分子生物學技術(shù)在污水處理微生物檢測中的應用研究

劉新生 ， 許立成

（德州學院，山東 德州 253023）

隨著社會的快速發(fā)展，處理污水的方法越來越多，出現(xiàn)很多先進技術(shù)，相對于傳統(tǒng)污水處理，新技術(shù)能夠高質(zhì)量、高效率地處理生活污水，避免造成水資源浪費，并能循環(huán)使用。利用分子生物學處理技術(shù)，可以有效改善傳統(tǒng)處理方法存在的一些弊端，更準確地對生物菌群進行科學合理的培養(yǎng)，滿足國家對污水處理的要求。

1 污水當中微生物

城市的地下水污染嚴重，但很多人都沒有認識到這一問題的嚴重性。人們將大量的生活垃圾和生產(chǎn)廢水投入到地下水，導致水中存在很多有害物質(zhì)和一些微生物。相關(guān)調(diào)查顯示，污水中活性污泥內(nèi)含有大量的微生物，主要包括真菌、細菌、原生動物等，其中菌的種類多樣，多是一些游離細菌，這些微生物可以將污水中的有機物快速分解和吸附，來維持正常生長。此外，污泥中還存在部分原生動物，有變形蟲、鐘蟲等。很多研究人員將活性污泥比作一個小型世界，里面具有各種各樣的微生物，要求在實際工作中，相關(guān)人員要充分掌握各個微生物的特點以及形態(tài)，并掌握原生動物在處理污水時的表現(xiàn)。

2 污水處理微生物檢測流程

開展污水處理微生物檢測工作，應要測定化學需氧量，其方法原理為：在強酸性溶液中，投入適當?shù)倪€原性物質(zhì)，并以大量的重鉻酸鉀作為指示劑，之后利用硫酸亞鐵銨溶液回滴，檢測人員根據(jù)其用量來算出水樣中耗氧量。檢測流程為：先將進水樣、出水樣充分搖勻，準備3 個磨口的錐形瓶，并對其按順序編號，向其中加入6 顆玻璃珠，之后向瓶中分別加入20 mL 的蒸餾水、5 mL 的進水樣（再加入15 mL 的蒸餾水）、20 mL 的出水樣，再向里面加入等量的重鉻酸鉀非標液，并要用其多次清洗移液管，然后將瓶子放置到電子萬用爐中，并將冷凝管中灌滿自來水，切記自來水水流量不要過大，之后用冷凝管的上半部分別向3 個瓶子內(nèi)加入30 mL 的硫酸銀，最好用25 mL 的小量筒，保證操作的精準度。上述步驟結(jié)束后，應將電子萬用爐通電，并加熱兩個小時，加熱結(jié)束后，將其冷卻適當?shù)臅r間，之后向3 個瓶子內(nèi)加入90 mL 的蒸餾水，主要是為了減少實驗誤差以及顯色更加明顯。加入蒸餾水后會放熱，之后取回錐形瓶冷卻，然后向瓶內(nèi)分別滴入適當?shù)膩嗚F靈指示劑，并將其充分混合，再滴入適當?shù)牧蛩醽嗚F銨，滴完之后，要及時記錄相應的數(shù)據(jù)，計算出準確的數(shù)據(jù)。

除此之外，進行污水處理微生物檢測流程，還要進行生化需氧量的測定、懸浮性固體物質(zhì)的測定、總磷的測定、總氮的測定等等，是一項非常繁復且重要的工作，相關(guān)檢測人員應該充分認識到此項工作的重要性，不斷提高自己的專業(yè)技能。

3 分子生物學技術(shù)在污水處理微生物檢測中的應用

3.1 DNA重組技術(shù)

相對于其他分子生物學技術(shù)，此技術(shù)出現(xiàn)時間較早，被人們廣泛熟知，應用領(lǐng)域較為廣泛，但也存在一些弊端，如沒能緊跟時代的腳步，沒有被及時更新。重組技術(shù)主要是將獨立的DNA全部有序連接到一起，創(chuàng)造一個獨特的環(huán)境，進行DNA復制工作，但在進行此操作時，應該遵守相應的程序。首先，要選擇適當?shù)腄NA；其次，再選擇載體處理，處理工作結(jié)束后，將整個載體連接；最后，把連接物輸入到合理的細胞中開始重組工作，獲得新的DNA 后需要進行篩選工作，從而開展陽性克隆，至此整個重組流程結(jié)束[1]。

重組DNA 技術(shù)主要包括以下5 個步驟：1）取得目的基因；2）和克隆載體充分連接，充分生成新的DNA；3）利用新的DNA 分子轉(zhuǎn)變成為受體細胞，并且具有復制和遺傳等功能；4）對轉(zhuǎn)化分子進行挑選和鑒定；5）將外源基因的細胞培養(yǎng)，從而獲得需要的遺傳性狀。目前，獲得充足DNA 片段的方法有：通過采用限制酶獲得需要的平整末端的DNA 片段，或者采用化學方法合成，能夠通過蛋白質(zhì)肽鏈的氨基酸順序知道相應的遺傳密碼，之后利用密碼通過化學方法人工合成，從而獲取到所需的基因。

進行污水處理微生物檢測工作時，指示菌是確保工作順利進行的關(guān)鍵之處，具有重要意義，對生存環(huán)境中相關(guān)物質(zhì)的變化也較為敏感，能夠為技術(shù)人員提供一些實驗數(shù)據(jù)。若想充分熟知污水中組成成分的變化情況，應該及時采用指示菌，不僅可以提高工作效率，還能明確分子生物學相關(guān)技術(shù)，讓技術(shù)人員了解DNA 重組技術(shù)的優(yōu)勢，可以將特定的基因重新組合在一起，從而完成微生物檢測工作。但在進行此操作時，禁止將指示菌放在固定的地方，可以根據(jù)實際工作情況，將其放在合理的位置，全方位監(jiān)控，并能了解其基因工程菌的特點。在相關(guān)技術(shù)人員不斷處理的情況下，利用冰草氨酸等物質(zhì)，把微生物從環(huán)境樣品中順利提取，之后進行靈敏性測試。

3.2 寡核苷酸探針技術(shù)

寡核苷酸探針技術(shù)主要優(yōu)勢為，可以將探針設計成不同的特異性，從而達到獲取群落結(jié)構(gòu)信息的目的，但由于FISH 檢測的準確性和穩(wěn)定性，過度依賴探針的特異性，致使探針的設計和評價非常重要。采用此技術(shù)能夠充分了解遺傳信息，從而發(fā)現(xiàn)菌落的組成結(jié)構(gòu)，獲取微生物的各種信息。以DNA 和RNA 的排序為基礎(chǔ)，針對特定的微生物，能夠在實際檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其排序不同，得到不同的實驗結(jié)果，多數(shù)實驗可以利用探針來熟知所要檢測細胞的RNA。進行探針的研究中，可以發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域之間存在互補關(guān)系，相關(guān)技術(shù)人員要嚴格注重檢測的工作環(huán)境，確保能夠處在合適的條件下進行工作，從而保證實驗能夠達到預期效果[2]。

其中，寡核苷酸探針技術(shù)的熒光原位雜交使用較為廣泛，在生活中比較常見，若將分子生物學技術(shù)的準確性和顯微鏡的可視性進行組合，可以有效提高工作效率。熒光原位雜交技術(shù)在微生物檢測中能夠進行不同類型的鑒定，因此受到廣泛技術(shù)人員的喜愛。除此之外，其應用到污水處理中，可以了解污水中微生物的種類，還能清楚其分布位置，可以幫助技術(shù)人員快速進行污水檢測。開通雜交探針的熒光信號，進而對核酸序列開展檢測工作，相對于傳統(tǒng)檢測方法，此技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。FISH 技術(shù)與其他技術(shù)的充分結(jié)合，也能為促進環(huán)境微生物學的研究工作提供很大的幫助。研究人員在應用PCR-DGGE 結(jié)合測序技術(shù)和FISH 技術(shù)，研究兩階段限氧自氧硝化中，結(jié)果表明，在亞硝酸鹽積累的過程中，亞硝化單胞菌屬占據(jù)氨氧化細菌的75%。此技術(shù)與共聚焦激光掃描顯微鏡和多光子顯微鏡的應用，能夠得到十分清晰的圖像。

3.3 限制性片段長度多態(tài)性分析

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的工作模式已經(jīng)不能滿足人們的工作要求，跟不上時代的腳步，傳統(tǒng)的檢測方法很容易受到外界因素干擾，不能保證檢測結(jié)果的準確度。采用分子生物學技術(shù)能夠有效彌補傳統(tǒng)方法的不足之處，其中限制性片段長度多態(tài)性分析效果最明顯，技術(shù)人員為了獲得更多有價值的菌落基因信息，要仔細進行多態(tài)性分析，若將其很好地利用，可以把不同的特征進行分離，很大程度優(yōu)化工作流程，節(jié)省操作時間，還能保證數(shù)據(jù)的準確性。

相對于傳統(tǒng)生物技術(shù)在處理污水中微生物的檢測工作時出現(xiàn)的一些問題，利用此方法能有效避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)。例如，傳統(tǒng)的檢測方法很難大量培養(yǎng)微生物，可以正常生長的細菌更是少之又少，致使污水處理工作存在很大的問題，從而造成大量水資源浪費現(xiàn)象，而此技術(shù)可以優(yōu)化操作流程。因此，要不斷創(chuàng)新生物學技術(shù)，及時采取當前先進技術(shù)。相關(guān)管理部門要重視技術(shù)的創(chuàng)新工作，為技術(shù)人員的正常工作提供保障?，F(xiàn)如今，人們越來越重視環(huán)境問題，國家也加大整治力度，只有不斷更新檢測技術(shù)，才能促進我國穩(wěn)定發(fā)展[3]。

3.4 DNA生物傳感器

生物傳感器設計的主要目的為固定化生物層與目標污染物之間的專一性，由于生物的催化原理和免疫原理，在環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛應用，主要工作是對生物層和目標的污染物進行信息傳遞，能夠檢測到敏感物質(zhì)。利用DNA 檢測，可以加快檢測污水物的傳感過程，其不僅可以應用到相關(guān)核酸檢測工作中，還能在微量污染物的檢測中發(fā)揮重要作用，并在研究DNA 和污染物之間的關(guān)系中起到相互作用，讓人們意識到污染物中存在有毒物質(zhì)。研究人員開發(fā)出來DNA 雜交生物傳感器并用于環(huán)境樣品的微生物檢測，例如污水中的病原菌的檢測，此類研究主要包括核酸探針固定化優(yōu)化、雜交反應條件等，進行雜交過程中，應該注意與DNA 片段按堿基配對原則，尤其要注意影響雜交反應動力的各種因素，如離子強度、探針長度等等。若將其內(nèi)部應用先進技術(shù)，其得到的圖像會更加清晰，提高最終檢測結(jié)果的精確性，雖然整個工作流程較為復雜，考驗技術(shù)人員的耐心，但隨著其不斷改變，也在很大程度上優(yōu)化具體步驟。技術(shù)人員還應該注意其雜交步驟很容易受到各種因素的干擾，如外界原因、人工操作問題等，尤其要注意雜交反應動力，才能保證技術(shù)的高度專一[4]。

3.5 聚合酶鏈反應技術(shù)

該技術(shù)屬于一種特別的DNA 片段技術(shù)，出現(xiàn)時間較早，能夠加快體外酶擴增速度，當在實際工作中采用聚合酶鏈反應技術(shù)，要利用特異寡核苷酸作為基礎(chǔ)，還要參照目的基因，完成DNA 體外合成反應，短時間內(nèi)產(chǎn)生明顯現(xiàn)象，從而產(chǎn)生過多的目的基因。根據(jù)此技術(shù)，可以體現(xiàn)出分子生物學技術(shù)具有很強的特異性，靈敏度較高，進行污水中微生物檢測工作較為方便，但還存在條件限制，只適用于微生物的核酸工作，還要利用酶促的作用，加快DNA 的合成和擴增速度[5]。目前，使用最頻繁的分子生物學技術(shù)主要有兩種，RT-PCR 和競爭性PCR。前者主要用于相關(guān)病毒的檢測工作，后者是一種定量的檢測方法[6-9]。

4 總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，分子生物學技術(shù)也在不斷改進，取得了社會效益和經(jīng)濟效益的雙豐收。污水中存在較多的微生物，采用分子生物學技術(shù)能夠提高污水處理技術(shù)水平，還與人們的生活息息相關(guān)，在有效改善人類生活環(huán)境的同時，還極大地提升了人們的生活水平。