分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用分析

高会军 1 刘可娜 2 张小芳 3

摘要：伴随社会经济的持续、稳健化发展，环境污染问题正在变得越发严重，已受到社会的广泛性关注，并且关于处理污水的技术也不断推新与优化。本文结合当前实况，在污水处理微生物检测当中，就分子生物学技术的具体应用情况作一探讨，望能为此领域应用研究提供一些参考。

关键词：污水；微生物检测；分子生物学技术

生物法乃是一种比较传统的污水治理手段，其在揭示污水当中复杂微生态系统上，局限性大，常规的微生物记数方法，比如平板培养法，在用于研究环境生物学时，存在诸多不足，如环境当中仅有＜1/10的微生物能够被培养，而活性污泥当中主要细菌群落并非均可以用培养方法来分析；另外，难以将生物反应器的有意义、实时的信息进行充分揭示；如果特定微生物系统布局竞争性，并且相关的结构基因没有被诱导，那么此时常规方法便难以对此系统降解污染物进行讲解。上个世纪90年代时，分子生物学方法在废水生物处理中得到广泛应用，以此明确废水当中的菌群组成、功能菌群及动态变化，基于16rDNA序列及相关的结构基因的分子生物学技术，为环境当中特定微生物的系统发育群体的鉴别与量化，提供了强有力的工具；通过对分子生物学技术进行合理化利用，不仅能够实施菌群动态跟踪，而且还能够进行功能群种鉴定，对菌群结构与功能之间的关系进行揭示，以此对生物处理过程进行更好控制。本文就分子生物学技术的基本理论及在污水微生物检测当中的具体应用探讨如下。

1.聚合酶链反应技术

聚合酶链式反应（PCR）实为一种体外酶促扩增特异DNA片段技术，其主要是通过对一对特异寡核苷酸引物（针对目的基因所设计）的利用，将目的基因当作模板，开展DNA体外合成反应。因反应循环能够开展数次（一般为25~30个循环），因此，在短时间内便能够扩增大量目的基因。此种技术有着比较高的灵敏度，比较强的特异性，比较简单的操作。PCR技术的根基为仅在微生物特定核算条件下，重复性酶促DNA合成与扩增方能出现。PCR扩增产物通常可借助琼脂糖凝胶电泳来进行检验与纯化，还可被用作克隆、测序与转化。在实际应用中，通常可选用通过修整或联合其它技术予以应用的PCR衍生技术，比如巢式PCR、PCR-SSCP及RT-PCR等。

2.限制性片段长度多态性分析

在限制性片段长度多态性（RFLP）分析时，DNA提取于混合微生物群落当中，经深入剖析，以此对此群落的基因指纹信息进行提供。借助限制性内切核酸酶，把已经被扩增的DNA切成片段；针对限制性酶而言，其对DNA的剪切可以将靶基因区避开；借助限制性酶切后的DNA片段大小的不同，经电泳能够实施分离。针对RELP分析来讲，其主要优点为无需开展放射性标记的探针杂交，便能够观察到结果。有学者借助RFLP对缺氧-好氧SBR反应器中PAOs、GAOs的富集情况进行了研究（各碳源与碳磷比环境下）。

3.寡核苷酸探针技术

核酸探针或者寡核苷酸方法一般是通过对群落内微生物的遗传信息进行鉴别与列举，然后将群落结构反映出来，其基本原理为特定微生物相对应的特定核酸序列存在DNA或rRNA当中。对于rRNA相对应的寡核苷酸探针而言，其实为一种最直接的途径类型。寡核苷酸探针被构造成单链DNA（代表微生物目标基因信息），碱基能够减少数量15~18，而增多可达100。需要指出的是，探针的碱基序列与，互补于目标细胞RNA上的某个区域。通过对检测条件进行控制，能够固定目标细胞的RNA及探针DNA。如果适当固定RNA，能够冲洗掉未杂交的探针，仅将与目标RNA之间杂交的探针留下；还需强调的是，通过对杂交探针进行检测，可以对目标rRNA的具体数量予以明确。

4.DNA生物传感器

设计生物传感器的基本理论实为目标污染物与固定化生物层之间的专一性作用。以免疫原理与生物催化为基础的生物传感器，已经被广泛应用在环境领域当中。虽然将核酸探针当作敏感元件的传感器，在环境检测当中的应用，仍处在一种逐渐成熟阶段，但分子生物学、生物技术的发展，为DNA生物传感器的研究，提供了可能。针对核酸杂交生物传感器的理论而言，实际就是DNA碱基配对原理，其专一性的DNA杂交反应结合于高灵敏度的电化学检测器，能够形成DNA杂交生物传感器，其不仅可用作微生物的核酸序列分析，而且还能用作检测微量污染物，此外，还可用作污染物与DNA间相互作用的研究，可以为污染物毒性作用机理的解释提供条件。有学者成功开发了电化学DNA传感器，并用其检测水体中的aromatic amines。另有研究设计了DNA杂交生物传感器，检测环境样品的微生物，比如水体中病原菌Cryptosporidium等。

5.结语

综上，以DNA序列及相关结构基因为轴心的分子生物学技术，现今在多领域中均得到较好应用，其实用性越发凸显。当前，将其应用在污水处理的微生物检测当中，能够便于了解污水中微生物去替你的基本情况，获取更多分子生物学技术的应用经验，为此领域的发展提供切实动力。

参考文献：

[1]李玲, 杨丽玮. 病原微生物检验中分子生物学技术的应用效果分析[J]. 临床检验杂志（电子版）, 2019, 8(3):173.

[2]马永娟, 刘莉, 张维娜. 病原微生物检验中分子生物学技术的应用探析[J]. 中国保健营养, 2016, 26(4):384-385.

[3]张悦,王静怡. 分子生物学技术在食品微生物检验中的应用[J]. 现代食品, 2020, 1(1):101-102.