株經(jīng)過篩選、培育、馴化之后，投入到生化處理體系中，以目標污染物為主要能源，從而達到提高污染物處理效率的目的。在實際應(yīng)用中，所投加功能性微生物菌劑的組成及含量取決于原有處理體系中的微生物菌群及目標體系的環(huán)境條件。投加的微生物應(yīng)滿足以下三個基本條件：(1)投加后，菌體活性高；(2)菌體可快速降解目標污染物；(3) 在系統(tǒng)中不僅能競爭生存，而且可維持相當數(shù)量。

1、功能性高效微生物菌株的分離篩選

生物強化技術(shù)通過向污染物生化處理體系中投加具有特定功能的微生物，來達到提高處理系統(tǒng)處理能力的目的。微生物的來源可以是從原來體系中篩選出來的，也可以是原體系中不存在的外源微生物。采用從原來體系中篩選出的微生物進行生物強化，能克服其他外源菌所面臨的存活力較弱、與土著微生物之間可能存在競爭關(guān)系等一系列問題，且這種生物強化技術(shù)操作簡便，實用性強，因而具有較廣闊的應(yīng)用前景。另外，污水中含有多種化學性質(zhì)不同的物質(zhì)，用單一菌種很難將其徹底降解，強調(diào)微生物群系間的協(xié)同作用是目前逐漸被認可的應(yīng)用模式。利用這種分離方法篩選到的高效菌仍是生物強化技術(shù)的主流。理想菌株的篩選是生物強化技術(shù)的決定性因素；新的生態(tài)環(huán)境對生物強化效果也有重要影響。

2、構(gòu)建基因工程菌

   盡管自然界可以進化出能降解某些難降解有機物的微生物，但這種自然進化十分緩慢，遠不能滿足生物處理的需要，同時，很多具有特殊降解功能的菌株是無法通過傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)分離得到的。為了更加有效地去除廢水中的持久性有機污染，可以將通過基因工程技術(shù)構(gòu)建的具有特殊降解功能的基因工程菌應(yīng)用于生物強化技術(shù)。基因工程菌是指將所需的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA分子提取出來，在離體條件下切割后，將它與作為載體的DNA分子連接起來，導入某一受體細胞中，讓外來的遺傳物質(zhì)在其中進行正常的復(fù)制和表達，從而獲得新物種菌。通常情況下，受體微生物常選取待生物治理場所的土著優(yōu)勢菌，以提高基因工程菌對環(huán)境的適應(yīng)性。目前，研究較多的是質(zhì)粒轉(zhuǎn)移、原生質(zhì)融合和基因重組等。通過研究發(fā)現(xiàn)，控制細菌降解能力的基因片段位于質(zhì)粒上。采用基因工程手段將多種降解質(zhì)粒轉(zhuǎn)入同一微生物中，使之獲得廣譜的降解能力，或?qū)⒔到赓|(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能夠在污染環(huán)境中大量生存的菌體內(nèi)，定向構(gòu)建高效降解專一性污染物的工程菌，對于復(fù)雜污染物、難降解污染物尤其是原來自然界中沒有的人工合成物質(zhì)的生物降解具有重要意義。

盡管構(gòu)建高效工程菌有諸多優(yōu)點，但工程菌在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用中仍有不少問題有待解決。如某些質(zhì)粒的不相容性使其降解形狀不一定被轉(zhuǎn)移，原生質(zhì)融合技術(shù)可能使其酶活性下降，種的壁壘會使外源降解基因表達能力逐漸下降甚至喪失，基因工程菌對生態(tài)環(huán)境可能造成威脅等。因此，基因工程菌新基因的穩(wěn)定性能，新基因轉(zhuǎn)移到其他生物體中或其他目標環(huán)境中的規(guī)律以及基因工程菌對生態(tài)系統(tǒng)的副作用等基因工程菌的安全性和有效性問題均是今后需要重點研究的課題。

3、水平基因轉(zhuǎn)移

高效基因工程菌屬于外源菌種，在與土著菌種的生存競爭中常處于劣勢，不能維持一定的生存數(shù)量和比率，因此一直是困擾這項研究順利進行的首要問題。由此，大量研究集中在利用基因的自然水平轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)生化處理系統(tǒng)的生物強化上。水平基因轉(zhuǎn)移的主要思路是將位于自由基因元素上的降解基因引入待處理污染物系統(tǒng)，通過自由基因向土著菌種的擴散和轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)已有菌種對污染物的原位基因修復(fù)。與傳統(tǒng)的生物強化方法相比，水平基因轉(zhuǎn)移方法由于降解基因處于一種自由的狀態(tài)，因此具有如下潛在優(yōu)點：(1)含有降解基因的菌種加入到原始系統(tǒng)后，降解基因通過自由的水平轉(zhuǎn)移進入原有系統(tǒng)的固有菌中，由于新菌對環(huán)境有更好的適應(yīng)性，且轉(zhuǎn)移過程是自然發(fā)生的，因此降解基因在菌種內(nèi)也會更好地生存；(2)在持續(xù)高效降解目標污染物的同時，不需要特意維持含有降解基因的菌種在系統(tǒng)中的存活率。

細菌間的水平基因轉(zhuǎn)移簡稱為供體和受體之間的親代到子代的遺傳物質(zhì)交換，轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合是水平基因轉(zhuǎn)移的三種基本機制。將具有相關(guān)降解基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到土著微生物是促進生物強化持久穩(wěn)定的一種法。降解基因通過水平基因轉(zhuǎn)移向群落中土著微生物傳播，如外界菌體攜帶的降解性質(zhì)粒進入某一微生物群落并能在群落成員中進行轉(zhuǎn)移，群落就會具有發(fā)展新的降解特性的能力，使群落對環(huán)境變化具有更強的應(yīng)變能力。水平基因轉(zhuǎn)移是生物強化處理廢水一個十分有前途的工具。

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