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几种应用在污水处理中的生物学技术

           生物法是主要的传统污水处理方法,在应用这种方法对污水进行处理的过程中,关于微生物特性方面存在着较大的局限性,在这样的背景下,分子生物技术应运而生,该技术被广泛应用到污水处理过程中的微生物检测工作,处理效果非常不错。污水处理过程中,分子生物技术对微生物检测和鉴别具有十分重要的意义,另外,分子生物技术的应用可以更好地完成污水中菌群组成以及菌群动态变化等的判断,极大程度地提高了污水生物处理效率,节约了污水处理成本。

         1、DNA生物传感器技术的应用

          在污水处理过程中,生物传感器是应用频率较大的设备,该设备的工作原理是对生物层和目标污染物之间的固定化专一性作用。在环境监测领域,以免疫原理和生物催化原理为基础的生物传感器应用范围较为广泛。就目前来看,在环境监测领域,以核酸探针为敏感元件的传感器的应用还处于起步阶段,但是分子生物技术的发展已经为DNA生物传感器的研发提供了基础。DNA碱基配对原理是酸杂交生物传感器的理论基础,酸杂交生物传感器DNA杂交反应具有高度专一性,内部的电化学检测器具有较高的灵敏度,两者结合在一起不仅可以对微生物的核酸序列进行分析,还可以对污染物和DNA之间的相互作用进行研究,酸杂交生物传感器的产生为解释污染物毒性作用提供了理论基础。所谓的酸杂交过程,并不是单纯地将探针与DNA片段完成碱基配对,影响杂交过程的因素有很多,不仅有反应动力学因素,而且有效率因素,在进行碱基配对的过程中,必须充分考虑这些因素,保证高度的灵敏度和专一性。

         2、DNA重组技术的应用

           限制性核酸内切酶的发现标志着DNA重组技术的出现。如图2所示,DNA重组技术的过程就是将超过两个的DNA片段连接起来,保证所产生的DNA分子可以在宿主中完成自主复制。复制的主要程序为:获取外源DNA,选择最合适的载体并完成DNA片段的处理,完成目的DNA片段的处理后,直接和载体连接起来,在宿主细胞中导入连接产物,保证重组DNA分子可以自主完成复制扩增;在平板培养基上完成转化菌落的培养,经过合理的筛选措施,得到含有重组DNA的阳性克隆。针对微生物的处理,如果仅仅依靠分离功能和筛选功能是远远不够的。所以,想要在混合微生物群体中完成特定微生物的筛选基本上是不可能的。如果不能得到特定的微生物,那么也就不能完成实际的生物反应。就当前来看,人类因为生产经营投放到环境中的污染物的处理难度越来越大。所以,必须研究相应的基因工程技术,根据实际需求,培养可以降解多种有害物质的生物学技术,才能保证污染物处理效果。在开展微生物动态检测的过程中,指示菌的作用十分重要,一般来说,指示菌活力较高,另外对于水质变化较为敏感,应用特定的指示菌可以快速、准确地反应污水成分的实际情况。基因重组技术的应用可以在某些微生物基因组中整合相应的特定基因,然后将这些基因工程菌释放到特定的环境中,进而实现环境的动态监测。

           3、寡核苷酸探针技术的应用

            应用寡核苷酸或者核酸探针方法可以对群落微生物的遗传信息进行科学反馈,用以鉴别微生物群落结构,寡核苷酸探针技术的原理就是,微生物的遗传信息是由特定核酸序列决定,这些核酸序列存在于微生物的rRNA或者DNA中。寡核苷酸探针技术中最为直接和有效的途径就是rRNA的寡核苷酸探针,寡核苷酸探针可以代表微生物目标基因信息的单链DNA,碱基对数量最多可能会超过100。目标细胞的RNA上特定的区域和探针的碱基序列实现互补,适当地控制检测条件,就可以使目标细胞的RNA被固定。这时未杂交的探针就会被冲洗掉,探针上只留下和RNA杂交的探针,检查和计算杂交探针数量,进一步确定目标rRNA的数量。寡核苷酸杂交主要有两种方法:狭线印迹法,该方法较为传统,应用该方法的过程中需要按要求在样品中提取RNA。另外一种方法为荧光原位杂交,应用该方法的过程中不需要格外提取RNA。荧光原位杂交技术因为会应用到显微镜,另外,该技术以分子生物学为基础,所以不管是可视性还是精确性都能得到有效的保证,该技术可以在自然的微生物环境中对不同种类的生物个体进行检测和鉴定,同时将微生物数量,空间分布情况直接反馈出来。FISH技术的原理就是应用荧光标记探针,然后让探针和细胞内特定的核酸序列进行杂交,应用荧光信号反应核酸检测的实际情况。

          4、聚合酶链反应技术的应用

            聚合酶链反应技术诞生于20世纪80年代,该技术属于一种特异DNA片段技术,该技术的应用可以促进体外酶扩增[2],如图1所示。图1聚合酶链式反应进体外酶扩增应用该技术的时候,需要用到特异寡核苷酸作为引物,在设计引物的过程中必须参照目的基因进行设计,然后完成DNA体外合成反应,体外的DNA一般在较短的时间内就会出现显著的扩增,进而产生数量庞大的目的基因。经过分析可以得出以下结论:分子生物学技术具有较高的特异性,而且该技术的灵敏度极高,应用该技术对污水进行处理操作较为方便。但是该技术应用也具有一定的条件,通常只适用于微生物方面的核算,另外应用该技术对污水进行检测,必须经过重复性酶促的作用,促进DNA合成和扩增,另外还需要应用到某些经修正或联合性衍生技术。常见的分子生物学技术主要有RT-PCR和竞争性PCR两种。1)RT-PCR检测主要适用于含有RNA病毒的监测,这也是该项检测技术最为显著的特点之一。DNA的转化是在RNA反转录酶转变的基础上完成的,有研究报告指出,应用dmpN基因扩增检测可以将存在于间歇式反应器中的降解酚假单胞菌监测出来。该报告结果证明:分子生物学技术RT-PCR不能用于微生物降解酚能力的检测,但是分子生物学技术可以完成dmpN基因水平的测量,对这些测量数据进行计算,就可以对假单胞菌是否具有特殊分解活性进行判断。2)竞争性PCR,这是一种定量的检测方法,在PCR反应体系中插入控制竞争模板以及插入模板后,确定模板浓度,完成模板的定量研究。竞争性PCR不仅可以测定3-加双氧酶dmpB基因浓度,还可以测量多环芳香烃污染沉降物。如果dmpB基因片段经历过PCR技术的检测,那么其自身会受到一定的影响,导致40bp大小的缺失,这40bp大小的缺失直接可以充当PCR扩增竞争模板,足以证明目的模板的长度要长于竞争模板的长度,目的模板和竞争模板可以共同完成扩增,同时还可以对沉降物中dmpB基因浓度完成定量的分析,然后对目的模板和竞争模板进行比对。 

          分子生物学产生于20世纪80年代,自产生以来,该技术被广泛应用到各个行业的发展中,促进各行各业飞速发展的同时,该技术也在不断的进步中。在这个过程中,分子生物学应用的经济效益和时间效益都较好。在污水中,一般微生物种类较多,生存状态呈现多元化,所以生物学技术处理污水是最好的选择。在应用分子生物学技术的过程中,注意和其他环境工程检测技术配套使用,旨在保证污水处理微生物检测效果。

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