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分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用研究

作者:完美论文网  来源:www.wmlunwen.com  发布时间:2021/7/2 10:42:20  

摘要:环境工程中微生物是微生物学中的重要组成部分,分子生物技术在其中的应用不算太为广泛,因此需要对其相关研究进行关注。所谓的分子生物技术主要是分子水平上出发来对微生物种群的特征和分类进行分析,通过采用多种是生物反应机理来更好的认识环境微生物的遗传特性,为其应用效果的提升提供更好的依据。现代分子生物技术的应用可以更为深入的探究微生物的多样性以及微生物与污染物之间的关系,同时也能让检测结果更为准确和可靠,同时也能高效快速地降解有机污染物,必将会给环境工程微生物学的发展带来一场革命性的变化。

关键词:环境工程;微生物;分子生物技术;

0 引言

微生物学属于不同学科紧密联系的重要性学科,具有交叉性的特点,可以为各个学科的发展提供不同的支持。在对分子生物技术在微生物领域中的应用进行分析和研究之后,将其与环境工程结合在一起,可以发挥出其重要的价值,对环境工程领域可以发挥出现实性的指导意义。分子生物技术目前的应用还不够广泛,相关的技术能力也需要得到进一步的提升,因此需要对其具体应用进行进一步的分析和研究。

1 微生物的主要构成

1.1 光合菌群

在微生物领域当中,光合菌群作为独立的营养微生物,它的能源主要是来自土壤,它会接受太阳红外线和紫外线的辐射,将土壤中的硫化氢和碳氢化合物中的氢进行分离,让有害物质转变为无害物质,然后将植物根部的分泌物、有机物和有害气体组等内容作为主要的基质,进一步的合成各种生物性物质,通过这样的方式来实现对土壤肥力的有效强化,积极的为植物的生长提供更为重要性的支持。对于光合菌的代谢物质来说,它不仅可以被植物直接的吸收,也能为其他微生物的繁殖和生长提供必要的养分,促进其他有益微生物的增加。

1.2 乳酸菌群

乳酸菌是将光合细菌和酵母菌所产生的糖类作为是主要的物质基础,然后再经过不断的摄取来形成乳酸。对于乳酸来说,它具有比较强的杀菌能力,对于有害的微生物活动能够起到重要的抑制性作用。在对木质素和纤维素进行分解的过程中,需要将乳酸菌作为重要的内容来进行利用。对乳酸菌进行科学的利用可以更好的实现有机物的发酵和分解,对于未腐熟的有机物来说,在对其使用乳酸之后就可以更快的转化为有效的养分。

1.3 放线菌群

对于微生物中的放线菌来说,它主要是通过光合细菌来实现对氨基酸和氮素的获取,让其组作为基质并且产生各种抗生物质、维生素及酶,通过这样的方式来实现对病原菌的有效抑制。与此同时,放线菌还能对有害霉菌和细菌增殖所需的基质进行提前的获取,这对增殖可以起到重要的抑制性作用,可以为其他益微生物的增殖创造出更为良好的生存环境。将放线菌与光合细菌混合在一起,可以对难以分解的物质进行更好的降解,能够让植物更好的吸收,可以在很大程度上实现对动植物病害抵抗力和免疫力的有效提升。除此之外,放线菌对于固氮菌和VA菌根菌还具有促进其增殖的作用。

1.4 酵母菌群

微生物中的酵母菌主要是对氨基酸、糖类和其他的有机物质进行借助,通过发酵的方式来实现对活性化物质的细胞分裂,同时一些微生物在进行增殖的过程中所需要的营养也是由酵母菌提供。另外,水中原生动物生物过程中所需要的养分也是由酵母菌生产时产生的单细胞蛋白作为养分来源。

2 影响环境工程建设的要素

2.1 自然环境恶化

在社会经济不断发展的背景下,工业生产和日常生活都开始产生大量的废物和污染物,这些污染物会给自然环境带来极为不利的影响,因此在环境工程建设的过程中也会受到不少困难的影响。

2.2 生产因素

在社会发展和时代的不断进步的过程中,工业化发展是其重要的支撑,但是在工业化生产的过程中不可避免的就会造成污染的现象,会给大气、水体以及土壤带极大的污染,因此会在一定程度上给环境工程项目的建设带来诸多不便。

2.3 环境工程自身的因素

环境工程的建设不仅会受到企外界因素的影响,也会因为受到自身因素的影响而出现各种问题,比如说环境工程建设的水平、环境管理和治理技术,这些都会直接的影响到环境工程建设的质量,如果不对这些问题进行及时的改进就没办法满足环境工程的相应需求。

2.4 人为因素

在开展环境工程建设的过程中,需要将自然环境与人文环境结合在一起,让人们的环境保护意识可以得到很好的提升。在开展环境工程建设的时候,如果没有足够的环保意识作为支撑,就会出现一边治理一边破坏的问题,尤其是人们生产生活中的污染问题已经变得越来越多,不进行及时的控制就会给环境工程的建设带来不利的影响。

3 分子生物技术的概述

分子生物学主要是从分子水平上出发来对生命现象进行研究,它主要是对细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象之间的关系进行分析,比如说遗传信息的传递、基因结构的复制、转录和翻译以及表达等生理功能,还包括细胞信号的转导等等。对于分子生物学来说,自从其诞生到今天已经获得了非常迅速的发展,与此相关的技术也在日趋成熟,部分技术已经开始应用在环境微生物领域当中。

3.1 PCR核酸技术

3.1.1 PCR-SSCP技术

这项技术是将银染法和荧光检测技术进行利用,通这样的技术来实现对SSCP凝胶DNA谱带的分析,对简化测试试验的步骤具有重要的促进性。在开展具体的测定试验时,需要按照步骤来做好工作实施:一是取样环境样品,并且对样品中的DNA组别进行抽取;二是积极利用PCR扩增技术,让已经获得的基因组列可以得到有效的扩增处理;三是在对基因组进行变性处理之后,需要将其制成单链DNA结构,做好后续的操作处理;四是将单链片段放置在相应电泳凝胶当中,将不同的谱带做出及时分离;五是对DNA进行割带回收,同时要将不同的DNA谱带碱基序列与基因文库做好比较,通过利用这样的方式来实现对微生物种类的确定;最后一步就是让此项技术能够更为合理的应用在微生物种类测定的工作实施当中,以获得更好的测定效果。

3.1.2 PCR-DGGE技术

在开展电泳实验的过程中,生命物理学知识属于非常重要的依据,将其应用在电泳试验当中,可以让不同的变性溶剂解链获得不同的目标性物质,具体步骤可以有以下几个方面的内容:一是提取环境样品中的样本基因组;二是要对PCR扩增技术进行利用,通过这样的方式来实现对目标基因组的扩增处理;三是把扩增的基因组放入到聚丙烯酰胺凝胶当中,让目标基因组的双链DNA可以在电泳之后形成不同的单链DNA谱带;四是要做好割带回收和基因库的对比工作,继而更好地做好对微生物种属的确定。

3.1.3 PCR-RFLP技术

这项技术是将限制性核酸内切酶主要的载体来进行测定,将特异位点与DNA结合在一起来实现对基因序列的识别,继而对DNA双链进行切割处理。具体来说就是通过限制性核酸内切酶来获得差异性片段,然后再将其经过电泳之后获得不同的基因分布状态,以此为依据来做好相应的位置标记,让微生物群落的结构多样性可以得到更好的呈现,通过利用这样的方式可以实现对微生物环境的进一步的认识。

3.2 PCR测序技术

r DNA在细胞中具有相对稳定性,同时也包含着保守序列和高突序列的特点。在近些年的研究当中,r DNA测序一直都是微生物系统分类中的一个重要性的指标,这种分析方法可以对微生物的种群进行分类和分析。要将一个分离物作为一个分类单元,其中最为可靠的方法就是进行r RNA分析。对于r RNA来说,它在所有微生物中的功能和进化上都属于同源的,在对微生物环境技术进行应用的时候,需要将生物学有关内容作为主要的依据,通过对分子生物技术进行利用来让微生物环境中可以分离出来一些具有研究价值的群体,或者是不同种类的生命特征。总体来说,通过利用PCR测序技术可实现对微生物环境中各种品种和种类的确定,这样就可以为新的微生物群体的发现提供更为有效的技术性保障,更好的发挥出其应用价值。

3.3 基因针测试技术

基因探针测试技术实际上就是一段特异性的DNA单链,其长度为15~30个碱基,一般可以按照碱基互补的原则来在指定好的条件下进行杂交。基因探针是在杂交之前,通过放射性同位素、荧光染料或者是催化特异反应酶的方式来进行,通过这样的方式来做好对可检测物质的标记处理,将检测技术与目标基因结合在一起来实现对样品中核酸的识别。将标识物质的不同作为主要的依据,可以将基因探针技术分为放射性标记核酸探针、荧光原位杂交技术和核酸印迹杂交技术等,这些技术的应用能够让微生物环境中的生物技术得到更为有效和直观性的发展。

3.4 基因芯片技术

基因芯片又被称为是生物芯片,这种技术是在20世纪80年代中期发展起来的重要内容,它是对杂交信号的强度进行检测,进而得出分子信息的一种技术。对于基因芯片来说,其分类方式和种类具有多样性,可以分为原位合成、DNA微阵列、无机片基等内容。在对微生物群落和多样性进行研究的过程中,经常会采用群落基因组芯片及宏基因组芯片来实施研究。除此之外,基因芯片还被广泛的应用在多个领域当中,包括食品、药物、机械、航天、农作物等内容。当前阶段的基因芯片技术已经有了不小的发展,在一些领域中也有了很多的应用,但是依然存在着不少的难题需要解决,比如说成本高、灵敏度较低、重复性差、操作复杂等问题,需要对这些信息进行积极的解读。

4 分子生物技术的应用

4.1 分析生物的多样性

自然环境中存在着大量生物种类,由小到大数量也非常多,其中也包含着大量的微生物。在当代工业不断发展的影响下,环境污染的问题变得日益严重,使得环境问题也成为大家普遍关注的话题,要想对环境进行详细的了解,需要从环境上入手,做好对生物群的研究,只有这样才能更好的实现对环境的保护。将分子生物技术应用在土壤、水体当中,可以实现对其中微生物多样性的分析,也能对环境工程构筑物中的微生物进行定性和定量的检测,通过这样的方式来为环境工程中的构筑物设计提供参数和工艺操作的依据,并为其维护工作提供更为强有力的支撑,同时为各种工艺所发生的反应来提供更多的参考和依据,避免出现问题。

4.2 降解环境污染物

在现代经济的不断发展影响下,工业化的水平也随之不断强化,同时也导致污染化的问题越来越突出,使得污染问题成为当今世界上都在重点关注的内容。污染物产生会给人们整个生活和工作环境都造成不利的影响,也会在很大程度上影响到人们的生存健康性。当今时代的诸多污染物都是由大量化学品导致,使其难以降解,并且无法得到很好的处理,因此需要研制出更多现先进的处理技术。分子生物技术的出现和发展能够在污染物的降解工作中提供更多的应对方略,不仅能够对当今时代的发展需求进行满足,也能让降解效果得到更好的提升,已经成为人们重视的重要内容。对于已经受到污染的水体和土壤来说,采用微生物无公害的方式来实现降解是未来环境工程治理的重要发展趋势,对构建环境友好型社会具有重要的促进性意义。

4.3 水处理中的应用

微生物絮凝剂是由微生物菌体内外分泌的生物大分子组成,并且还带有电荷。在对相关的研究进行观察和分析之后可以看出,微生物絮凝剂对于生活污水及工业废水的COD及SS的去除率都比较高。将其与铁盐、铝盐等化学药剂进行比较可以看出,微生物絮凝剂可以在活性污泥中产生更为强烈且高效的絮凝作用,它所产生的沉淀也更为容易过滤。对于已经经过絮凝作用的残渣来说,可以通过生物降解的方式来进行处理,不容易出现二次污染的现象。从上述内容就可以看出,采用微生物絮凝剂的方式来进行水处理,可以发挥出高效且无毒的重要优势作用。

4.4 土壤修复的应用

土壤生物修复技术具有环境友好、成本低、可原位处理等多种优点,已经成为当前阶段需要重点研究的热点内容。有益的微生物一般都可以利用自身的代谢作用来实现对土壤中有机污染物的分解,它所分泌的有机酸、铁载体等物质可以让重金属转化成为无害化的状态。除此之外,根际微生物能够对植物的生长产生重要的协助作用,这对土壤修复具有重要的促进性作用。通过对分子生物技术进行利用,可以实现对菌种的筛选,选出具有高效代谢能力的菌种。同时还能实现对微生物修复过程中群落动态变化的观察,能够让土壤生物修复的机理可以得到进一步的了解,让土壤生物技术可以在实际中得到更为优化的应用。

4.5 石油降解中的效用

现代工业正在不断发展,与此同时的能源消耗量也变得越来越大。但是在工业发展的过程中,污染问题已经成为必须要关注到的重要问题,想要实现可持续化的发展,必须要进行生态环境的保护和改善。目前的分子生物技术正在快速发展,将其应用在环境污染治理当中,可以获得更好的降解效果。目前的石油污染会涉及多个方面的内容,这些问题如果不采用合理的措施进行处理,就会给自然环境和人类社会产生很大的影响。为了对石油污染的问题进行更好的解决,需要进行更加深入的研究,通过积极的探索来让石油污染得到更好的降解。分子生物技术比其他技术具有更好的优势性,不仅处理成本低,操作相对简单,而且具有非常强的降解效果,不容易产生二次污染的问题。将分子生物技术应用在石油污染治理当中,可以对石油企业的发展产生重要的促进性作用。

5 结语

综上所述,环境工程中微生物是微生物学中的重要组成部分,分子生物技术在其中的应用不算太为广泛,因此需要对其相关研究进行关注。所谓的分子生物技术主要是分子水平上出发来对微生物种群的特征和分类进行分析,通过采用多种是生物反应机理来更好的认识环境微生物的遗传特性,为其应用效果的提升提供更好的依据。现代分子生物技术的应用可以更为深入的探究微生物的多样性以及微生物与污染物之间的关系,同时也能让检测结果更为准确和可靠,同时也能高效快速地降解有机污染物,必将会给环境工程微生物学的发展带来一场革命性的变化。

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