隨著(zhù)工農業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的提高。有機污染物的排放量不斷增大.難降解毒性有機物的不斷增多，致使污水處理負荷加重。對于傳統的生物處理技術(shù)，僅靠從自然界中獲取的土著(zhù)菌種已對許多污染物的降解無(wú)能為力。人們開(kāi)始更多地運用微生物遺傳學(xué)的手段去改造生物處理構筑物中的微生物特性，如通過(guò)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，從而選育構建環(huán)境高效菌種，并將其應用于污染治理，特別是難降解有機廢水的處理。這也成為近幾年來(lái)廢水生物處理方面的一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域。
1微生物的選育方法
當前對于各類(lèi)廢水進(jìn)行生物降解微生物的篩選培養可以從自然環(huán)境中選取.也可以在實(shí)驗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。這是當前廢水生物處理中培養優(yōu)勢菌種常用的方法.其原理是利用某種待處理廢水對降解微生物菌群進(jìn)行適應性培養。造成自然篩選，使微生物逐步適應被處理廢水的環(huán)境.從而具有更好的分解廢水中有機物的能力。但實(shí)踐證明，利用污泥馴化的方法難以培養出降解廢水中有機物的高效菌株。
(2)篩選高效菌株。即在實(shí)驗室中對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)應用，但是篩選分離工作較為復雜繁瑣。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，改變遺傳結構和功能，通過(guò)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(guò)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。根據經(jīng)驗，選擇已經(jīng)經(jīng)過(guò)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)踐中應用較多的誘變劑是紫外線(xiàn)、X一射線(xiàn)、亞硝酸等。
(3)誘變劑量的選擇。一般來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)劑量的增加，誘變率也增加，但超過(guò)一定限度，隨著(zhù)劑量的增加。誘變率反而下降。過(guò)去常采用殺菌率為99％或90％的紫外線(xiàn)進(jìn)行育種。而現在傾向于采用殺菌率為70％～75％，甚至更低的紫外線(xiàn)育種。
(4)突變體的篩選。因為存活下來(lái)的突變體的性狀并不相同，基因的改變是隨機的，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、負荷處理及其協(xié)同效應和定向培育。凡是利用生物的誘發(fā)突變進(jìn)行育種的方法，都稱(chēng)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(chēng)為物理誘變。常見(jiàn)的物理誘變因素有：紫外線(xiàn)、x一射線(xiàn)、一射線(xiàn)、p一射線(xiàn)、快中子、激光、離子束等。其中，紫外線(xiàn)誘變由于具有設備簡(jiǎn)單、誘變效率高、操作安全簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于難降解廢水優(yōu)勢菌種的選育，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(chēng)為化學(xué)誘變�；瘜W(xué)誘變物質(zhì)很多，其中以HNO最為常見(jiàn)。
(3)復合處理及其協(xié)同效應。誘變劑的復合處理常有一定的協(xié)同效應，可增強誘變效果。其突變率普遍比單獨處理的高，這對育種很有意義。復合處理有兩種或多種誘變劑先后使用�；蛘咄环N誘變劑的重復使用，再者兩種或多種誘變劑同時(shí)使用。
2紫外線(xiàn)誘變育種的機理
紫外線(xiàn)是波長(cháng)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層電子提高能級躍遷到能量高的外層軌道(稱(chēng)為激發(fā))，導致分子的理化變化，但并不獲得或失去電子，所以不產(chǎn)生電離。
紫外線(xiàn)誘變的最佳波長(cháng)范圍是200～300nm，其中又以260nm左右最佳。紫外線(xiàn)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(xiàn)而受影響。紫外線(xiàn)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)胸腺嘧啶之間反應后形成，也可以產(chǎn)生于雙鏈上對應的兩個(gè)胸腺嘧啶之間。微生物在正常生長(cháng)情況下進(jìn)行DNA修復時(shí)。首先DNA雙鏈解開(kāi)形成單鏈。然后兩條單鏈各自與細胞內游離的堿基互補配對形成新鏈。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(kāi)，復制到此處就無(wú)法進(jìn)行下去，造成DNA異常配對。
近年來(lái)又有一種新的理論。這種理論認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(zhù)紫外線(xiàn)敏感性差異，適當的紫外線(xiàn)輻射會(huì )改變活性污泥的微生物組成結構。紫外線(xiàn)增強活性污泥的生化降解能力，實(shí)際上是利用紫外線(xiàn)抑制活性污泥中的非目標菌群的生長(cháng)。消除目標菌群在污水中的營(yíng)養物質(zhì)競爭對手，優(yōu)化目標菌群的生長(cháng)環(huán)境.最終獲得所需要的增強效果。
3紫外線(xiàn)誘變育種在廢水生物處理中的研究現狀
3.1在造紙廢水處理中的應用
中小型造紙企業(yè)排放的制漿黑液及漂白廢水水量大、污染負荷高，其中主要污染物——木質(zhì)素是目前公認的微生物難降解的芳香族化合物之一。吳憶寧等在連續流條件下以活性污泥代替純菌種進(jìn)行UV誘變，結果表明：誘變污泥比普通馴化的污泥具有更高的活性。對COD和木質(zhì)素去除率平均提高了20％和15％。喬慶霞等㈣在前人的基礎上對自然篩選出的優(yōu)勢菌進(jìn)行紫外誘變，選育出更高效降解多種氯化物的優(yōu)勢混合菌。通過(guò)對造紙漂白廢水處理發(fā)現：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(guò)紫外線(xiàn)照射獲得了改進(jìn)酸析木素法的新助劑。與常規酸析法相比，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pH為3.0時(shí)，造紙黑液CODo去除率最高可達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(lèi)似的去除木素效果。郭鵬等通過(guò)紫外誘變篩選和自然篩選兩種途徑對活性污泥中的鏈霉素抗性細菌和敏感性細菌進(jìn)行選育，實(shí)驗表明，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，在相同負荷下，誘變馴化污泥對COD。的去除率、對木質(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用
印染廢水色度大、有機物濃度高、組分復雜、難降解物質(zhì)多，難以采用常規方法處理。目前，國內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，分離篩選出一株對偶氮染料活性艷紅X一3B具有較高降解活力的細菌M7為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外線(xiàn)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)驗證明：該菌株對含偶氮染料X一3B模擬廢水的降解活性?xún)?yōu)于原始菌株M7.24h對X一3B的脫色率達92％以上，是一株有希望應用于工業(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三苯類(lèi)染料甲基紫具有降解活性的細菌，經(jīng)紫外誘變，獲得高活性變異菌株，通過(guò)研究發(fā)現該菌株72h對甲基紫模擬廢水的脫色率達78％以上，比出發(fā)菌株提高44％。沈娟通過(guò)紫外線(xiàn)照射對黃孢原毛平革菌進(jìn)行誘導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(wú)花果曲霉(Asper#llusficuum)經(jīng)紫外線(xiàn)誘變后，篩選出變株P(guān)l1，其在33℃、120r／rain振蕩培養條件下，3d內對染料直接耐酸大紅4BS的脫色率為88.54％，比出發(fā)菌株提高了13％，經(jīng)斜面傳代10次，脫色能力保持穩定。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3-3在化工廢水處理中的應用
有機、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(lèi)、酚類(lèi)等化合物。丙烯酰胺是重要的酰胺類(lèi)化合物，在化工行業(yè)中應用較為廣泛，而微生物轉化丙烯腈法生產(chǎn)丙烯酰胺較為常用。因而對于丙烯腈廢水的治理具有較為重要的現實(shí)意義。
孫曉君等口印利用紫外線(xiàn)對珊瑚諾卡氏菌進(jìn)行誘變，篩選出了9株有利于突變的菌株，通過(guò)在含高濃度的丙烯腈的培養基中復篩得到2株耐5.82％丙烯腈的突變株。林哲等將紫外光誘變技術(shù)應用于高濃度苯酚廢水的生化處理過(guò)程，研究結果表明，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(xiàn)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)現該菌株能夠降解較為復雜的含酚廢水。
羅建中等采用紫外誘變技術(shù)選育高效降解菌.對未誘變菌和誘變菌進(jìn)行含氯廢水的降解性能實(shí)驗，結果表明變異優(yōu)勢菌對含氯廢水的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(xiàn)誘變菌絲，經(jīng)過(guò)拮抗試驗和酯酶同功酶電泳驗證，選育出一株巴西蘑菇新菌株。經(jīng)液體培養其胞外多糖產(chǎn)量較出發(fā)菌株提高l2％。
3.4在農業(yè)廢水處理中的應用
隨著(zhù)化學(xué)農藥的廣泛應用。藥劑殘留帶來(lái)的環(huán)境污染以及對人畜及其他生物的危害等問(wèn)題日趨嚴重。利用微生物降解農藥殘余物已經(jīng)逐漸成為減輕農藥污染的主要方式之一。武曉煒∞從長(cháng)時(shí)間、高農藥污染的土壤中篩選甲胺磷降解菌S一2.通過(guò)UV誘變育種得到繼代菌種S一232。研究表明：該菌種除了具有穩定的性能外，其降解農藥的能力比S一2提高了8％～9％。杜麗平等[在總結大量實(shí)驗結果的基礎上研究了紫外線(xiàn)誘變菌，硫酸二乙酯(DES)誘變菌和復合誘變菌對含氮廢水的降解性能。結果表明，復合誘變后獲得的變異菌株Z5對含氮廢水中NHN的去除率比單獨采用紫外線(xiàn)或DES誘變后獲得的菌株有明顯的提高�；旌暇N對化肥行業(yè)廢水中COD和NH4+-N的去除率可達到95％～98％，出水能達到行業(yè)一級排放標準。
3.5在重金屬廢水處理中的應用
近年來(lái)，重金屬污染成為環(huán)境保護領(lǐng)域的突出問(wèn)題，傳統的處理方法操作過(guò)程過(guò)于繁瑣，易造成二次污染、且成本高、難以廣泛投入實(shí)際應用。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。誘導育種構建具有良好的生長(cháng)性能和重金屬處理性能，并對環(huán)境無(wú)害的工程菌，是實(shí)現該工藝試劑應用的關(guān)鍵因素之一。尹華等通過(guò)紫外線(xiàn)等誘變劑對Candidautilis進(jìn)行選育.獲得具有高抗性的突變體，對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理。為進(jìn)一步誘變選育重金屬去除菌奠定了基礎。尤蘭蘭等㈤以釀酒酵母菌株為出發(fā)體，通過(guò)UV和NTG復合誘變獲得了高抗性突變菌株，其對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用
磷是生物的重要營(yíng)養源，但水體中磷量過(guò)多，容易引起水體的富營(yíng)養化。江映翔等研究表明：采用適當劑量的紫外線(xiàn)輻射，能夠使活性污泥的rrP去除率升高4％～8％。張愛(ài)華等以PS-O1P菌株為出發(fā)菌株，經(jīng)過(guò)紫外線(xiàn)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(zhù)人們對紫外光誘變育種過(guò)程的微觀(guān)機理研究的深人，發(fā)現活性污泥在誘變、篩選過(guò)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)菌種有更強的競爭力，而且具有一定的穩定性，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(jì)，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)行更多更深入細致的探討和研究。
