在环境工程微生物领域中分子生物技术的应用

摘 要：通过对分子生物技术进行研究,分析了分子生物技术的实施手段和实验方法,并研究了分子生物技术在相关的不同领域中的应用,以促进环境工程微生物领域的快速发展,为环境工程微生物领域的发展提供技术和智力上的支持.

关 键 词：环境工程；微生物领域；分子生物技术

中图分类号：Q938文献标识码：A文章编号：16749944（2013）08019203

1引言

微生物学、环境保护学、环境工程、环境监测等这些互相关联的学科相互作用相互渗透,逐渐形成了一门新的学科体系,即环境工程微生物学科,这一学科是微生物领域中的重要的组成部分.在这一新兴的学科中涉及很多新的需要研究的问题,分子生物技术作为一项新的技术被引进到这一新兴的学科中来,并在环境的净化和监测上发挥着无比重要的作用,但是如今应用得还不是很广泛,技术能力也有待提高,所以在分子生物技术的应用和发展上,一些必要的投入和技术的借鉴成为发展的途径.

2分子生物技术

2.1PCR核酸技术

PCR核酸技术作为分子生物技术的重要的一环,主要包括三个不同方面的技术范围.

2.1.1PCR-SSCP技术

这一技术主要是利用银染法和荧光的检测技术进行分析SSCP凝胶DNA谱带,并在很大程度上简化了测试的试验步骤.进行测验一般分为这样几步：首先要进行环境样品的取样,并在样品中抽取DNA组别；第二步就是利用PCR扩增技术,把第一步获取的基因组进行扩增；第三步将进行相应扩增后的基因组进行变性工作,制作成单链的DNA结构；第四步把得到的单链的片段放到相应的电泳凝胶中,进行电泳并得到分离出来的不同谱带；第五步进行割带回收DNA,并进行不同DNA谱带的碱基序列的测定工作,并同基因文库进行比较,确定所测微生物的种类.这五步就大体完成了PCR-SSCP技术,这项技术在微生物的种类测定上已经得到应用.

2.1.2PCR-DGGE技术

根据生命物理学的知识,生命物质碱基的顺序有差别,运用这个技术进行电泳的实验,在这个实验中主要目的是依据不同的变性剂解链得到不同的目标物质.结合这一原理,首先从环境样品中提取样本基因组DNA；第二步利用PCR扩增技术原理扩增目标基因组；第三步将扩增后的基因组加入到有变性剂聚丙烯酰胺凝胶中,目标基因组双链DNA电泳后形成不同的单链DNA谱带；第四步即割带回收,进行碱基序列的测定并对比基因文库,确定微生物的种属.

2.1.CR-RFLP技术

这项技术不同于以上两种,主要是利用限制性核酸内切酶,在特异的位点上结合一段DNA的识别序列,切割DNA双链.具体的操作方法是在一种被当做引物的物质上添加一项标记,这项标记能够在实验中作相应的对比.在进行切割实验的过程中,采用相应的限制性核酸内切酶得到不同的相应的片段,然后进行电泳得到不同的分布,根据这些标记的位置不同呈现出微生物群落的不同结构和多样性.通过这种方法对微生物环境有进一步的认识.

2.2PCR的测序技术

在微生物环境中利用分子生物技术分离出一些新的群体或者是不同的种类的生命特征,就有必要进行类别和种类的确定,或者研发一种新型的生物群体的出现.这是需要一定的技术进行支持,PCR测序技术在此刻就派上了用场,使用转DNA进行测序,依据转DNA的相对稳定性和在所有的生物序列中的同源性,进行微生物环境中的微生物的进化和突变上的研究.

2.3基因探针测试技术

基因探针是指具有特异性的单链DN段,首先在微生物环境中寻找微生物样品,然后进行以上的解链步骤,再根据碱基的互补原理与得到的样品进行相应的交互反应.基因探针上需要标记一定的标记物,以便在进行杂交以后能够进行对比观察.在生物技术的发展过程中,基因探针的应用极为广泛,根据化学物质放射性同位素标记的辅助,完成一系列的测序工作,对微生物环境工程中的生物的分离和污染的针对性治理具有重要的作用.

3分子生物技术的应用

3.1分析微生物的多样性

在自然界的环境中存在着大量的生物种类,由大到小多得不可计数,平时我们大多注意到的是那些可以用肉眼看得到的生物,体积上庞大的,体积上中等的,还有用肉眼看都觉渺小的.当然千奇百怪的生命在自然界广泛存在,肉眼所不能及的生物也充斥在我们周围.我们熟悉的泥土、生物膜、河流的底泥、污水、废气等等都蕴含着大量的微生物.如今随着工业的发展,环境污染逐渐严重,环境问题也随之成为大家普遍关注的话题,要了解环境首先要从环境的生物群上进行研究,要想治理环境就要从环境工程的微生物群种中进行研究,因为微生物在环境中起着非常重要的作用.

很多的专家学者致力于环境工程微生物的研究,并取得了一定的成果：如明镇寰等曾利用MPN2PCR法对微生物群种中的硝化细菌进行检测分析,并取得一定成果；一些专家还对活性污泥有了一定的探索,首先准备一种特定的反应器,放入具有一些特定功能的活性污泥,在污泥中提取相应的微生物群,通过运用以上所述的分子生物技术,总结得出活性污泥中的微生物具有除磷的功效；还有部分外国的专家学者对厌氧的生物膜产生了兴趣,并利用分子生物技术做了分析研究,结果不仅发现了厌氧活性污泥中微生物具有多样性,还揭示了这些生物具有不同的作用,对微生物环境具有不同的反应机理；垃圾是人们在生产生活过程中产生最多的废弃物,对垃圾的微生物处理成为专家们主要的研究课题和热议的主要内容,专家黄立南就对垃圾填埋场的渗滤液进行了研究,在垃圾的渗滤液中利用以上所述的分子生物技术进行微生物种类和相互的作用的研究,发现了微生物环境中存在着多种多样的功能不一的生物群落,其中在掩埋的垃圾中起着分解垃圾废弃物的最主要的作用.通过这些研究揭示了分子生物技术在污泥、生物膜或者垃圾填埋物中的微生物群的多样性和丰富度,对环境工程微生物领域的发展提供了更加强有力的支持,为其他的环境变化的反应机理提供了相应的理论依据.3.2降解环境污染物

随着现代经济的发展,工业水平的不断加强,环境的污染问题也越来越显著,污染废弃物的降解和处理成为了当今环境问题的重要内容.这些污染物的产生使得我们的整个生活和工作环境遭到严重破坏,不利于人们的健康生存.如今的污染物因为大量化学产品的出现变得难以降解,处理起来非常困难.所以研制新型的处理污染物的方法迫在眉睫,分子生物技术的出现和发展为这些难题的解决提供了一定的策略,渐渐地引起人们的重视.

如今利用分子生物技术来进行环境的治理和保护成为时怎么发表展的要求,并且利用微生物修复降解污染物,对受到污染的水体或者是土壤进行治理已经越来越表现出重要性和迫切性.不少专家和学者开始在自然界的微生物环境中寻找具有降解效益的微生物种群,渐渐地把解决环境污染的工作由化学物品的使用向微生物无公害的产品降解方法上转变.并且如今的现实问题让我们注意到环境中存在着一些传统的方法造成的不理性的虽然达到降解目的,但是却破坏了生态平衡的现象.所以为了适应环境的修复问题,要对具有较强降解能力,但是很难养的微生物进行全面的了解,并筛选更多的具有重要作用的微生物群种.对各种各样的细菌的基因的分布和表达进行了解,从生态水平上认识分子生物技术在环境污染问题上的重要作用.

3.3石油降解研究中的效用

现代工业呈现出以往无法比拟的发展态势,能源的损耗也百倍于以前的速度,但是有发展就有污染是不可避免的事实,为了贯彻可持续发展政策,进行生态环境的保护和改善,进行环境污染的治理成为工业发展过程中最常见的善后工作流程.目前分子生物技术快速发展,也渐渐涉及到环境治理的领域中来,其中石油污染是环境污染治理中最困难的一项,把分子生物技术应用到石油降解的工作上来是时代的要求,也是时代的进步.目前石油的污染主要有：石油工业的工业废水的排放、海上油船的泄漏、日常生活中石油化工用品的废弃等,在污染生活环境的同时对自然界中的生物和人类本身造成了巨大危害.

为了更好地解决石油污染问题,研究人员不厌其烦地进行广泛而深入的研究,并积极寻求可靠、经济又有效的治理方法.在所有的设计方法中,分子生物技术相对来说具有其他技术所不存在的优点比如降解效果强、处理成本低、操作相对简单,不会产生二次污染等,使其在众多的技术中脱颖而出,受到专家和学者的一致好评,并大力地进行研究,把分子生物技术应用到石油的污染治理上,大幅度促进了石油企业的发展,也使分子生物技术在石油的产业链中占据了一定的地位和作用.

4结语

分子生物技术的应用给了我们认识自然、改造自然、治理自然的信心和技术手段,为我们在另一个不同的层次上认识自然、构建和谐的自然环境提供了可能.但是分子生物技术目前在环境微生物工程领域的发展相对较为缓慢,应用面积还不是特别广,仅仅在部分科学研究上有所发展.环境工程微生物领域是微生物领域里的重要的组成部分,要进行环境工程在微生物领域的突破性发展,分子生物技术作为一项新兴的科学技术具有很大的应用价值,会在不同的技术水准上给环境微生物的发展提升一个重要的平台.随着目前经济的发展,城市化水平加快,出现了城市污水的处理、工业残渣的清除或是再利用的要求,生物分子技术的成熟也给这些问题的解决提供了一定的技术支持和变化.分子生物技术作为环境生物技术的技术前沿,将会在很长一段时期里引领时代的技术发展水平,也必将给环境工程微生物学的发展带来一场革命性的变化.