2018分子生物技术在水和废水处理中的应用
摘 要：随着我国经济的发展水资源变得越来越重要，与此同时水资源也变得越来越稀缺了，这其中很大部分的水资源都是被污染而白白浪费的。不只是城市，如今农村地区的水资源污染问题也是异常严峻。因此，对废水的处理再利用已经迫不及待。而如今，随着科技的发展我们已经有了很多新技术来进行废水处理，这其中分子生物技术就是一种很有效地处理方式。本文就分子生物技术在水和废水处理中的应用进行阐述和初步的分析。http://
关键词：分子生物技术 废水处理 环境保护
分子生物技术就是通过蛋白质、核酸在分子水平上的研究，掌握其性质，利用其性质在分子结构水平上操作从而达到人们对生物的改造获得人们所需要的产物。分子生物技术主要用于重组蛋白的生产、基因改造物种、基因治疗、基因改造及刑事案件的断定、环境保护等。
与环境污染物相关的分子生物技术
PCR-DGGE技术及其相关技术
PCR是一种利用脱氧核糖核酸(DNA)半保留复制原理,在体外扩增位于两段已知序列之间的DNA区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。运用PCR-DGGE技术处理染织废水、酶制剂废水和红霉素废水，首先测定三种废水样品处理不同阶段生理生化性质指标:pH、COD、TP(总磷)、硫化氢含量、氨含量、色度变化规律。结果显示,三种废水样品整个处理过程中pH变化波动较大,COD、TP(总磷)、氨含量、硫化氢含量和色度五个指标呈逐渐下降的趋势。处理前染织废水、酶制剂废水和红霉素废水三种样品PH值分别是8.02、7.88和9.44；COD分别为179 mg/L、500 mg/L和350 mg/L；TD含量分别为4.22 mg/L、9.15 mg/L和8.56 mg/L；氨含量分别为41.33 mg/L、93.14mg/L和108.02mg/L；硫化氢含量分别为2.12 mg/L、1.89 mg/L和1.66 mg/L；色度分别为338倍、325倍和513倍。三种样品处理后期,pH分别变为7.68、7.53和7.38; COD分别降为145mg/L、253 mg/L和232 mg/L; TP含量分别降为2.083 mg/L、6.21 mg/L和6.20 mg/L;氨氮含量分别降为13.87 mg/L、58.05 mg/L和61.12 mg/L;硫化氢含量分别降为1.33 mg/L、0.52 mg/L和0.46 mg/L;色度分别降为124倍、145倍和323倍。结果可以表明运用PCR-DGGE技术可以有效的改善这三种废水样品的品质。
FISH技术
FISH 技术利用荧光标记的探针在细胞内与特异的互补核酸序列杂交,通过激发杂交探针的荧光来检测信号荧光探针比放射性探针更安全,具有较好的分辨力, 不需要额外的检测步骤。近年来,由FISH 技术具有灵敏便捷等优点, 迅速发展完善成为研究环境微生物的有力工具此外,可用不同激发和散射波长的荧光染料标记探针, 在一步反应中同时检测几个靶序列。该技术主要包括试样固定、预处理、预杂交、探针和试样变性、杂交、漂洗去除未结合的探针、检测杂交信号等步骤。由于16srRNA 具有遗传稳定性, 因此成为FISH 技术检测最常用的靶序列。
1.3基因重组技术
基因重组技术是从供体生物的基因组中通过酶切扩增等手段获取目的基因, 与载体连接形成重组D N A 分子, 再导入到受体细胞中, 让外源基因得以表达。在已经分离出的许多菌株中, 与降解能力有关的基因多在质粒体上由于质粒很容易在细菌的繁殖过程中遗失, 对细菌降解能力的长期稳定非常不利, 可将其与污染物降解有关的酶基因重组到大肠杆菌等微生物中进行表达, 以此构建的各种生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治理修复或发酵某些废弃物。
1.4 生物信息学
20 世纪后期, 生物学的迅猛发展, 从数量上和质量上极大地丰富了基因组数据库、蛋白质数据库、酶数据库和文献数据库等许多生物科学的数据资源。已有多个国家和国际科研组织建立了生物信息数据库。科学家利用计算机及生物信息分析软件分析这些数据资源, 确定大分子序列、结构、表达模式和生化途径与生物数据之间的关系, 区分生物个体间遗传差异, 揭示D N A 多样性。
2分子生物技术水处理药剂中的应用
分子生物技术水处理药剂中主要应用于杀生剂和絮凝剂，我们这里主要讲一下在絮凝剂方面的应用。
生物絮凝剂是利用生物技术通过细菌、真菌等微生物培养而制成，这种絮凝剂不仅可提高被絮物质的沉降性，而且对环境无二次污染。
2.1 微生物絮凝剂的分类。国外对微生物絮凝剂的研究始于20世纪70年代，我国则起步较晚，微生物絮凝剂包括以3类。
2.1.1 直接利用微生物细胞的絮凝剂。1976 年J ? Nakamura等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等214 种菌株中筛选出19 种具有絮凝能力的微生物，其中霉菌8 种，细菌5 种，放线菌5 种，酵母菌1 种。随后，国内外的研究有不断地的发现直接利用微生物细胞的絮凝剂。
2.1.2 利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。如酵母细胞壁的葡萄糖、甘露聚糖、蛋白质和N 一乙酞葡萄糖胺等成分均可作絮凝剂。1985 年.H.Takagi 等人研制了拟青霉素微生物生产的絮凝剂，用乙酞沉淀和凝胶色谱法精制得到了称为PF101 的絮凝剂。
2.1.3 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。1991 年K ? Toeda和K. Urane 从上壤中分离山一株苹兰式阴性菌――产碱杆菌AL201，该菌在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质。 Y.Bar和N.Shilo 发现一些海底蓝细菌(蓝藻)如Pcc6720 和J -1 能产生数量可观的胞外絮凝体
2.2 絮凝机理
微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子，关于它的絮凝机理目前提出和为人们所接受的主要有以下几种，其中以桥联机理学说接受度最高。经试验表明用絮凝剂TH6处理生活污水，其COD和SS的去除率分别可达到68%和91%；如在焦化废水悬浊液中，加入 Alcaligenueslatus 培养液，沉降后上清液的固体悬浮颗粒去除率可达78 9%；用微生物絮凝剂普鲁兰来处理味精生产废水，其COD和SS的去除率可达到40%左右，其浊度去除率可达99％；以硫酸盐还原菌培养液为净化剂，可使电镀废水中的Cr汁质量浓度下降88％等等。可见，微生物絮凝剂具有很大的用途。
2.2.1“桥联作用”机理。絮凝剂借助离了键、氢键，同时结合了多个颗粒分子，因而在颗粒中建起“中间桥梁”的作用，把这些颗粒连接在一起，从而使之形成网状结构沉淀下来。有实验表明，絮凝剂絮凝膨润土过程时，通过测定等温线和Zeta 电位发现絮凝剂确实是以“桥联方式”絮凝的。
2.2.2“电性中和”机理。水中胶体一般带有负电荷，当带有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近这种胶粒时，将中和其表面的部分电荷，使胶体脱稳，从而使胶粒之间、胶粒与絮凝剂分子之易产生互相碰撞，通过分子间作用力凝聚而沉淀。许多实验中加入金属离子或调节pH即可影响其絮凝效果，主要就是通过影响其带电性而起的作用。
2.2.3“化学反应”机理。生物大分子的某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生了化学变化，聚集成较大分子而沉淀下来，通过对生物大分子改性、处理、使其添加或丧失某些活性基团，其絮凝活性就大受响。有些学者认为这些絮凝剂絮凝活性大部分依赖于活性基团。温度影响絮凝效果，主要通过影响其化学基因活性从而影响其化学反应。
2.3 微生物絮凝剂的特点
2.3.1 比表面积大、转化能力强、繁殖迅速、分布广。由于微生物絮凝剂的来源广泛，这样，微生物絮凝剂的生产周期会非常短且效率高。
2.3.2 高效无毒。同等用量下，与现在常用的铁盐、铝盐和聚丙烯酰胺相比，微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝效果速度最高，而且絮凝沉淀容易过滤。微生物絮凝剂是微生物菌体内菌体外分泌的生物高分子物质，属于有机高分子絮凝剂，安全无毒。
2.3.3 消除二次污染。微生物絮凝剂是微生物的分泌物，自然不会危害它本身，不会影响水处理效果，且絮凝后的残渣可生物降解，对环境无害，不会造成二次污染。
2.3.4 应用范围广、脱色效果独特。微生物絮凝剂能处理的对象有活性污泥、木炭、粉煤灰、墨水、泥水、河底沉积物、高岭土和印染废水等。而且，微生物絮凝剂对悬浊液絮凝速度快、用量少，对胶体、溶液均有较好的絮凝效果，对富含有机物的屠宰废水和血水也有较好的去色效果。不足之处在于微生物絮凝剂的效果容易受到有毒物质的干扰，因此，被处理的废水中必须无妨碍菌体生长的因素。
结语：分子生物技术作为一门新技术，不仅在水处理上具有很大的前景，而且对其他领域也会有有很大的益处。人们对它的兴趣也日益增强，我相信，随着科技的发展分子生物技术必将能更加造福于人类。
参考文献：
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张洪勋, 王晓宜, 等. 微生物生态学研究方法进展。 生态学报, 2003, (5): 988~ 995
覃拥灵分子生物学技术及其在环境污染治理中的应用研究进展。河池学院学报,2005,25(2):24-29
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。2390
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