環(huán)境工程分子生物技術(shù)研究

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摘要：隨著現(xiàn)代環(huán)境工程微生物領(lǐng)域的快速發(fā)展，其中許多功能微生物培養(yǎng)以及指示微生物檢測(cè)都要求引入相應(yīng)的技術(shù)。通過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，將分子生物技術(shù)引入其中，可為環(huán)境工程領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，對(duì)實(shí)際檢測(cè)工作的開(kāi)展能夠發(fā)揮重要效果。本文將對(duì)分子生物技術(shù)的相關(guān)概述以及環(huán)境工程微生物領(lǐng)域中分子生物技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程；分子生物；微生物；應(yīng)用

前言：作為集環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境工程、保護(hù)學(xué)以及微生物學(xué)于一體的學(xué)科，微生物學(xué)在不斷發(fā)展中逐漸衍生出較多亟待解決的問(wèn)題。盡管近年來(lái)有較多先進(jìn)理念與技術(shù)被引入該學(xué)科中，但對(duì)于部分環(huán)境監(jiān)測(cè)或環(huán)境凈化等問(wèn)題，所取得的效果并不理想，要求充分發(fā)揮分子生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，本文對(duì)環(huán)境工程微生物中分子微生物技術(shù)的應(yīng)用分析，具有十分重要的意義。

1分子生物技術(shù)的相關(guān)概述

1.1測(cè)序技術(shù)

細(xì)胞中的rDNA本身表現(xiàn)出明顯的高突序列、保守序列以及穩(wěn)定特征，但其是分類微生物中的指標(biāo)之一。通常測(cè)序分析中，為使微生物種群得以分析，對(duì)分離物或分類單元進(jìn)行確定，便需借助rRNA分析方式。從該基因序列的類型看，有較多如16SrRNA、23SrRNA與5sRNA，其中后兩者包含的含核苷酸分別過(guò)多與過(guò)少，很難為測(cè)序分析提供指導(dǎo)。所以在原核生物系統(tǒng)研究中，可考慮將16SrRNA引入。具體測(cè)定中，會(huì)在如TA克隆試劑、PGEM-T克隆試劑等載體應(yīng)用下，克隆PCR產(chǎn)物，完成文庫(kù)構(gòu)建過(guò)程，在此基礎(chǔ)上結(jié)合16SrRNA基因測(cè)序結(jié)果，可通過(guò)其與文庫(kù)中的序列做好對(duì)比，判斷是否有相對(duì)應(yīng)或相似微生物種類。另外，也可對(duì)rDNA多樣性利用電泳分離進(jìn)行顯示，或直接通過(guò)RFLP對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物做好分析。通過(guò)這些測(cè)序方法的應(yīng)用，對(duì)微生物系統(tǒng)發(fā)育的研究可起到重要作用[1]。

1.2核酸技術(shù)

核酸技術(shù)在分子生物技術(shù)中極為常見(jiàn)，可具體細(xì)化為PCR-SSCP、PCR-DGGE與PCR-RFLP等技術(shù)。以其中PCR-SSCP技術(shù)為例，其以往運(yùn)用中多局限在基因突變方面，是臨床醫(yī)學(xué)中的常用方法，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展被引入到微生物生態(tài)學(xué)中。從其實(shí)現(xiàn)原理看，主要以單鏈DNA空間折疊構(gòu)象為基礎(chǔ)，若其中有堿基出現(xiàn)變化，空間構(gòu)象會(huì)隨之發(fā)生變化，配合聚丙烯酰胺凝膠電泳的應(yīng)用，使DNA譜帶得以生成。以16SrRNA測(cè)序在廢水生物中的表現(xiàn)為例，便可借助PCR-SSCP，對(duì)細(xì)菌群落受培養(yǎng)基變化的影響進(jìn)行分析。再如PCR-DGGE，應(yīng)用中一般強(qiáng)調(diào)將基因組DNA從環(huán)境樣品內(nèi)被提取，在此基礎(chǔ)上將PCR擴(kuò)增技術(shù)引入，可達(dá)到擴(kuò)增DNA的目標(biāo)，此時(shí)可將聚丙烯酰胺凝膠與擴(kuò)增產(chǎn)物相結(jié)合，通過(guò)電泳作用分離雙鏈DN段，最終生成的將為單鏈DNA譜帶。最后便可對(duì)譜帶中展現(xiàn)的堿基序列與文庫(kù)內(nèi)序列做好對(duì)比分析，完成微生物種屬的界定。由于該技術(shù)具有較好的分離效果，操作較為簡(jiǎn)便，所以在微生物分析中的應(yīng)用較為常見(jiàn)，如對(duì)微生物種群在活性污泥中的情況判斷，將該技術(shù)引入，可起到良好的效果。另外，在PCR-RFLP技術(shù)方面，其主要借助核酸特異位點(diǎn)、DNA識(shí)別序列，對(duì)雙鏈DNA進(jìn)行切割，配合溴化乙錠凝膠的應(yīng)用，無(wú)需通過(guò)放射性標(biāo)記形式，便可達(dá)到DN段分析目標(biāo)。如土壤中微生物的判斷，便可借助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1.3基因探針

目前分子生物技術(shù)中，基因探針的引入主要借助熒光染料、放射性同位素，對(duì)樣品內(nèi)核酸進(jìn)行識(shí)別分析。對(duì)于該技術(shù)，也表現(xiàn)在核酸印跡、熒光原位以及放射性標(biāo)記探針等技術(shù)方面。其中放射性探針應(yīng)用下，盡管對(duì)于寡核苷酸、RNA或單鏈DNA等都可進(jìn)行標(biāo)記，但其涉及的同位素具有較高的成本，很容易危害人體健康，所以使用中受到較大的限制。而對(duì)于熒光原位，應(yīng)用中一般可做好細(xì)菌空間位置標(biāo)識(shí)或定量定性判斷細(xì)菌情況等工作。另外，在核酸印跡方面，其適用對(duì)象集中表現(xiàn)在PCR擴(kuò)增產(chǎn)物方面，對(duì)微生物風(fēng)度、多樣性檢測(cè)都可起到重要作用[2]。

2環(huán)境工程微生物領(lǐng)域中分子生物技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1微生物群種豐度與多樣性的分析

現(xiàn)行環(huán)境工程領(lǐng)域中，通常需檢測(cè)的對(duì)象多表現(xiàn)在底泥、土壤、生物膜以及污泥方面。從現(xiàn)行較多實(shí)踐研究都可發(fā)現(xiàn)，若將16SrRNA從菌落中提取出來(lái)并開(kāi)展測(cè)序工作，可對(duì)微生物種群在活性污泥中的情況被測(cè)定，并將聚光激光掃描、熒光顯微以及FISH等技術(shù)引入，可定位生物膜中的微生物或檢測(cè)其活性。再以城市地區(qū)垃圾填埋細(xì)菌的分析，可在ARDRA方法的運(yùn)用下，使細(xì)菌多樣性情況以及細(xì)菌結(jié)構(gòu)被有效判斷。這些都可充分說(shuō)明微生物豐度、多樣性都可在分子微生物技術(shù)應(yīng)用下被有效判斷，通過(guò)定量或定性檢測(cè)得到的結(jié)果，能夠?yàn)榄h(huán)境工程中較多工藝操作、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)提供參考。

2.2指示微生物與致病菌的有效檢測(cè)

環(huán)境工程研究中，可發(fā)現(xiàn)在土壤、水體或空氣等媒介作用下，致病菌很可能對(duì)人體造成較大威脅，如典型的SARS。對(duì)此，便可借助分子微生物完成致病菌測(cè)定工作，如部分學(xué)者將16SrRNA基因、PRC-DGGE技術(shù)共同引入，對(duì)垃圾場(chǎng)、污水處理廠以及大學(xué)校園中的空氣環(huán)境進(jìn)行測(cè)定，可發(fā)現(xiàn)在以往微生物培養(yǎng)下，很難測(cè)定氣溶膠微生物情況。另外，對(duì)于水體內(nèi)是否有大腸桿菌等DNA存在，也可借助分子微生物技術(shù)進(jìn)行判斷。這些都可充分說(shuō)明，對(duì)于指示微生物、致病菌的檢測(cè)，分子生物技術(shù)應(yīng)用效果都較為明顯。

2.3功能微生物的培養(yǎng)

由于當(dāng)前化工行業(yè)發(fā)展步伐較快，其帶來(lái)的過(guò)多有機(jī)化合物也成為環(huán)境工程領(lǐng)域面臨的難題，很多有機(jī)化合物如含苯環(huán)類型，很難實(shí)現(xiàn)快速降解目標(biāo)。對(duì)此問(wèn)題，大多學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式，發(fā)現(xiàn)分子生物技術(shù)應(yīng)用下可使這種現(xiàn)狀得以改變，如對(duì)甲苯質(zhì)粒、降解萘利用DNA印跡雜交形式，可使這兩種質(zhì)粒微生物被判斷。此外，對(duì)于其他難以降解的有機(jī)物，都可采用質(zhì)粒如工程、基因重組等方式，使功能群被構(gòu)建，使有機(jī)物難以被降解的問(wèn)題得以解決[3]。

3結(jié)論

分子生物技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)行微生物研究的重要保障。實(shí)際引入該技術(shù)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)分子生物技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，包括測(cè)序技術(shù)、基因探針以及核酸技術(shù)等，在此基礎(chǔ)上將其融入致病菌檢測(cè)、功能微生物培養(yǎng)以及微生物多樣性分析等方面，能夠推動(dòng)環(huán)境工程微生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]石琛,王璐.環(huán)境微生物領(lǐng)域分子生物技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)科技信息,2013,16:135+139.

[2]張鳳.在環(huán)境工程微生物領(lǐng)域中分子生物技術(shù)的應(yīng)用[J].綠色科技,2013,08:192-194.

[3]陳永靜,張春浩.分子生物技術(shù)在環(huán)境工程微生物領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能,2015,06:106-107.

作者：王凡 單位：寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院