本站原创摘 要 ： 聚合酶链式反映和变性梯度凝胶电泳相结合的方法（以下英文简称：PCR-DGGE）逐渐应用于各个领域,使用范围也越来越广.我国在该领域起步较慢,但是,也逐渐被大家重视、研究并加以利用.本文就该技术在环境工程领域中的应用和前景进行分析.
Abstract： Polymerase chain reaction and denaturing gel gradient electrophoresis method （hereafter abbreviated as PCR-DGGE） is getting a larger range of application. China has a slow start in this field but it is still gradually taken seriously and researched and applied by people. This paper analyzes the application and prospect of this in the field of environmental engineering.
关 键 词 ： 环境工程；DGGE技术；污水处理
Key words： environmental engineering；DGGE technique；sewage treatment
中图分类号：X32 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0100-02
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基因工程是现代生物技术最为核心的内容,属于DNA的重新组合技术,也被称为遗传工程.该技术自问世以来已经在诸多领域被广泛研究和应用,这其中就涉及到环境工程.技术核心原理是一系列的DNA重组、拼接,实现该技术是在研究对象的细胞之外进行的.其目的是通过人为干涉来改变基因的组成.合理的使用该技术,能产生原有物质本身不具备的特性；产生新的物种；合成能力更加强大.基因工程技术已经在环境项目中得到较好的应用,取得了相应的成果.
1.DGGE实现的基本原理
DNA指纹技术就是变性梯度凝胶电泳技术.属于众多的多态性分析技术中的一种.研究对象的DNA使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶进行电泳,所使用的凝胶能有针对性的解链PCR的扩增产物.由于DNA虽然长度相同,在碱基序列上却存在很大的差异.在DNA进行电泳时,双链的解链所需要的变性剂浓度不同.在相应的变性剂浓度下序列不同的DN段发生变性,产生其空间构型上的变化.双链DNA在开始的时候会以线状移向正极,当变性剂浓度逐渐增加后,G+C含量低含量的序列的部分会逐渐被打开,G+C高含量的部分仍然是双链状态.一旦DNA的双链解链后,其分子端部的叉状、中间的环形会发生部分熔化.此时,点用速度在聚丙烯酰胺凝胶中将会急速降低甚至停留在相对应的变性计对应的位置.经过染色之后以分开的条带形式呈现于凝胶之上.以上步骤可实现同长但有序列差异的DAN分子有效分开,形成变性的梯度主要用尿素和甲酰胺.
2.DGGE技术在环境工程领域中的应用
PCR-DGGE技术能有效的避开传统微生物技术的局限性.当DGGE技术进入环境工程的微生物生态领域之后,这种新生技术很快变为研究微生物群落结构最主要的技术手段之一.在活性污泥与生物膜等生物处理系统中,微生物具有多样性.在进行相关的检测、微生物鉴定以及种群演替研究的时候,DGGE技术已被广泛应用.
2.1 污水生物处理中的应用方法 污水微生物群在CR-DGGE技术改变下与既有技术有很大差异,在这个过程中研究人员有了新的认识.
污水中的好氧细菌群落结构和功能在温度升高时会发生很大变化.运用DGGE技术我们可以分析出,不同温度环境会存在不同的细菌群落.
在同等的工作环境下,使用PCR-DGGE技术,跟踪分使用低温菌、常温菌分别接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构,进行及时动态观察.在相同工艺条件下,对低温菌群与常温菌群进行相同的操作,结果是：产生的微生物群结构有很强的相似性.随着时间的推移,这两类菌群在结构上的相似度越来越强.
去除污水中的氨和氮主要使用硝化方法.在这种硝化作用过程中氨氧化细菌负责将氨氧成亚硝酸盐.这种实现亚硝化作用过程是硝化过程中重要的步骤.所使用的氨氧化细菌具有生长速度低、相对生物种群较少的特点.传统的细菌分离、培养、分析方法,会消耗工作人员大量的时间.采用PCR扩增16SrDNA、功能基因并且随机克隆测序等相关技术手段.在高浓度氨氮废水处理系统的不同时间,分析并且处理活性污泥样品、氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性.御用PCR-DGGE相结合的技术,针对样品将总细菌群进行差异性研究.实验证明,PCR-DGGE技术可以使我们更为深入、全面的了解氨氧化细菌的类群及其相关功能.
应用PCR-DGGE工艺对城市污水处理与完全混合的传统式处理工艺进行了相关的实验对比.在同一反应器的不同位置,微生物群的分布、不同工况下的微生物种群结构进行了相关的分析、研究.研究表明,这两种污水处理工艺中的微生物种群都具有很强的多样性,区别是：两者种群的结构差异巨大.
采用生物滴滤反应器与生物滤池处理相同的污水,然后采用PCR-DGGE研究不同反应器或反应器的不同位置中氨氧化细菌菌群的组成.种群对反应器的形式或者位置的差异没有任何依赖性,不会随这些因素变化而变化.
2.2 PCR-DGGE技术在废气生物处理中的应用 生物滤池与生物滤塔是处理臭味、异味行之有效的好办法,这种生物过滤技术可以对恶臭与挥发性油剂废气体很好的遏制,从而该技术能够很快的推广.
在除臭生物滤池中较强酸性与中性两种不同运行环境下,运用PCR-DGGE技术研究,可以发现：微生物种群的多样性与生物种群结构上发生的改变.利用扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区,运用相关技术分析滤池内的种群变化.回收有研究意义的DN段,与PCR测序、T载体克隆测序有效的结合.最终确定众多种群中的优势菌群.微生物对强酸性环境有很大影响；中性条件下的微生物种群更为丰富.此外,滤池的层次上的差异,也导致了种群空间分布的差异性.实验证明,除臭过程中硫氧化细菌占有相对明显的优势.
影响生物滤塔处理效率以及反应器的稳定运行的主要因素是塔中的微生物种群的结构,以及微生物的多样性.我们可以采用DGGE技术,对处理含氨废气的生物滤塔中的微生物进行多样性研究.随时间的推移,对反应器不同填料、不同时期微生物多样性比对研究.证明：微生物的多样性与反应器运行时间的长短有直接关系,随着时间的不断延长其多样性会有所降低；将填料方法进行对比可知：如果是堆肥填料,其微生物多样性更为丰富,反应器也能达到很好的效果.
2.3 PCR-DGGE技术在污泥生物处理中的应用 污泥的稳定化在污泥处理过程中是一个相当重要的过程.在此过程当中,微生物的稳定对于整个污泥系统的稳定起到了至关重要的作用.专家们采用DGGE指纹图谱技术,研究污泥堆肥工艺中的细菌种群动态变化和种群的多样性.研究证明：生物法污泥堆肥时间不大于8d.采用DGGE指纹图谱与相似性系数Cs值对污泥堆肥各工艺环节样品进行相关分析,可以发现,反应时间的持续,导致了微生态结构的Cs值逐渐增高.这说明：微生物种群结构会逐渐趋于稳定状态.污泥微生态种群可以迅速进行选择,进而调整内部细菌种群数量和结构.
采用PCR-DGGE技术,可以科学、直观的研究出环境中细菌群落及多样性.我们需要避开DGGE技术的先天缺陷,这就需要我们的科研工作人员,在该领域继续加大研究力度,为环境工程做出更大贡献.