摘要：低温环境是大自然中比较特殊的一种极端环境，其中生存着大量的低温微生物。这些微生物长期生长在低温环境中，在自然的演变与筛选中形成一套与低温环境相匹配的分子机制。笔者通过研究低温微生物主要类群与生态分布，了解低温微生物的分子适应性，结合低温微生物的实际应用情况分析其在环境工程中的应用方向，以供参考。
关键词：低温微生物；嗜冷菌；耐冷菌
引言
温度会对微生物生命活动产生直接影响，是决定微生物数量的重要因素，根据温度的不同，微生物可随之分为：高温菌、中温菌和低温菌。低温微生物的研究理论意义极为重大，它也是生物技术研究与进步的重要物质、基因资源。目前，低温微生物已经开始应用于人类日常生活实际生产之中，在环境保护领域也有较强的表现能力，应用价值较高。大部分西方国家已经开始加大研究力度，而国内对其研究与探索还处于初期发展阶段。国家应当积极研究并培育低温微生物，使其能够为水体污染提供良好的改善途径。低温微生物属于生物修复方式，能够快速自然的降解水资源内的污染物，是一种现代化、成本较低、效率较高的环保清洁技术。
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[1]。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，大致分部如图1所示。
图1：某些低温环境中的微生物
二、简述低温微生物的分子适应性的内容与特征
低温微生物生长的环境温度极低，在自然的演变与筛选中形成一套与低温环境相匹配的分子机制。它与中温微生物相比存在较大差异，低温微生物的酶分子呈现出一种独有的、特殊的分子适应性。低温微生物的酶分子在0~30℃的环境中具有非常高的催化活性，在较热的环境中表现出极为强烈的敏感性。一般情况下，酶分子的比活性与其热稳定性有直接关系。蛋白分子的热稳定性是由分子的刚性决定的，提高分子的刚性，有利于抑制酶与底物的互相作用，从而导致酶分子活性的不断下降，与之相反的是，分子柔软特性的增加能够减少酶分子与底物反应过程中对能量的使用，能够有效提生酶分子的催化活力[2]。
根据以上描述可知，目前的低温微生物研究范围中普遍认为，酶分子的冷适应性与减弱的酶分子内基团之间的作用、增强的酶分子和溶剂分子相互作用有直接关系。这种发生变化的分子结构可以提升酶分子的柔韧度，使其与底物发生充分的反应，减少了反应过程中对于能量的消耗，提高了酶分子的催化活性。根据相关研究可知，一些嗜冷微生物分泌蛋白的热稳定性较高，在高催化活性的环境中可能会生存在不同的部位。利用基因工程方法，可以使蛋白质在高催化活性前提下提高酶分子的热稳定性，有利于推动其在织造、食品、环境工程等产业的开发、发展与进步，促进该产业的可持续发展。
三、环境工程中使用低温微生物的具体操作方式
低温微生物在我国各行各业均能发光发热，如图2所示，为我国正在研究使用的低温微生物（酶类）。
图2：已被研究且正在使用的低温微生物（酶类）
（一）生物处理生活污水
我国北部地区冬季气温较低，部分地区甚至达到了-60℃，在这种环境中，低温生活污水根本无法处理，使用中温微生物处理效果较差。发生这种情况的原因是因为在气温较低的环境中，大部分的中温微生物会失去生存与代谢的能力，不能完成污水处理工作。因此，可以使用低温微生物去除水体中的有机物。耐冷菌可以在低温环境中发展出较大的菌群，能够为寒冷地区的污水处理工作提供新途径，使其技术不断创新与发展，维护周边地区生态平衡。
（二）去除污水中的氮元素和磷元素
水资源污染后一般会存有较多氮元素与磷元素，这也是水体富营养化的具体表现特征之一。一般情况下，我们会选择生物法清除污水中包含的氮、磷元素，不但能够处理水体污染问题，还能够维持水体生态平衡。但一些水体污染会出现在温度较低的地区，低温抑制了微生物的繁衍与生存，导致水体中的氮、磷元素去除困难。因此，我们需要使用低温微生物完成该工作，例如我们可以使用蓝细菌等去除低温环境中的氮、磷元素，为解决该问题提供了有效的思路[3]。
（三）维持水营养
低温微生物的使用能够有效增加水中所含微生物的数量，提高水体基质的浓度，促进生化反应的发生速度。比如提高高溶解氧的浓度，能够明显加快硝化反应的速度，有效去除生物膜上存在的悬浮物，还能加速脱落已经呈现老化状态的生物膜，使其始终处于最佳状态之中。例如在周围环境发生硝化反应时，应当适当提高水资源的酸碱值，使其始终保持在一个合理范围之内，能够为其提供优良的生存环境，使硝化细菌发挥最大作用。
（四）降解原油
随着经济全球化与贸易全球化的影响逐步扩大，各个国家之间开始合作贸易展开经济交流。石油运输行业的发展使原油泄漏、石油泄漏等污染水体事件发生几率不断增加，因此，有很多专家开始研究石油的生物降解技术，期待用最环保的方式解决水域的大面积石油污染。利用低温微生物技术解决原油污染，有利于保障周围环境，维护海洋资源，避免出现不必要的资源消耗。例如柴油的降解便可以使用耐冷型酵母菌进行处理，有利于发挥酵母菌的降解活性，解决海洋环境中的石油污染。
（五）降解表面活性剂
日常生活生产过程中常常会用到合成之后的阴离子表面活性剂，生活中常见的有洗涤剂、农业生产使用的化学喷雾等。大量存在于环境中的表面活性剂会对周围的生态平衡造成严重破坏，甚至会引起环境污染情况。含有该物质的水资源会对人体或水中生物造成不良影响。根据相关研究资料显示，表面活性剂能够被低温微生物降解，例如SDS可抑制脱氢酶的活性，因此，可以测试脱氢酶的活性数据来检测周边环境中存在的表面活性剂，以此来确认周围的污染情况[4]。
（六）降解脂肪类的物质
耐冷菌能够降解低温环境中的脂肪类物质，这种特殊的功能被相关专家学者发现，专门用于处理低温屠宰场的废水，还可以用来处理食物生产工厂的工业废水。将耐冷菌应用到脂肪类物质降解环节中，已经有了明显的处理优势。
结语
随着科学技术的发展，国内外开始有众多专家学者研究低温微生物，还有一部分专业人士将低温微生物应用于环境工程建设中，以达到保护环境、促进生态平衡的目的。学者专家们对于低温微生物的深入研究能够为各个国家带来更先进生物工程技术，有利于充分开发低温微生物的使用范围，使其在环境工程的应用中表现出优秀的发展前景。
参考文献：
[1]郭亚南.低温微生物在环境工程中的应用分析[J].化工管理，2018（23）：67-68.
[2]李和胜.低温微生物及其在环境工程中的应用[J].电脑迷，2018（05）：209-210.
[3]任飞.低温微生物及其在环境工程中的应用[J].云南化工，2017，44（12）：39-40.
[4]覃思.低温微生物及其在环境工程中的应用研究[J].智能城市，2017，3（04）：210.
论文作者:张宏展
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：低温论文; 微生物论文; 分子论文; 环境论文; 水体论文; 环境工程论文; 活性论文; 《基层建设》2019年第16期论文;