优势菌种

环境工程微生物

在一个环境里保持优势的生命力和活力的细菌群叫优势菌群。在工业污染中，优势菌种是对某种特定的污染物或者特定的某种废水具有较高的去除降解效果的细菌、真菌、酵母菌、藻类等微生物。这些具有某种特定降解能力的微生物可以被污染的水、土壤或驯化好的污泥中分离、纯化而得到，或通过基因手段改造微生物以使之具有特定的降解能力。优势菌种在特定的污染环境中能够存活，它们即使不能利用污水中的污染成分做养分来源，对环境也有一定的耐受能力。

定义

优势菌种是通过人工筛选、培养和驯化，以及运用生物工程技术定向选育的，用于实际生物处理装置中的高活性单一或混合的纯培养优势微生物种群。优势菌种的筛选分离在人工固定生物活性炭技术等方面很重要，它是确保生物活性炭处理效果的关键环节。

分类

已筛选的菌种有：

① 降解有毒、有害有机污染物的微生物，如食酚菌，分解氰化物、苯系化合物、萘、菲、蒽、沥青等的微生物；

② 适应极端环境的微生物，如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、耐压菌；

③ 降解农药（如2,4-D、对硫磷、乐果等）的微生物；

④ 分解难降解污染物（如废塑料、尼龙）的微生物；

⑤ 降解染料的脱色菌；

⑥ 除臭菌。

微生物的特征

微生物技术在各个行业都得到了广泛的应用，其原因是环境中存在的微生物种类多、繁殖快、分布广、易培养、代谢能力强，因此提取的优势菌种被用来解决生产中的许多疑难问题。微生物作为生物界的一类，具有自己独特的特征：

（1）种类多。据统计，已发现的微生物有十万种以上，而且不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能分解各式各样有机物质。当前国内外都喜欢利用微生物来防治公害，就是利用微生物各尽所能，各取所需，协同作用于结构复杂的物质。

（2）繁殖快。在适宜的条件下，大肠杆菌能在20～30 min繁殖一代，24h可繁殖72代，菌数可达47×1022个，如果把这些细胞排列起来可将整个地球的表面覆满。但随着菌体数目增加，营养物质消耗，代谢产物积累，适宜的环境很难维持，所以微生物的繁殖速度永远达不到上述水平。

（3）分布广。在自然界中，上至天空下至海洋，到处都有微生物存在，而土壤则是各种微生物的大本营。

（4）容易培养。大多数微生物都能在常温常压下利用简单的营养物质进行生长。

（5）代谢能力强。由于微生物个体微小，具有极大的表面积和容积比值，因此它们能够在有机体与外界环境之间迅速交换营养物质与废物。从单位重量来看，微生物代谢强度比高等动物的代谢强度快几千倍甚至几万倍。从水处理的角度来看，代谢能力强则能在短时间把有害物质化为无害物质。

（6）容易发生变异。由于大多数微生物是单细胞微生物，当环境改变时容易引起它们的遗传性质发生变异，从而可以改变微生物的代谢途径。这个特点为降解一些人工合成的污染物提供了可能。

微生物的培养

培养步骤

微生物菌种的培养，不仅是把混杂的各类微生物有效地分开，得到纯种，更重要的是依据实际使用要求，有的放矢、快速、准确地将具有某种生化反应性能的微生物从大量的微生物中挑选出来。在水污染控制里，微生物菌种的筛选分离主要是获取具有特定降解能力的菌种。

优势菌种分离纯化和筛选的一般步骤为：标本采集-富集培养-菌种分离纯化-性能鉴定-菌种驯化-菌种保藏。

1）标本的采集

从何处采样，要根据筛选的目的确定，微生物的分布概况、菌种的主要特征及与外界环境的关系等，经综合、具体分析后决定。如果要筛选对某种底物有降解作用的微生物，最好在被该底物污染的环境中采集标本。因为在该环境中，由于环境的自然选择使得该环境中的微生物已适应该底物的影响，并能对该底物产生一定的作用，因而在该地区采集标本成功率要高一些。在水处理领域，一般是从处理的原水中筛选微生物，也有的是从已知的对某种底物有降解作用的菌种中选取有用的菌种，进行驯化培养。

2）富集培养

搜集的样品，如果含所需的菌较多，可直接进行分离，如果所需要的菌很少，就需要进行富集培养，使需要的菌大量生长，以利筛选。富集培养可以依据预定的技术路线和菌种特性，人为地加入一定的限制因素，以便使所需类型的菌种增殖后在数量上占优势。实质上，这是进行第一次初筛浓缩。人为的限制因素须根据具体情况确定，常用的有两个方法，一是投制一定的养分，二是控制一定的培养条件，例如控制温度、pH或营养成分即可达到目的。

3）菌种的分离纯化

通过增殖培养，具有某一特性的微生物将大量存在，但它们不是惟一的，仍有其他类型的微生物与之共存，所以经增殖培养后得到的难免是一群各类微生物的混合体。为了取得所需微生物纯种，增殖培养后须进行分离。

纯种分离的方法常用的有三种，即稀释分离法、划线法和组织分离法。划线法的主要特点是简单快捷；稀释法能够有较大几率获取纯菌，特别适宜分离具有蔓延性的微生物，组织分离法主要用于分离高等真菌和某些植物病原茵。从原水中分离菌种的常用方法是稀释分离和平板划线法。

4）生产性能的测定

分离后获得菌种是筛选工作的第一步。在菌种分离中，获得的大量菌株虽然可能有一些共同的特点，但是只有进一步进行生产性能的测定，才能确定哪些菌株适合处理需要。由于纯种分离后，得到的菌株数量很大，如果对每一株都做全面或精确性能测定，是不必要的。所以一般分两步进行，即初筛和复筛，经过多次重复筛选直至获得较少的优势菌株，供发酵条件的摸索和生产试验，并进而作为育种的出发菌株。

5）菌种驯化

分离获得的菌种虽然能适应环境生长，具备一定的生物降解作用，但是由于环境中多种微生物的存在，以及底物的限制，使得菌种生物降解能力较低，因此需要对菌种进行进一步的驯化，提高菌体的生物作用。菌种驯化过程，根据目的的不同所采用的方法也不尽相同。在水处理中，通常是采用诱导变异的方法提高菌体对特定污染物的降解能力。

另外，菌种的保藏和鉴定，对于实现微生物菌剂的产业化生产，具有很重要的意义。

分离

优势菌种的分离是获取菌种的第一步，可以采用不同的分离方法。在饮用水深度处理中，由于天然水中微生物的菌量和菌属种类较少，为确保菌种的代表性，选取城市自来水厂和管网水样，并采用三种不同的方法平行进行菌种培养分离。筛选的具体方法为：

① 取10 mL水样，放入无菌三角瓶，震荡30 min，倍比稀释到10-1、10-2、10-3。各取1 mL水样放入到已经灭菌的培养皿中，再加入牛肉膏蛋白胨培养基，混匀后在恒温（37 ℃）培养箱中培养24 h。

② 用接种针挑取水样，在牛肉膏蛋白胨培养基上进行划线分离，同时进行3个平行样的划线分离，最后放到恒温（37 ℃）培养箱中，培养24～48 h。

③ 取1mL水样，加入到液体全营养培养基中，在温度37℃、转速为100 r/min的条件下摇床培养24h。24h后挑取培养液在牛肉膏蛋白胨培养基上进行划线分离，最后放到恒温（37 ℃）培养箱中培养24小时。

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