現(xiàn)代微生物遺傳學(xué)是在研究對(duì)象上區(qū)別于經(jīng)典遺傳學(xué)的一個(gè)分支，它以微生物作為一般遺傳學(xué)的研究對(duì)象，于本世紀(jì)40年代發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。由于微生物在物質(zhì)循環(huán)中的重要作用，它在環(huán)境保護(hù)技術(shù)方法中一直扮演著重要角色。以微生物為研究對(duì)象的微生物遺傳學(xué)的基本原理和相關(guān)的技術(shù)方法，可為環(huán)境科學(xué)研究者提供新的視點(diǎn)、思路和更有效的技術(shù)手段，是環(huán)境科學(xué)工作者向更深更廣的學(xué)科領(lǐng)域行進(jìn)時(shí)必不可少的知識(shí)工具。當(dāng)前，這些基本理論和相關(guān)技術(shù)已在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，正在為環(huán)境保護(hù)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)提供著具有革新意義的手段和方法，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　2微生物遺傳學(xué)相關(guān)技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用突變（誘變）技術(shù)、基因重組技術(shù)、基因置換、擴(kuò)增技術(shù)等系列基因改造技術(shù)、染色體外遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移、重組和改造技術(shù)以及一些利用生物遺傳物質(zhì)（染色體DNA、RNA、質(zhì)粒DNA）結(jié)構(gòu)和性能上的特異性而發(fā)展起來(lái)的在基因水平上的監(jiān)測(cè)技術(shù)等幾個(gè)方面。這些技術(shù)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中在四大方面，分別是：篩選構(gòu)建轉(zhuǎn)化降解微生物、改進(jìn)工程菌的遺傳穩(wěn)定性、提供更為科學(xué)快捷準(zhǔn)確多樣的環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)手段，以及幫助合成生物可降解新型材料。
　　2.1篩選構(gòu)建轉(zhuǎn)化降解微生物人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的許多化學(xué)物，尤其是難降解的化學(xué)物，已成為當(dāng)今環(huán)境污染的主要根源之一。利用微生物遺傳工程技術(shù)篩選構(gòu)建高效轉(zhuǎn)化降解微生物是解決此類(lèi)問(wèn)題很好的途徑。而獲得此類(lèi)高效降解菌的方法通常有兩種。
　　一種是利用傳統(tǒng)的誘變育種和雜交育種技術(shù)進(jìn)行篩選培育微生物高效菌株。目前，以此類(lèi)方法獲較緩慢并種或幾種微生物的時(shí)Hshin來(lái)H許多學(xué)者對(duì)由多多種質(zhì)粒構(gòu)建的/擂程菌從不bookmark3得的菌株已在印染廢水、農(nóng)藥生產(chǎn)廢水和尾礦廢水的處理，以及石油污染清除、垃圾降解等許多方面得到應(yīng)用。
　　另一種方法則是利用遺傳工程技術(shù)構(gòu)建高效轉(zhuǎn)化降解工程菌。一些情況下，自然界已有的，或采用傳統(tǒng)的育種方法篩選馴化獲得的處理菌株在繁殖速度、處理污染物的效率以及適應(yīng)能力等方面滿足不了人類(lèi)治理工程的需要，但其細(xì)胞內(nèi)卻含有降解特定污染物的生物酶基因編碼，此時(shí)可利用一定的遺傳工程技術(shù)將其有關(guān)的基因轉(zhuǎn)入繁殖速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)的受體菌細(xì)胞內(nèi)，構(gòu)建出兼具多種優(yōu)勢(shì)的新型工程菌。例如，美國(guó)Lehbach等將編碼有水楊酸羥基化酶的NAH7質(zhì)粒的降解基因nahG克隆到Pseudomonassp.Bi3菌株，使Bi3變異菌株獲得了表達(dá)降解水楊酸為兒苯酚和降解氯代水楊酸鹽為氯代兒苯酚的能力；美國(guó)Ghosal等用24―D降解型質(zhì)粒pP2和pP4中降解基因片段，以具有廣泛宿主范圍的pLAFRF和pCPi3質(zhì)粒為載體，在Ps.cepacia 383菌株上進(jìn)行克隆，結(jié)果宿主菌株獲得了降解24―D的新功能；Schwin等以Psudomonassp.Bi3菌株中降解氯代兒苯酚的基因轉(zhuǎn)至能在苯酚上生長(zhǎng)的產(chǎn)堿桿菌（Al-caligenes）A7菌株，使變異菌株AlcaligenesA7-2獲得了利用三種氯代酚異構(gòu)體的能力等。目前，新構(gòu)建的基因工程菌用于環(huán)境污染清除的成功事例有清除石油污染的基因工程菌、降解化學(xué)農(nóng)藥的工程菌、降解塑料的工程菌、降解木質(zhì)素的工程菌、降解轉(zhuǎn)化某些重金屬的工程菌以及固定轉(zhuǎn)化氣體中CO2、SO2的工程菌等等。
　　還有一些情況下人們利用天然降解性質(zhì)粒構(gòu)建新功能菌株。質(zhì)粒是染色體外的遺傳因子，它的基本特性之一是能相安無(wú)事地寄生在宿主細(xì)胞中，并和宿主細(xì)胞進(jìn)行同步復(fù)制，在細(xì)胞分裂時(shí)，它能保持恒定地傳給子代細(xì)胞，在某些條件下，質(zhì)粒能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能。降解性質(zhì)粒是一類(lèi)編碼有降解某些化學(xué)物代謝途徑的質(zhì)粒，細(xì)菌對(duì)許多環(huán)境污染物的降解都是由質(zhì)粒控制的。到目前為止，已報(bào)道從自然界分離的菌株中發(fā)現(xiàn)的天然降解性質(zhì)粒共約20多種。降解性質(zhì)粒攜帶有控制降解某些化學(xué)物所必需的基因，應(yīng)用這些質(zhì)粒進(jìn)行育種比較簡(jiǎn)便而有效。在自然界中，微生物對(duì)一些難降解化學(xué)物的降解是通過(guò)多種微生物的協(xié)同作用完成的，速度比候，還會(huì)導(dǎo)致某些中間產(chǎn)物的積累而依然污染環(huán)境，如何使僅是輔代謝的菌株變成全代謝，以擴(kuò)大微生物降解廢物的范圍和提高降解效率使頑固性化學(xué)物徹底礦化，是解決環(huán)境污染的重要問(wèn)題。而此類(lèi)問(wèn)題正可以利用質(zhì)粒轉(zhuǎn)移構(gòu)建新菌株得到解決。美國(guó)Chakrabarty等為消除海上溢油污染，將假單胞菌中不同菌株的CAN、OCT、XAL和NAH四種降解性質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移至一個(gè)菌株中，構(gòu)建成一株能同時(shí)降解芳香烴、多環(huán)芳烴、萜烴和脂肪烴的“多質(zhì)粒超級(jí)菌”，該菌能將天然菌要花一年以上才能消除的浮油縮短為幾個(gè)小時(shí)。而對(duì)于一些人類(lèi)合成的化合物，如氯（鹵）代烴類(lèi)化合物，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧匀唤缰泻苌佼a(chǎn)生，沒(méi)有相應(yīng)的微生物能降解它們，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也在努力擴(kuò)大和構(gòu)建具有此類(lèi)降解功能的微生物。聯(lián)邦德國(guó)Reinke等將惡臭假單胞菌mt2（Ps.putidamt2）菌株中編碼有降解芳香環(huán)化合物關(guān)鍵酶系的ToL質(zhì)粒，轉(zhuǎn)移至原來(lái)只能降解一氯苯甲酸（3Cb）而不能利用4一氯苯甲酸（4Cba）和3.5二氯苯甲酸（3，5DCb）的Psudomonassp.Bi3菌株中，結(jié)果建成了以4Cba和3，5―DCb為碳源和能源的新菌株。前蘇聯(lián)BgogB等將惡臭假單胞菌BS24（Ps.putidaBS240）菌株中編碼有萘和水楊酸降解酶系的pBS2質(zhì)粒，接合轉(zhuǎn)移至能以輔代謝方式降株中，使后者獲得了利用萘、水楊酸和對(duì)二甲苯的能力，同時(shí)也大大提高了其降解DDT的效能。
　　此外，利用遺傳工程中的基因工程技術(shù)除了可以在微生物之間進(jìn)行體外DNA重組，創(chuàng)造新菌株外，還可以打破一些種、屬親緣界線定向培育新菌種。
　　美國(guó)環(huán)境保護(hù)局曾撥巨款作過(guò)一項(xiàng)將哺乳動(dòng)物肝臟的有關(guān)酶的基因克隆到能在土壤生長(zhǎng)繁殖地釀酒酵母（S.Cerevisiae）中，以消除一些有機(jī)氯污染危害的研究。
　　2.2改進(jìn)工程菌遺傳穩(wěn)定性經(jīng)過(guò)各種育種手段得到的工程菌在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的大障礙往往是其遺傳穩(wěn)定性差，經(jīng)過(guò)數(shù)十代或數(shù)百代后工程菌常會(huì)因變異或質(zhì)粒丟失而逐漸喪失其特定功效。工程菌的遺傳穩(wěn)定性對(duì)有效發(fā)揮工程菌的作用及大規(guī)模發(fā)酵應(yīng)用至關(guān)重要。應(yīng)用微生物遺傳學(xué)的基本原理和技術(shù)從多個(gè)角度對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行剖析、改進(jìn)是行之有效的方法。比如近年同角度進(jìn)行了研究，認(rèn)為重組質(zhì)粒的遺傳不穩(wěn)定性分為兩種類(lèi)型，一種是由質(zhì)粒在細(xì)胞分裂時(shí)的缺陷分配導(dǎo)致整個(gè)質(zhì)粒丟失而引起，稱為“分配性不穩(wěn)定另一種是因重組質(zhì)粒DNA的缺失、插入或重排而引起，稱為”結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定“。由此，可對(duì)工程菌首先進(jìn)行質(zhì)粒的抽提監(jiān)測(cè)和酶切物理圖譜的測(cè)定，確定其不穩(wěn)定原因后，或改進(jìn)控制質(zhì)粒在子細(xì)胞中分配的途徑，或修整DNA片段編碼以提高工程菌的遺傳穩(wěn)定性，確保新開(kāi)發(fā)的工程菌具有實(shí)際應(yīng)用，使其在保護(hù)環(huán)境、消除污染中充分發(fā)揮其神奇功效。
　　2.3提供更為科學(xué)快捷、準(zhǔn)確多樣的環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)手段在環(huán)境保護(hù)的許多開(kāi)發(fā)研究和工程實(shí)踐中，都需要對(duì)環(huán)境微生物狀況進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。微生物的存在離不開(kāi)環(huán)境，而微生物的數(shù)量分布和種群組成、理化性狀、遺傳變異等，又是環(huán)境狀況綜合而客觀的反映。利用環(huán)境中微生物的生存變異情況可對(duì)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。污染處理場(chǎng)可通過(guò)對(duì)微生物狀況的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染的監(jiān)控和管理。生物處理工程中微生物種類(lèi)、數(shù)量、生存狀態(tài)可作為工程進(jìn)行狀況優(yōu)劣的判別標(biāo)志。在生物處理技術(shù)和新菌種的開(kāi)發(fā)實(shí)踐過(guò)程中，需要對(duì)微生物的生長(zhǎng)變異情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。如此等等，微生物監(jiān)測(cè)在環(huán)境科學(xué)的研究和應(yīng)用中具有重要的作用。與微生物遺傳學(xué)相關(guān)的新理論、新技術(shù)正不斷地滲透和應(yīng)用到這些監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中去，使微生物監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方法不斷完善，更為靈敏、快捷、準(zhǔn)確，它正悄悄地帶來(lái)一場(chǎng)微生物監(jiān)測(cè)基本技術(shù)的革命。
　　目前已在基因水平上發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用于環(huán)境微生物的分類(lèi)鑒定、分子遺傳、種間及種內(nèi)親緣關(guān)系、菌株持久性等方面的技術(shù)主要有：核酸探針檢測(cè)技術(shù)、DNA―DNA雜交、rRNA和rRNA基因序列分析、質(zhì)粒指紋圖譜分析、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)、低分子量RNA分布圖等。這些利用生物遺傳物質(zhì)（染色體DNA、RNA、質(zhì)粒DNA）結(jié)構(gòu)和性能上的特異性而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)在應(yīng)用上具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，一般人工培養(yǎng)測(cè)定需數(shù)天至數(shù)周方可完成的工作，使用此類(lèi)技術(shù)僅需數(shù)小時(shí)即可完成，尤其對(duì)于人工難以分離培養(yǎng)的菌株的監(jiān)測(cè)更具有巨大的優(yōu)越性。對(duì)于需跟蹤檢測(cè)的菌株，例如在對(duì)人工改造或構(gòu)建的基因工程菌的研究和應(yīng)用時(shí)，此類(lèi)技術(shù)可從和遺傳變異情況。
　　另一類(lèi)已被較為廣泛應(yīng)用的技術(shù)是通過(guò)環(huán)境化學(xué)物質(zhì)對(duì)微生物的致變作用評(píng)價(jià)該物質(zhì)的生態(tài)毒性強(qiáng)度。致變作用通常反應(yīng)在兩個(gè)方面：一是受測(cè)微生物解毒系統(tǒng)基因RNA蛋白及酶活性的增加，二是DNA的改變。其中DNA的損傷度反映了化學(xué)物的遺傳毒性。與此相關(guān)的監(jiān)測(cè)技術(shù)有免疫法、高效液相色譜法、P后標(biāo)志法、Ames試驗(yàn)等。
　　2.4幫助合成生物可降解新型材料隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)文明的發(fā)展，污染物源頭控制和發(fā)展清潔生產(chǎn)已越來(lái)越受到人們的重視，成為環(huán)境保護(hù)的又一重要領(lǐng)域。在此領(lǐng)域中利用微生物合成可降解性材料受到了廣泛的關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。例如利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)已是當(dāng)前獲得生物可降解性塑料的主要途徑。在此類(lèi)技術(shù)中所需生產(chǎn)的材料從特定微生物的發(fā)酵工藝過(guò)程獲得，為微生物與特定底物的發(fā)酵產(chǎn)物。相關(guān)的微生物遺傳學(xué)技術(shù)在此類(lèi)技術(shù)中幫助篩選、培養(yǎng)、馴化和重組構(gòu)造發(fā)酵工程菌，從而為其引入新的代謝途徑、合成新型聚合物、拓寬底物利用范圍、提高生產(chǎn)速度和降低生產(chǎn)成本。例如在聚羥基烷酸（PHA）生物可降解性塑料的生產(chǎn)中，利用重組DNA技術(shù)在重組大腸桿菌中引入真養(yǎng)產(chǎn)堿菌的PHA合成基因，即獲得了較大的成功，既大幅降低了生產(chǎn)成本又大大提高了生產(chǎn)效率。目前，設(shè)法在此類(lèi)工程菌中插入噬菌體熱敏溶解基因，使工程菌易于裂解而自動(dòng)釋放出胞內(nèi)聚合物是其主要開(kāi)發(fā)方向。
　　3結(jié)束語(yǔ)科學(xué)的發(fā)展史告訴我們，任何一門(mén)學(xué)科的發(fā)展都與其相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。尤其是環(huán)境科學(xué)學(xué)科，作為一門(mén)邊緣學(xué)科，它與多種學(xué)科的發(fā)展更為密不可分。環(huán)境科學(xué)研究者密切注意其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)及其不斷出現(xiàn)的新技術(shù)，對(duì)于開(kāi)拓研究思路、確定更為合理的研究方向、尋找更為有效的研究手段和工具具有重要意義。現(xiàn)代微生物遺傳學(xué)的相關(guān)理論與技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境科學(xué)提供了具有革新意義的技術(shù)方法乃至評(píng)價(jià)管理手段，它在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中必將有更為廣闊的應(yīng)用前景。