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摘要：长时间处于低温环境下的低温微生物对生态环境的维持和污染物的去除都有极大的作用，在低温环境中得到的脂酶、蛋白酶应用在食品工业和洗涤剂添加剂发挥其极大的作用。微生物具备的多样性这一特征使低温微生物不仅在微生物中处于重要地位，其所含的基因资源也极其丰富。但是，现在仍在不断的探索低温微生物如何抵抗低温环境的原理机制，目前这个原理机制还不够完善，不足以完全解释清楚。与嗜热微生物产生的酶做对比，低温微生物和其在低温环境下产生的酶很少运用在实际的生产生活中。随着近年来越来越多的人结合生物工程技术对低温微生物领域进行了深入研究，大大增加了其在实际生活中的应用范围。这篇文章通过对低温微生物生态分布以及其分子适应性的了解，对其抵抗低温环境的原理机制的深入探讨，以及介绍低温微生物在环境工程领域的主要运用范围。
关键词：低温微生物；环境工程；应用
微生物生命正常活动与温度这一因素息息相关，按照其存活的环境温度可将微生物分为高温菌、温菌和温菌这几类。在低温的这种极端的环境中长时间生存着很多的低温微生物，通过物竞天择、自然选择的作用，低温微生物会逐渐形成适于生存环境的特殊分子机制。这种特殊的分子机制使得低温微生物所产生的酶分子就具有奇特的分子适应性，对于实际生产和环境保护有很大的帮助。与此同时，它还具备的丰富的基因资源，研究温微生物具有十分积极的现实意义。
一、低温微生物的生态分布
地球上的各个地方都广泛分布种类繁多的低温微生物，目前所发现低温微生物有菌、蓝细菌、母菌、真细菌和藻类等。同时这些低温微生物中有自养微生物、异养微生物、好氧微生物及厌氧微生物。按低温微生物的生态分布程度划分，最主要的有耐冷菌和嗜冷菌这两类。
1.耐冷菌
相对于嗜冷菌的生态分布范围，耐冷菌分布更为广泛，因为耐冷菌对短暂的温度波动能够承受。其生长的环境按低温的程度可具体分为：南北两极地区、海洋、高山、冷库及冷藏食品这些不同程度的低温环境。耐冷菌在细菌数目上来讲是占据上风的菌群。
2. 嗜冷菌
嗜冷菌不能接受和忍耐短暂的温度波动，却能长期生活在终年常冷的这种环境中，但是在这种恶劣环境中其分布的区系也十分广泛。嗜冷菌的最适宜的生长环境温度是零下十五摄氏度到二十摄氏度，这个区间的温度相对于其他菌的适宜生长的环境温度来说要冷的多，一般细菌适宜生存的环境温度在5℃到0℃之间，因此嗜冷菌的名字就由此而来。嗜冷菌中数量较多的是一种叫做兰氏阴性杆菌。
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。
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三、具体应用
1.有效降解表面活性剂
生产生活的各个领域上都需要用到面活性剂，而其中的离子表面活性剂经过化学反应合成而来，常常在实际生产中的工业生产和农业生产两大领域里有很多的应用， 比如常用与生活中的涤剂和相关的学喷雾等表面含有很多的活性基，而这些活性基在长期的实际生产中的应用导致环境污染问题日益严重。与此同时，人们也越来越重视表面活性剂对人体和水生生活造成的短期危害效应和长期危害效应。因此，探究如何有效降解表面性剂的性基对实际的生产生活十分有意义，已经成了越来越受人关注的探究项目，针对于这种情现象，根据低温微生物的生长属性有效选择对表面活性剂反应强烈的低温微生物分子，保证筛选出的低温微生物分子降解面活性剂十分充足且有效，进而更好的保护环境。比如，降解柴油可以筛选耐冷型微生物，通过不同温度下的SDS的降解实验，对阴离子表面活性剂的污染情况进行更好的了解和解决。
2 .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。
3 .对生活污水的生物处理
对于寒冷地区来说，由于冬季温度很低，生物污水一般也是低温，而这些污水中的生物处理系统的处理效果就较差，主要是因为多部分中温菌处于低温的极端环境中其消化外来物质的能力会逐渐变弱，甚至基本丧失。针对这种情况，这时候污水中存在的耐冷菌在降解生活污水中的有机化合物就起到了重要帮助。但是在低温时，耐冷菌由于自身世代周期长而不可以天然的形成处于上风的菌群，我们可以通过人工投入耐冷菌于活性污泥中来进行处理和改善冬季水体污染程度。据有关研究显示，在冬季低温环境中，通过投加冷菌于气池中可以将污水 COD除去率从百分之三十五增加至百分之八十九，这对于处理寒冷地区的冬季污水有了更好的方向。
4 .去除工业污水中氮和磷
在工业污水中通常有很多的氮、磷这两种营养元素，向湖泊中大量排放工业污水就会导致湖泊出现水体的富营养化的问题。通常情况下，我们常用微生物法来处理工业污水中的含氮、磷元素的有机化合物，但低温对微生物具有较大的影响，因此去除低温污水中的氮、磷元素的有机化合物具有很大的困难。有研究人员已经从南极和北极两极端地区分离得到了冷丝状蓝细菌，而这些蓝细菌在去除氮、磷化合物时有较大的去除效率，进而对于去除低温污水中的含氮、磷元素的有机化合物有了新思路和新方向。
5．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。
四、结语
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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论文作者:谭天笑
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/11
标签：低温论文; 微生物论文; 环境论文; 污水论文; 分子论文; 温度论文; 生物论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;