荧光原位杂交技术在活性污泥菌群识别中的研究进展-费学宁

荧光原位杂交技术在活性污泥菌群识别中的研究进展费学宁1曹阳1郝亚超1池勇志1李玉友2(1天津城市建设学院环境与市政工程系天津市重点实验室天津300384;2日本国立东北大学土木工程系仙台980-8576日本)天津市自然科学基金项目(08JCYBJC13200)资助2010-10-25收稿，2011-02-24接受摘要荧光原位杂交技术(FISH)广泛地应用于分析环境微生物的群落组成，能够同时对微生物进行定性、定量分析，并确定微生物群落空间分布情况。本文阐述了FISH法应用于活性污泥处理系统的重要作用，综述了FISH法在活性污泥及生物膜微生物菌群的组成、结构与功能的研究和应用，同时讨论了其在应用中存在的不足，并在此基础上总结了一系列可供改进的措施，最后对FISH的灵敏度、靶向性的改性等进行了展望。关键词荧光原位杂交(FISH)活性污泥微生物菌群生物标记靶向性AdvancesinIdentificationofActivatedSludgeBacteriabyFluorescenceinsituHybridizationFeiXuening1，CaoYang1，HaoYachao1，ChiYongzhi1，LiYuyou2(1Tianjinkeylaboratory，DepartmentofEnvironmentalandMunicipalEngineering，TianjinInstituteofUrbanConstruction，Tianjin300384;2DepartmentofCivilEngineering，TohokuUniversity，Sendai980-8576Japan)AbstractFluorescenceinsituhybridization(FISH)technologyhasbeenwidelyusedtoanalyzethecompositionanddistributionofmicrobialcommunities，bothqualitativelyaswellasquantitatively．ThisreviewpresentstheactivatedsludgetreatmenttacticsappliedFISHtechnology，formulatesinfluenceofthetechnologyonthecomposition，structureandfunctionofbacterialcommunities，arguessomemajorweakpointsandofferssuggestionsforfuturedirectionsinapplyingthetechnologytargetingandsensitivitydesigns．KeywordsFluorescenceinsituhybridization(FISH)，Activatedsludge，Microorgamisms，BiologicalTag，Targeting随着全球经济快速发展和用水量的急剧增加，污水处理厂在控制水污染、保护水环境方面发挥了越来越重要的作用。目前我国有80%的污水处理厂采用活性污泥法处理污水［1］。活性污泥法降解能力强，处理程度高，但活性污泥的稳定性难题一直有待解决［2］。活性污泥中微生物菌群的组成、结构与功能决定了活性污泥和生物膜的生物活性，继而从根本上决定了废水生物处理系统的污水处理能力［3］。我国绝大部分污水处理厂存在不同程度的污泥膨胀现象，活性污泥系统的不稳定性影响出水水质、增大污泥的处理费用，并且极易引起大量污泥流失，严重时可导致整个处理工艺难以短时间恢复［4］。因此，研究活性污泥及生物膜微生物菌群的组成、结构与功能，对于提高废水的生物处理效率具有重要意义。传统的微生物菌群结构分析方法包括显微镜观察和分离培养、依据形态结构特征和生理生化特征进行分类鉴定等。这些方法能从活性污泥中分离和鉴定大量细菌，并对微生物的多样性和动力学进行分析，但此类方法非常耗时［5］，不足以反映微生物在环境中的真实情况，存在很大的局限性［6］。近年来，针对传统的微生物分析方法存在的问题，废水处理领域的一些研究者开始尝试将荧光原位杂交技术(fluorescentinsituhybridazation，FISH)用于引起污泥膨胀的丝状菌菌群、脱氮细菌菌群、除磷菌菌群、产甲烷菌菌群等的分析，并取得了初步的成功。FISH作为微生物数量和特性考察的手段，具有种属特异性，即只与目标细菌的16SrRNA或23S·025·化学通报2011年第74卷第6期http://www．hxtb．orgrRNA结合，通过结合的探针可以鉴定微生物的种类。与其他可以将微生物量化的方法(如定量聚合酶链式反应即PCR)相比，FISH技术可