隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的提高。有機(jī)污染物的排放量不斷增大.難降解毒性有機(jī)物的不斷增多，致使污水處理負(fù)荷加重。對(duì)于傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)，僅靠從自然界中獲取的土著菌種已對(duì)許多污染物的降解無能為力。人們開始更多地運(yùn)用微生物遺傳學(xué)的手段去改造生物處理構(gòu)筑物中的微生物特性，如通過馴化、誘變和雜交等方法使之獲得高耐毒性、高降解活性以及特異或廣譜降解污染物等的優(yōu)良遺傳性狀，從而選育構(gòu)建環(huán)境高效菌種，并將其應(yīng)用于污染治理，特別是難降解有機(jī)廢水的處理。這也成為近幾年來廢水生物處理方面的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。
1微生物的選育方法
當(dāng)前對(duì)于各類廢水進(jìn)行生物降解微生物的篩選培養(yǎng)可以從自然環(huán)境中選取.也可以在實(shí)驗(yàn)室中由人工分離篩選獲取。一般有以下兩種方法：
(1)污泥馴化。這是當(dāng)前廢水生物處理中培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)菌種常用的方法.其原理是利用某種待處理廢水對(duì)降解微生物菌群進(jìn)行適應(yīng)性培養(yǎng)。造成自然篩選，使微生物逐步適應(yīng)被處理廢水的環(huán)境.從而具有更好的分解廢水中有機(jī)物的能力。但實(shí)踐證明，利用污泥馴化的方法難以培養(yǎng)出降解廢水中有機(jī)物的高效菌株。
(2)篩選高效菌株。即在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)用以處理廢水的微生物菌種進(jìn)行人工分離，篩選出降解能力強(qiáng)的高效菌株，然后進(jìn)行快速培育增殖，以便進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，但是篩選分離工作較為復(fù)雜繁瑣。兩種方法可以分別實(shí)施，也可以相輔而行。
1.1誘變育種的概念
微生物的誘變育種，是以人工誘變手段誘發(fā)微生物基因改變，改變遺傳結(jié)構(gòu)和功能，通過篩選，從多種多樣的變異體中選出產(chǎn)量高、性狀優(yōu)良的突變株，并找出發(fā)揮這個(gè)突變株的最佳培養(yǎng)條件，使其在最適的環(huán)境條件下合成有效產(chǎn)物。即經(jīng)由改變和操縱微生物的基因，進(jìn)而選育出適合工業(yè)化生產(chǎn)的菌種的一種綜合技術(shù)。
1.2誘變育種的步驟
誘變育種的整個(gè)過程主要包括誘變和篩選兩個(gè)部分.一般步驟如下：
(1)出發(fā)菌株的選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇已經(jīng)經(jīng)過多次誘變并且每次誘變都有較好效果的菌株作為出發(fā)菌株，可以獲得較好的效果。
(2)誘變劑的選擇。目前在育種實(shí)踐中應(yīng)用較多的誘變劑是紫外線、X一射線、亞硝酸等。
(3)誘變劑量的選擇。一般來說，隨著劑量的增加，誘變率也增加，但超過一定限度，隨著劑量的增加。誘變率反而下降。過去常采用殺菌率為99％或90％的紫外線進(jìn)行育種。而現(xiàn)在傾向于采用殺菌率為70％～75％，甚至更低的紫外線育種。
(4)突變體的篩選。因?yàn)榇婊钕聛淼耐蛔凅w的性狀并不相同，基因的改變是隨機(jī)的，非定向的，因而必須進(jìn)行多次篩選，才能選出具有優(yōu)良性狀的突變體。
l.3誘變育種的方法
誘發(fā)突變主要有物理誘變、化學(xué)誘變、負(fù)荷處理及其協(xié)同效應(yīng)和定向培育。凡是利用生物的誘發(fā)突變進(jìn)行育種的方法，都稱之為誘變育種。
(1)物理誘變。利用物理因素引起的基因突變，稱為物理誘變。常見的物理誘變因素有：紫外線、x一射線、一射線、p一射線、快中子、激光、離子束等。其中，紫外線誘變由于具有設(shè)備簡單、誘變效率高、操作安全簡便等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于難降解廢水優(yōu)勢(shì)菌種的選育，并在廢水生物處理中發(fā)揮了重大的作用。
(2)化學(xué)誘變。利用化學(xué)物質(zhì)對(duì)微生物進(jìn)行誘變，引起基因突變或真核生物染色體的畸變。稱為化學(xué)誘變�；瘜W(xué)誘變物質(zhì)很多，其中以HNO最為常見。
(3)復(fù)合處理及其協(xié)同效應(yīng)。誘變劑的復(fù)合處理常有一定的協(xié)同效應(yīng)，可增強(qiáng)誘變效果。其突變率普遍比單獨(dú)處理的高，這對(duì)育種很有意義。復(fù)合處理有兩種或多種誘變劑先后使用�；蛘咄环N誘變劑的重復(fù)使用，再者兩種或多種誘變劑同時(shí)使用。
2紫外線誘變育種的機(jī)理
紫外線是波長136～390nm的電磁波。它是一種非電離輻射，能使被照射物質(zhì)的分子或原子中的內(nèi)層電子提高能級(jí)躍遷到能量高的外層軌道(稱為激發(fā))，導(dǎo)致分子的理化變化，但并不獲得或失去電子，所以不產(chǎn)生電離。
紫外線誘變的最佳波長范圍是200～300nm，其中又以260nm左右最佳。紫外線之所以能引起殺菌或誘變，主要是由于遺傳物質(zhì)DNA吸收紫外線而受影響。紫外線被DNA吸收后引起突變的原因，有的是DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)，有的是胞嘧啶與尿嘧啶之間的水合作用，有的是DNA鏈的斷裂，還有的是形成嘧啶二聚體。而形成嘧啶二聚體是產(chǎn)生突變的主要原因。嘧啶二聚體不僅可以由單鏈上相鄰的兩個(gè)胸腺嘧啶之間反應(yīng)后形成，也可以產(chǎn)生于雙鏈上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)胸腺嘧啶之間。微生物在正常生長情況下進(jìn)行DNA修復(fù)時(shí)。首先DNA雙鏈解開形成單鏈。然后兩條單鏈各自與細(xì)胞內(nèi)游離的堿基互補(bǔ)配對(duì)形成新鏈。如果此時(shí)雙鏈之間有嘧啶二聚體存在，則因二聚體的交聯(lián)作用，阻礙雙鏈的分開，復(fù)制到此處就無法進(jìn)行下去，造成DNA異常配對(duì)。
近年來又有一種新的理論。這種理論認(rèn)為作為生化法處理污水的主體.活性污泥是一個(gè)微生物的生態(tài)群體，這些微生物存在著紫外線敏感性差異，適當(dāng)?shù)淖贤饩�輻射會(huì)改變活性污泥的微生物組成結(jié)構(gòu)。紫外線增強(qiáng)活性污泥的生化降解能力，實(shí)際上是利用紫外線抑制活性污泥中的非目標(biāo)菌群的生長。消除目標(biāo)菌群在污水中的營養(yǎng)物質(zhì)競爭對(duì)手，優(yōu)化目標(biāo)菌群的生長環(huán)境.最終獲得所需要的增強(qiáng)效果。
3紫外線誘變育種在廢水生物處理中的研究現(xiàn)狀
3.1在造紙廢水處理中的應(yīng)用
中小型造紙企業(yè)排放的制漿黑液及漂白廢水水量大、污染負(fù)荷高，其中主要污染物——木質(zhì)素是目前公認(rèn)的微生物難降解的芳香族化合物之一。吳憶寧等在連續(xù)流條件下以活性污泥代替純菌種進(jìn)行UV誘變，結(jié)果表明：誘變污泥比普通馴化的污泥具有更高的活性。對(duì)COD和木質(zhì)素去除率平均提高了20％和15％。喬慶霞等㈣在前人的基礎(chǔ)上對(duì)自然篩選出的優(yōu)勢(shì)菌進(jìn)行紫外誘變，選育出更高效降解多種氯化物的優(yōu)勢(shì)混合菌。通過對(duì)造紙漂白廢水處理發(fā)現(xiàn)：誘變篩選出的B04菌處理效果最好，較未誘變菌CODQ降解率可提高19.71％，總氯的去除率可提高99.86％。孫先鋒通過紫外線照射獲得了改進(jìn)酸析木素法的新助劑。與常規(guī)酸析法相比，該助劑使用后具有較好的CODo和色度去除率，析出的木素顆粒上浮且含水率低等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)pH為3.0時(shí)，造紙黑液CODo去除率最高可達(dá)68％，色度去除率為92％以上，浮渣含水率最低僅為81％。并且pH在4.0～4.5時(shí)仍有類似的去除木素效果。郭鵬等通過紫外誘變篩選和自然篩選兩種途徑對(duì)活性污泥中的鏈霉素抗性細(xì)菌和敏感性細(xì)菌進(jìn)行選育，實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)誘變篩選后污泥中的混合菌具有較高的抗木質(zhì)素毒性的能力，在相同負(fù)荷下，誘變馴化污泥對(duì)COD。的去除率、對(duì)木質(zhì)素的降解率和耗氧速度分別比普通污泥提高了32.8％、17.6％、52.5％。
3.2在印染廢水處理中的應(yīng)用
印染廢水色度大、有機(jī)物濃度高、組分復(fù)雜、難降解物質(zhì)多，難以采用常規(guī)方法處理。目前，國內(nèi)外處理染料廢水主要采用生物降解法。而高效菌種的選育成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)口。
田萍等從受污染環(huán)境中采集污泥樣品，分離篩選出一株對(duì)偶氮染料活性艷紅X一3B具有較高降解活力的細(xì)菌M7為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外線誘變選育，獲得具有抗高濃度X一3B毒性能力的變異菌株UVM7—9，實(shí)驗(yàn)證明：該菌株對(duì)含偶氮染料X一3B模擬廢水的降解活性優(yōu)于原始菌株M7.24h對(duì)X一3B的脫色率達(dá)92％以上，是一株有希望應(yīng)用于工業(yè)染料廢水處理的脫色菌。朱海燕等㈣從染料廢水污泥中分離篩選出對(duì)三苯類染料甲基紫具有降解活性的細(xì)菌，經(jīng)紫外誘變，獲得高活性變異菌株，通過研究發(fā)現(xiàn)該菌株72h對(duì)甲基紫模擬廢水的脫色率達(dá)78％以上，比出發(fā)菌株提高44％。沈娟通過紫外線照射對(duì)黃孢原毛平革菌進(jìn)行誘導(dǎo)馴化后再處理難降解染料番紅花紅，可使6d的脫色率從36％提高到89％，誘變菌的產(chǎn)酶時(shí)間從5d縮短為3d。董新姣等將染料脫色菌無花果曲霉(Asper#llusficuum)經(jīng)紫外線誘變后，篩選出變株P(guān)l1，其在33℃、120r／rain振蕩培養(yǎng)條件下，3d內(nèi)對(duì)染料直接耐酸大紅4BS的脫色率為88.54％，比出發(fā)菌株提高了13％，經(jīng)斜面?zhèn)鞔?0次，脫色能力保持穩(wěn)定。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3-3在化工廢水處理中的應(yīng)用
有機(jī)、石油等化工廢水中含有較多的鹵代烴、氯代苯、多環(huán)芳烴、烯腈類、酚類等化合物。丙烯酰胺是重要的酰胺類化合物，在化工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，而微生物轉(zhuǎn)化丙烯腈法生產(chǎn)丙烯酰胺較為常用。因而對(duì)于丙烯腈廢水的治理具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。
孫曉君等口印利用紫外線對(duì)珊瑚諾卡氏菌進(jìn)行誘變，篩選出了9株有利于突變的菌株，通過在含高濃度的丙烯腈的培養(yǎng)基中復(fù)篩得到2株耐5.82％丙烯腈的突變株。林哲等將紫外光誘變技術(shù)應(yīng)用于高濃度苯酚廢水的生化處理過程，研究結(jié)果表明，紫外光誘變馴化污泥具有抗高濃度苯酚毒性的能力，COD降解速率和耗氧速率分別比普通馴化污泥提高了25.1m(g•h)和37.9mg／(g•h)，而且降解苯酚所需要的時(shí)間也縮短了1／3。沈齊英等用紫外線作為誘變劑，處理活性污泥中馴化篩選得到的降酚菌株，發(fā)現(xiàn)該菌株能夠降解較為復(fù)雜的含酚廢水。
羅建中等采用紫外誘變技術(shù)選育高效降解菌.對(duì)未誘變菌和誘變菌進(jìn)行含氯廢水的降解性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明變異優(yōu)勢(shì)菌對(duì)含氯廢水的COD和總氯的去除率比未誘變菌分別提高10％和20％。張卉等采用一射線誘變菌絲，經(jīng)過拮抗試驗(yàn)和酯酶同功酶電泳驗(yàn)證，選育出一株巴西蘑菇新菌株。經(jīng)液體培養(yǎng)其胞外多糖產(chǎn)量較出發(fā)菌株提高l2％。
3.4在農(nóng)業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
隨著化學(xué)農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用。藥劑殘留帶來的環(huán)境污染以及對(duì)人畜及其他生物的危害等問題日趨嚴(yán)重。利用微生物降解農(nóng)藥殘余物已經(jīng)逐漸成為減輕農(nóng)藥污染的主要方式之一。武曉煒∞從長時(shí)間、高農(nóng)藥污染的土壤中篩選甲胺磷降解菌S一2.通過UV誘變育種得到繼代菌種S一232。研究表明：該菌種除了具有穩(wěn)定的性能外，其降解農(nóng)藥的能力比S一2提高了8％～9％。杜麗平等[在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上研究了紫外線誘變菌，硫酸二乙酯(DES)誘變菌和復(fù)合誘變菌對(duì)含氮廢水的降解性能。結(jié)果表明，復(fù)合誘變后獲得的變異菌株Z5對(duì)含氮廢水中NHN的去除率比單獨(dú)采用紫外線或DES誘變后獲得的菌株有明顯的提高�；旌暇N對(duì)化肥行業(yè)廢水中COD和NH4+-N的去除率可達(dá)到95％～98％，出水能達(dá)到行業(yè)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.5在重金屬廢水處理中的應(yīng)用
近年來，重金屬污染成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的突出問題，傳統(tǒng)的處理方法操作過程過于繁瑣，易造成二次污染、且成本高、難以廣泛投入實(shí)際應(yīng)用。而微生物處理重金屬能夠克服以上缺點(diǎn)，成為凈化重金屬污染的有效途徑。誘導(dǎo)育種構(gòu)建具有良好的生長性能和重金屬處理性能，并對(duì)環(huán)境無害的工程菌，是實(shí)現(xiàn)該工藝試劑應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。尹華等通過紫外線等誘變劑對(duì)Candidautilis進(jìn)行選育.獲得具有高抗性的突變體，對(duì)C的去除率從80.2％提高到95.2％，并探討了突變菌株除鉻性能改善的機(jī)理。為進(jìn)一步誘變選育重金屬去除菌奠定了基礎(chǔ)。尤蘭蘭等㈤以釀酒酵母菌株為出發(fā)體，通過UV和NTG復(fù)合誘變獲得了高抗性突變菌株，其對(duì)Cu的吸附量是出發(fā)菌株的4.6倍。
3.6在含磷廢水處理中的應(yīng)用
磷是生物的重要營養(yǎng)源，但水體中磷量過多，容易引起水體的富營養(yǎng)化。江映翔等研究表明：采用適當(dāng)劑量的紫外線輻射，能夠使活性污泥的rrP去除率升高4％～8％。張愛華等以PS-O1P菌株為出發(fā)菌株，經(jīng)過紫外線誘變，選育出一株解磷能力明顯提高的菌株P(guān)S28P，其解磷能力比出發(fā)菌株提高了281.95％。
4展望
隨著人們對(duì)紫外光誘變育種過程的微觀機(jī)理研究的深人，發(fā)現(xiàn)活性污泥在誘變、篩選過程中可以得到由多個(gè)種群形成的更適合廢水中污染物降解的生態(tài)群體，這些種群較之單個(gè)菌種有更強(qiáng)的競爭力，而且具有一定的穩(wěn)定性，這就是所謂的污泥的紫外光誘變，該技術(shù)更有利于高效降解菌的篩選，減少馴化需要的時(shí)間，所以紫外光誘變技術(shù)成為新的發(fā)展方向。雖然在紫外光育種方面我們已經(jīng)取得一定的成績，但是該工作也存在難于控制和工作量大的特點(diǎn)，還需要進(jìn)行更多更深入細(xì)致的探討和研究。
