環境工程領域中宏基因組學的應用研究

王翦

寶雞職業技術學院

環境工程領域中宏基因組學的應用研究

王翦

寶雞職業技術學院

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

環境工程；水處理；生物群落修復；垃圾處理；應用進展；研究

1 簡單闡述宏基因組學

在整個地球生態體系的能力與物質不斷循環的過程當中，環境微生物的作用是非常重要的；環境微生物這門學科是對生物生態分布形式、多樣化結構、生物群體遺傳特性及自然生態環境之間的互相作用情況進行深入研究的一門學科，這幾年以來在生物學，醫學和環境等多個領域越來越受到社會各界的關注；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，現階段我們在自然環境微生物的遺傳機理、生物群體部落效應及作用機制等方面的研究還遠遠不夠；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手段來獲得環境當中的微生物群體部落的結構、功能及構成等數據信息；宏基因組學當中所使用的分析方法與陳舊的培養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，進而就能夠對微生物群落的結構及構成進行分析。

2 宏基因組學在環境工程領域當中的運用及研究。

2.1 宏基因組學在水處理工程方面的運用研究。

隨著社會的飛速發展，工業發展和居民生活廢水的產量也在不斷的逐年増漲，一些大型企業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，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當中微生物群落的功能與構成進行深入的研究，能夠有效的了解水處理工藝方面的基本原理，同時還能夠對反應器水處理能力的改變進行及時的預測，進而能夠在污水處理廠家提供更加具有科學依據的管理方法和改進措施；利用宏基因組學特有的技術，能夠將自然環境當中具備活性基因簇和能夠降解的污染物質分離出來，進而使難以進行降解的污染物質逐漸轉變成為可以降解的物質，這種技術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的處理當中。

2.2 在土壤生物修復方面的宏基因組學的運用研究。

在土壤系統當中微生物的構成較為繁雜，數量龐大，種類繁多，功能各種各樣，微生物對于土壤當中各種有機物質的轉化和分解，土壤肥力的生成，營養能量的微循環和被污染區域進行凈化等多個方面有著至關重要的意義和作用；對于土壤生態系統中微生物組成復雜、種群繁多、數量巨大、功能多樣和各種營養元素的循環等方面的研究和進展受到了很多專家學者的重視；近些年以來，針對土壤的生物修復問題就運用到了宏基因組學的特有技術，對土壤當中的微生物群落，分子與細胞及自然生態體系等它們之間的結構與關聯進行研究和分析，進而對土壤的自然生態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工作；對土壤進行的微生物修復能夠使微生物的實際功能得到強化，提高土壤肥力和養分，為土壤當中的農作物供給更多的養分，降低對自然生態環境的不良影響，提高土地生產能力，使產量得到提升，確保自然環境和土壤環境健康持續的發展;利用宏基因學的特有技術能夠分析出環境污染物質和微生物群體部落二者之間的關系和狀況，直到現在，研究人員已經發現了能夠對塑料，石油烴及農藥與酚類化合物等物質進行降解作用的微生物，在土壤的生物修復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學的運用研究。

近些年來，我國經濟飛速發展，城市化進程也在不斷的加速，城市當中的居民生活垃圾的處置也是環境工程當中的主要任務之一；在城市當中所產生的生活垃圾，屬于廚余類的垃圾有機物質在總體垃圾當中占據著很大的比重，這種垃圾不能夠對其進行直接的填埋處理，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提出了更高的標準和要求；對生活垃圾的處理可以通過堆肥的形式，通過生物發酵技術，這樣就對生活垃圾當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電和居民供暖等方面，并且發酵之后所產生的無機物就是形成了元素極其豐富的無機肥料，將其使用到土地當中，進而達到充分利用的目的；運用堆肥處理垃圾的形式具有較多的優點，在垃圾當中的木質能夠為微生物提供養分，進而產生穩定的微生物菌群，通過生物轉化纖維物質廢棄物產生霉菌，所產生的生態霉菌種類是極其豐富的，因此在運用堆放發酵的垃圾處理方法時，加強對優勢菌類的培養，使其降解的功能和效率得到有效的提升，使垃圾當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，對所產生的滲濾液進行處理也運用了宏基因組學的特有技術，原位微生物的群落能夠對污染物質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建證明了，在垃圾滲濾液當中通過微生物修復所產出的微生物的潛力是很大的。

3 結語

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

[1]王野.環境微生物宏基因組學研究中的生物信息學方法[J].微生物學報.2014.08(8)

[2]劉錦亭.水體宏基因組學研究進展及應用[M].北京農學院學報.2011.09.(13)

王翦1987.11.30男陜西省寶雞市，助教，工學學士，環境工程方向。