环境工程领域中宏基因组学的应用研究

王翦

宝鸡职业技术学院

环境工程领域中宏基因组学的应用研究

王翦

宝鸡职业技术学院

宏基因组学是近些年来由环境生物学科与基因组学这两门学科综合在一起所产生的新研究学科，这门学科具备独有的生物分子监测方法和技术，并且还具备对高通量基因进行筛选的技术，这些技术对于自然环境和生物群落的深入研究及新资源的开发利用上都有着巨大的意义，在多个行业领域都在运用宏基因组学的这些特有技术，在环境工程的领域当中也得到了充分的运用；本文对宏基因组的特有技术进行了简要的介绍，并对这些技术在环境工程领域当中的运用与进展情况进行了总结。

环境工程；水处理；生物群落修复；垃圾处理；应用进展；研究

1 简单阐述宏基因组学

在整个地球生态体系的能力与物质不断循环的过程当中，环境微生物的作用是非常重要的；环境微生物这门学科是对生物生态分布形式、多样化结构、生物群体遗传特性及自然生态环境之间的互相作用情况进行深入研究的一门学科，这几年以来在生物学，医学和环境等多个领域越来越受到社会各界的关注；由于微生物具有新陈代谢快，扩散能力和变异能力极强的特点，现阶段我们在自然环境微生物的遗传机理、生物群体部落效应及作用机制等方面的研究还远远不够；所以说，着这一课题的研究上，正在需要一种切实有效的技术手段来获得环境当中的微生物群体部落的结构、功能及构成等数据信息；宏基因组学当中所使用的分析方法与陈旧的培养微生物的分析方法有很大的不同之处，这种方法不用对微生物群落培养物进行挑选，只需要对所有的微生物核酸序列进行测试就可以，进而就能够对微生物群落的结构及构成进行分析。

2 宏基因组学在环境工程领域当中的运用及研究。

2.1 宏基因组学在水处理工程方面的运用研究。

随着社会的飞速发展，工业发展和居民生活废水的产量也在不断的逐年増涨，一些大型企业有着很大的污水处理的需求，目前所普遍使用的污水处理技术，就是使用好氧和厌氧对污水进行处理的方法，所以在对污水进行处理的系统当中微生物群落的功能与构成进行深入的研究，能够有效的了解水处理工艺方面的基本原理，同时还能够对反应器水处理能力的改变进行及时的预测，进而能够在污水处理厂家提供更加具有科学依据的管理方法和改进措施；利用宏基因组学特有的技术，能够将自然环境当中具备活性基因簇和能够降解的污染物质分离出来，进而使难以进行降解的污染物质逐渐转变成为可以降解的物质，这种技术主要运用在了重金属和石油烃与多种难以降解的有毒化合物质的处理当中。

2.2 在土壤生物修复方面的宏基因组学的运用研究。

在土壤系统当中微生物的构成较为繁杂，数量庞大，种类繁多，功能各种各样，微生物对于土壤当中各种有机物质的转化和分解，土壤肥力的生成，营养能量的微循环和被污染区域进行净化等多个方面有着至关重要的意义和作用；对于土壤生态系统中微生物组成复杂、种群繁多、数量巨大、功能多样和各种营养元素的循环等方面的研究和进展受到了很多专家学者的重视；近些年以来，针对土壤的生物修复问题就运用到了宏基因组学的特有技术，对土壤当中的微生物群落，分子与细胞及自然生态体系等它们之间的结构与关联进行研究和分析，进而对土壤的自然生态体系进行全方位的分析和研究，进而推动了土壤微生物的修复工作；对土壤进行的微生物修复能够使微生物的实际功能得到强化，提高土壤肥力和养分，为土壤当中的农作物供给更多的养分，降低对自然生态环境的不良影响，提高土地生产能力，使产量得到提升，确保自然环境和土壤环境健康持续的发展;利用宏基因学的特有技术能够分析出环境污染物质和微生物群体部落二者之间的关系和状况，直到现在，研究人员已经发现了能够对塑料，石油烃及农药与酚类化合物等物质进行降解作用的微生物，在土壤的生物修复方面有着重大的实际意义。

2.3 在生活垃圾的处理方面宏基因学的运用研究。

近些年来，我国经济飞速发展，城市化进程也在不断的加速，城市当中的居民生活垃圾的处置也是环境工程当中的主要任务之一；在城市当中所产生的生活垃圾，属于厨余类的垃圾有机物质在总体垃圾当中占据着很大的比重，这种垃圾不能够对其进行直接的填埋处理，所以，对于这部分垃圾的处理难度就比较大，也给垃圾的处理技术提出了更高的标准和要求；对生活垃圾的处理可以通过堆肥的形式，通过生物发酵技术，这样就对生活垃圾当中的有机物能力进行充分的利用，使其能量得到释放，这部分能量能够运用在发电和居民供暖等方面，并且发酵之后所产生的无机物就是形成了元素极其丰富的无机肥料，将其使用到土地当中，进而达到充分利用的目的；运用堆肥处理垃圾的形式具有较多的优点，在垃圾当中的木质能够为微生物提供养分，进而产生稳定的微生物菌群，通过生物转化纤维物质废弃物产生霉菌，所产生的生态霉菌种类是极其丰富的，因此在运用堆放发酵的垃圾处理方法时，加强对优势菌类的培养，使其降解的功能和效率得到有效的提升，使垃圾当中的固体废物的利用效率得到有效的提升；在对垃圾进行填埋处理时，对所产生的渗滤液进行处理也运用了宏基因组学的特有技术，原位微生物的群落能够对污染物质起到有效的降解效果，通过在垃圾渗滤液中微生物群落的构建证明了，在垃圾渗滤液当中通过微生物修复所产出的微生物的潜力是很大的。

3 结语

目前宏基因组学随着生物技术的不断进展也在快速的发展和进步，然而怎样能够切实有效的对高通量的信息数据进行处理还是该门学科进一步发展和飞越的一个障碍；在环境工程的领域范围内，这个问题更为明显，在环境工程当中的专业人员没有生物学的相关知识，这就使研究人员难以从高通量宏基因组的信息数据当中快速的进行分析，进而获得最真实的信息数据，这就很大程度上限制了这门学科技术的发展和进步，所以，在不断推广和普及宏基因组技术的同时，还应该建立起面向工程研究人员及环境科学的公共平台，进而才能够使人类更加的了解微生物的世界，为人类的发展和进步做出更大的贡献。

[1]王野.环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法[J].微生物学报.2014.08(8)

[2]刘锦亭.水体宏基因组学研究进展及应用[M].北京农学院学报.2011.09.(13)

王翦1987.11.30男陕西省宝鸡市，助教，工学学士，环境工程方向。