摘要：本文在简单介绍低温微生物的前提下，探讨了低温微生物具备的特殊分子适应性，就其在环境工程中的应用，展望了未来的发展趋势。

关键词：环境工程;低温微生物;应用

一、低温微生物概述

（一）主要类群

1.嗜冷菌。嗜冷菌大量出现于常年低位地区，目前已经被专家学者发现并研究的嗜冷菌有以下五种类型：酵母菌、真菌、藻类、真细菌和蓝细菌。在嗜冷菌的主要类群中，革兰氏阴性杆菌的数量最多，其数量远高于革兰氏阳性杆菌。真细菌种类中，部分是自养的，部分是异养的，有的喜好氧气，能够在氧气充足的环境中大量繁殖，有的厌恶氧气，一旦接触氧气便会立刻死亡;还有一些真细菌能够通过光合作用生存。目前已经发现的嗜冷菌菌属有无色杆菌属、黄杆菌属、螺菌属、微球菌属等。

2.耐冷菌。耐冷菌能够忍受生存地区存在短暂的温度变化，正是由于这个原因，耐冷菌在地球上的生态分布远远大于嗜冷菌。现已发现的耐冷菌主要菌属为嗜冷杆菌属、节杆菌属、盐单胞菌书、假单胞菌属等。

（二）生态分布。低温微生物首次出现于1887年，由一位叫做Forster的人从冷冻储存的鱼身上分离出来的。之后，有很多学者开始研究低温微生物，土壤、冰川、深海或有积雪的低温地区都逐渐发现了低温微生物。嗜冷菌大量出现于常年低温的环境中，而耐冷菌的氛围范围比较广阔，常年低温或一些温度存在少量变化的区域都能够分离到耐冷菌。目前已经被专家学者发现并研究的低温微生物有酵母菌、真菌、蓝细菌等，种类繁多，各自的特性也大不相同，其中大部分已经开始投入到正常使用中。

二、低温微生物具备的特殊的分子适应性

通过物竞天择、自然选择的作用，低温微生物长时间处于低温的极端环境下逐渐形成了适于该环境的特殊分子机制。这种特殊的子机制使得低温微生物在低温环境下所产生的酶蛋白分子就具有奇特的分子适应性，这些酶分子在零摄氏度到三十摄氏度之间具有较高的催化活性，在遇热的情况下的敏感性会表现的更强烈。通常上讲，酶蛋白的稳定性直接关系着它的比活性，而蛋白质分子的稳定性通常是由子的刚性起主要作用，增大分子的刚性会直接关系着酶蛋白和物的互相接触程度，进而在很大程度上减少酶蛋白的活性。相反，分子的柔性的增加会消耗更少的能量进行促化学反应，进而对酶蛋白的催化活力进行提高。

三、低温微生物在环境工程中的应用分析

（一）低温微生物在降解水中微量油脂的应用。含油废水是一种量大而面广的污染源，世界上每年至少有5×107-10×107L的油类通过各种途径进入水体。如何经济、快速、合理地处理油脂废水，解决环境污染问题，已成为一个亟待解决的社会问题。目前常用的处理方法是用物理、化学方法分离和回收废水中的油脂，但无法彻底消除废水中的油脂。

（二）低温微生物在降解含COD、氮磷的废水中的应用。常见污染物一般指污水中含有的COD、氮和磷。污水中一般含有较多的氮和磷。这三类污染物一般均采用生物法处理。相关研究者分离到4株耐冷丝状蓝细菌，该类菌在低温环境时对氮和磷均有较高的去除率。另外筛选到耐冷有机磷农药降解菌Plesiomonassp.SA-8，利用其降解甲基对硫磷，在最适温度20℃时降解率高达93%，当温度位于10℃时，降解率也可达到66.2%。有学者研究了土著反硝化菌Acineto - bacter johnsonii DBP-3对低温富营养化水体中典型营养盐的去除特征，结果表明，在避光、10℃和静置条件下培养，菌株对模拟系统中的氮磷和溶解性有机碳具有明显的去除作用。另外筛选出1株耐冷菌，在5℃曝气8h条件下，对接种废水的COD、氨氮去除率均在90%以上。耐冷细菌对污水CODCr的降解效果，去除率分别达23%和53%。筛选出1株耐冷菌，在8℃条件下，该菌株对模拟污水中的COD、总磷和氨氮的降解率分别达62.92%、56.42%和50.63%。

（三）低温微生物在环境工程中作为降解表面活性材料的应用。合成的阴离子表面活性剂（如SDS）广泛地应用于工农业生产中，比如洗涤剂和农用化学喷雾，因而在环境中存在着大量的表面活性剂，以致造成日益严重的环境污染。同时，表面活性剂对人体以及水生生物危害的短期效应和长期效应都不容忽视。但是在诸如北极、高山这样的低温环境中，表面活性剂的污染是很常见的，因此低温微生物的研究势在必行。利用耐冷型降解柴油微生物在10下对SDS进行降解。29种培养物中16种96h内能够完全降解500-1000mg/L的SDS，而其中只有三种不能降解2000mg/L的SDS。实验选定了其中的六种培养物，测定SDS浓度（1000-2000mg/L）和培养时间对降解效果的影响，结果发现72h后SDS含量极低，已无法检出，温度实验的结果表明培养物RM8/11在5-30范围内可完全降解2000mg/L的SDS，研究SDS含量对脱氢酶活性的影响，当SDS含量时，脱氢酶活性受到抑制，因此可利用脱氢酶活性测试来监测环境中的阴离子表面活性剂的污染情况。

（四）低温微生物在对氯酚类废水的降解应用。氯酚和五氯酚过去常被用作木材防腐剂，它们的使用使众多的地表水和地下水遭受污染。另外，氯酚也是生物或化学降解一些农药的主要中间产物。对氯酚进行生物降解的研究大多数都是在室温（20～30 ℃）下进行的，但是地表水及地下水的温度通常比室温低。大量的研究表明，耐冷菌中的一些菌种如Pseudomonas 等能够降解存在于低温土壤、沉积物和水中各种结构形式的氯酚。Jarvinen 等进行了氯酚类的生物降解研究，他们从地下水中分离到的耐冷高效氯酚降解菌用于好氧流化床，净化地下水中的氯酚污染，实验结果表明：在 5～7 ℃下，氯酚负荷为 740 mg/L 时，氯酚去除率达 99.9%。并且其年运行费用比在中温条件下进行生物降解的费用降低2.5 倍。

（五）保持微生物对营养和水质环境的需求。若要生化反应能够顺利进行需要在水体中增加一定的基质浓度。比如对溶解氧的浓度进行提高可以增加传质效率进而对硝化应速率进行加快，增加气量能够减少生物膜上浮物的积累，减少化生物膜的零落，进而维持物膜的最佳状态。以硝化反应为主的生物处理系统中，通常生在微碱性的环境中的硝化细菌，其生情况好，对H的变化能够反应更加敏感和明显，而通过理论计算得出要氧化一毫克的-NH3通常需要消耗七点一四毫克的碱度，因此保持适当的监督，适当提高体的H能够让硝化细菌更好的发挥其重要作用。

（六）适当升温。对于不同的生物处理系统通常具有不同的有效的下限温度才能更好地发挥作用，我们可以通过某个低温微生物的在不同温度下的运行数据进行分析，找出最低有效温度，然后适当提高温度，直接有效发挥生物处理系统的最大效用，但由于上百万吨的原水的处理量过大，一般不容易提高温度。而对于应用温棚来进行虾养殖和工厂化养殖中，就可以通过覆盖薄膜、锅炉加热或者是热水的方式来进行适当的升温，进而发挥生物处理系统的最大作用。

四、低温微生物在环境工程中的展望

利用现代分子生物技术，可以构建出具有特殊降解功能的基因工程菌，利用遗传学原理采用转化育种、原生质体融合、细菌质粒育种等技术培养，定向构建高效降解的基因工程菌。基因工程菌应用的关键是安全性问题：基因工程菌进入净化系统后需一段适应期;降解功能下降时，可重新接种;易生存，并发挥功能。但其安全有效性有待深入研究，尤其对微污染源水。

五、总结

最近这些年，对低温微生物的探究日益增加，人们十分关注和重视在保领域中应用低温微生物。这种基础探讨和研究的不断深化，物工程技术普遍应用的过程中，开辟和运用低温微生物具有十分光明的前景。

参考文献

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[2]张志鸣.低温微生物在环境工程中的应用[J].节能与环保，2019（10）：107-108.

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