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分子生物学技术在水处理的应用

 论文栏目:生物学论文     更新时间:2017/8/10 10:33:49   

【摘要】分子生物学技术是现代生物学技术的一种,其能够有效改善传统微生物分析技术带来的高成本、低灵敏度、低准确度的缺陷。在污水处理中,现代生物学技术主要用于剖析污水中含有的微生物群落的多样性、细菌群的数量以及污水淤泥扩散膨胀的原因,以便优化污水处理。论文介绍了现代分子生物学技术在水处理中的应用,并对其进行了深入研究,以促进水行业的发展,并为未来分子生物学技术的发展提出更好的建议。

【关键词】分子生物学;技术;水处理;应用;分析

1引言

众所周知,水是生命之源,是人类生命得以延续的重要成分。一旦发生水污染,便会给人类的健康带来威胁,例如水中的细菌会破坏人体的健康细胞,病毒会侵蚀人体出现病变,寄生虫会导致人体出现异样等。水中生物分子的污染危害着人类的健康,对生命形成严重的威胁,因此,要对水体中具有传染性疾病的病原体进行实时监测,实行有效的生物控制,防止传染性疾病的病原体对人体造成伤害。但传统的微生物分析技术在病原体鉴定和培养过程中,存在精准度不高、检测效率低等问题,而且对微生物不同群落的培养具有一定的局限性,从而导致忽略了微生物种类多样性的问题,这将严重阻碍人类生物卫生领域的发展。而现代分子生物学技术的诞生,将采用新的技术,例如聚合酶链反应技术、分子标记技术、荧光原位杂交技术等,极大地改良了传统微生物分析技术存在的不足,优化对微生物多样性研究、定量分析、菌种鉴定的分析方法,从而进一步推进了水行业在生物学领域研究的发展。[1]

2分子生物学技术在供水工程中的应用

2.1水中致病菌与指标菌的快速测定

水是生命之源,在自然水中会涵盖多种病菌,对人体的健康形成严重危害。传统病菌测定方法通过将病菌细胞分离培养来作为鉴定细菌种类和数量的手段,但这类方法存在耗时长、精度低、无法检测人工难以培养的病菌的问题,故而对实际菌落数量和种类的估计有较大误差。而随着生物学技术的进步,分子生物学技术在水处理领域得到大范围的应用,并且其效率高,测得的致病病菌和指标菌的数量、种群准确,从而在生物领域大范围使用。例如,对于水中是否含有霍乱弧菌、肠炎沙门菌等病菌进行检测时,采用分子生物学技术中的基因芯片法就可检测出水中病菌的特性和种类,具备操作简单、效率高、灵敏度好等有点。类似针对病菌检测的手段还有很多,包括PCR技术、FISH技术、SSCP技术等。

2.2水中病毒的快速测定

病毒是细菌中最特殊的存在,由于病菌具备感染性强、致病率高、不容易被检测等特性,对人体的危害程度很高,让人不得不对水质问题提高警惕。而常规的检测手段是通过将病毒在营养丰富的环境中进行培养,然后通过电镜对病毒进行细致观察,这段过程耗时长、花费大、精确度低,因此,不支持采用这样的检测手段。而在现代分子生物学技术领域中,PCR技术的应用将对病毒进行明确标识,对水样中病毒污染的状况,能够快速地作出检测,以此来预防病毒通过水进行传播,此外,其对改善水质环境发挥着重要作用。[2]

2.3水中病原原生物检测

造成水污染的因素不只是通过肉眼能看到的清澈程度,还有水中病原生物的数量以及种类。在现实生活中,水中往往会存在隐孢子虫、贾地鞭毛虫等对水危害极大的病原生物。由于这些病原生物带有芽孢和孢子囊,对外界具备一定的抗性,且分布密度低,不容易检测,不容易培养。而分子生物学技术就弥补了传统生物检测技术的缺陷,例如,在针对孢子虫卵囊检测试验中,通过免疫磁分离PCR技术就实现了对孢子虫卵囊的检测,甚至可以精确水中含有的1个隐孢子虫,这样就能够快速地了解水污染情况,对预防人体造成病原生物的危害做出贡献。

2.4水中病原蠕虫检测

在现实生活中,最常见的水源污染就是蠕虫。在我国,蠕虫病是高发病。那么,蠕虫都包括哪些呢?我们最熟悉的蛔虫、绦虫、肝吸虫等,这些蠕虫会在人体血液和器官中生存繁衍,有的甚至会通过血液传入大脑,严重危害到人体健康。而蠕虫的虫卵只有在显微镜下才能检测出来,且由于个体小,对于虫卵的检测时常会出现漏检的问题。因此,生物学专家将分子生物学技术用来检测蠕虫的情况,这样就能够在最短的时间内,准确地掌握蠕虫虫卵的分布情况以及水样中蠕虫的群落问题。例如在检测肝吸虫虫卵的时候,往往通过对该蠕虫的DNA进行提取,然后再通过PCR检测技术对其进行检测,从而发现虫卵的分布,为解决蠕虫污染提供生物学依据。

3分子生物学技术在污水处理中的应用

3.1在生物除磷系统中的聚磷菌分析

污水处理是水循环利用最常见的方式,也是节能环保最佳的处理措施。一般而言,污水中含磷过量就会对土壤造成一定的影响,严重一点,就会影响到整个生态的发展。因此,分子生物学技术在污水处理中必然要采取除磷措施。污水处理的生物除磷大都通过聚磷菌的特性来实现去除污水中的磷含量。聚磷菌特性是在厌氧的情况下会释放磷,在好氧的情况下会吸磷。而为了进一步提升污水处理中除磷的技艺,分子生物学技术对除磷的机理进行了深入研究分析。其中,利用PCR-DGGE技术就可以帮助去除污水、污泥中的磷,研究表明,碳源类对聚磷菌的群落结构和种群数量有着明显的影响。而FISH技术应用到研究中,则发现,在微生物快速增殖的阶段,聚磷菌的体型较小、结构上也很松散,而随着菌体体积逐渐增大,最后达到一定密度,形成一个团状的时候,也就实现了最好的处理效果。[3]

3.2在优化污水处理工艺中的指导作用

将分子生物学水处理技术应用到污水处理领域中,将对污水中所存在的不同菌种、菌落形成威胁,提升污水处理的工艺,丰富科学治污的手段。当然,为了进一步提高污水处理技术,在微生物的研究领域,可依据相关菌群的功能,实现对水中污染物进行降解,以此来优化污水处理的技艺。例如通过PCR-TGGE技术来监测耐盐性微生物群的驯化过程,通过监测发现,在反应器中的微生物群落非常的丰富,而且驯化出了耐盐性高的、符合研究结果的优势菌种。

4结语

分子生物学技术拓宽了对水环境中细菌、病菌、病毒等微生物的研究范围,同时也优化了水处理手段,大大提升了污水处理效果。当然,任何技术的研究发展都不是顺利、完美的。分子生物学技术所表现出来的特性,虽然很完美,但仍旧存在许多不足之处。例如,PCR技术会引入抑制剂,从而对研究结果造成影响;FISH技术检测会受自带荧光效果的微生物影响,从而造成结果偏差。从现在研究状况来看,分子生物学技术还处在理论分析阶段,通过优化水处理技术,为提高生物治污技术提供理论保障。未来,分子生物学技术在水处理中的应用将会不断完善,这必然会促进水行业在微生物研究领域取得长足进步。

【参考文献】

【1】杨建雄.分子生物学[M].北京:化学工业出版社,2009.

【2】戴睿,夏四清.PCR技术在水体微生物检测中的应用[J].环境科学与技术,2006(9):103-105.

【3】王伟.碳源及电子受体对反硝化除磷系统的影响研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.

作者:陈京 单位:中国城市规划设计研究院

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