环境工程毕业论文-分子生物学技术在环境工程中的应用

分子生物学技术在环境工程中的应用摘要微生物技术是在多种学科上面相互紧密交叉的一门应用学科，对环境污染修复技术方面的发展具有重要的推动作用。本文主要介绍目前常用的分子生物技术，分析分子生物技术在水、土壤、恶臭等方面的应用，明确分子生物技术在环境工程微生物修复治理工作中的重要性，为在下一步的分子生物技术的研究提供一个良好的契机，也为在环境工程的工作取得良好的效果而做好各项准备工作。关键词：分子生物技术；微生物领域；环境目录TOC\t"1级标题,1,2级标题,2"\h\u1783摘要 引言随着农业、工业技术的发展和生产力的提高，一大批具有新的物理特性、化学特性和生物特性的新物质被开发和使用，给人类带来便利的同时，对人类环境也造成了不良影响。另外，一些污染物在环境中还会进行生物重组，一些有毒物质的致突变性、致畸性和致癌性已经严重威胁到人民的健康和生命。常见的如甲醛。原有的治理技术已经难以满足现代环境工程的发展需要，此时分子生物技术被引入到环境工程中，为处理这些环境问题找到了新的突破口。分子生物技术以DNA技术为先导，在解决这类环境问题中具有自己的独特优势，正逐步取代原有的环境污染治理方式，二者的结合成为环境工程领域的研究和实践的重点，分子生物技术在环境工程中的应用，必将推动环境治理、环境保护和环境管理水平向更高的台阶迈进。微生物学、环境保护学、环境工程、环境监测等这些互相关联的学科相互作用相互渗透，逐渐形成了一门新的学科体系，即环境工程微生物学科，这一学科是微生物领域中的重要的组成部分。在这一新兴的学科中涉及很多新的需要研究的问题，分子生物技术作为一项新的技术被引进到这一新兴的学科中来，并在环境的净化和监测上发挥着无比重要的作用，但是如今应用的还不是很广泛，技术能力也有待提高，所以在分子生物技术的应用和发展上，一些必要的投入和技术的借鉴成为发展的途径。2与环境工程相关的分子微生物技术2.1PCR核酸技术PCR是一种利用脱氧核糖核酸半保留复制的原理，在体外扩增位于两段已知序列之间的DNA区段，从而得到大量复制的生物技术，其应用在整个行业牛最为广泛。PCR技术主要分为以下三种：PCR一SSCP技术、PCR一DGGE技术以及PCR一RFLP技术。(l)PCR一SSCP技术主要通过利用银染法以及芡光的检测技术等，对SSCP凝胶DxA谱带进行详纽的分析，应用这种技术进行分析，能够简化测试的试验步骤，比较方便且精准；(2)PCR一DGGE技术是按照一定顺序检测生命物质碱基，获得变性试剂解链不同的内容物质反映，对样本进行检测，从而达到研究目的；(3)PCR一RFLP技术主要是利用限制性核酸内切酶的特性进行样本分析，在基因组上寻找多态性位点，从而揭示个体或群体间遗传变异或评估种间亲缘性关系的一种分子标记技术。2.2荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术是目前单个细胞水平上分析微生物群落结构的常用分子生态学方法，根据目前已公布的、定位在不同分类等级的rDXA分子的特定位置，设计以rDNA为靶点的寡核苷酸探针，然后用荧光标记探针，用于原位鉴定单个细胞。目前可利用此方法，使用一整套特异的寡核苷酸探针可进行单个细胞的快速分类。2.3基因重组技术此技术是利用DNA体外扩增或重组技术把需要的基因或DNA片段从供体生物基因组中抽取分离，或通过人工合成的方法获取基国，并经过一系列的切斟、加工、修饰、连接反应产生重组的DNA分子，再将其导入适合的受体细胞，从而获得基因表达的过理。3分子生物学技术3.1核酸探针检测技术该技术主要利用已知核苷酸片段作探针，来研究分析对象DNA序列和片段长度的多态性，灵敏性和特异性较高。目前在环境工程中的应用，主要体现在分析环境中的微生物，可对环境中微生物的存在、分布等特性进行研究。3.2酶免疫测定技术酶免疫测定技术主要测定免疫反应足否存在，引入特定的酶作为一种示踪物，酶与共价键连接形成酶结合物，再加入底物，就能通过颜色的变化来判断免疫反应是否存在，该技术灵敏度高、选择性好、准确实用。在环境工程领域也应用比较广泛，如监测致病菌、农药等。3.3免疫金标技术免疫金标技术也足一种污染物检测技术，该技术具有操作简单、成本较低、特异性强、检测时间短等优点，在污染物检测领域应用广泛。3.4PCR技术PCR(POIvmeraseChainReac廿on）即聚合酶链式反应，在体外复制DNA的过程，使DNA体外合成放大，同样具有特异性强、灵敏度高的优点。相比其他污染物检测技术，它的优势是能够检测大量平行的样品．3.5基因重组技术对DNA分子进行重组，再转入受体细胞，使得相期望的基因获得表达。该技术在微生物方面使用广泛，例如可以重组成降解性增强的细菌用于污染物的降解和环境的修复。3.6分析微生物的多样性在自然界的环境中存在着大量的生物种类，由大到小多得不可计数，平时我们大多注意到的是那些可以用肉眼看得到的生物，体积上庞大的，体积上中等的，还有用肉眼看都觉渺小的。当然千奇百怪的生命在自然界广泛存在，肉眼所不能及的生物也充斥在我们周围。我们熟悉的泥土、生物膜、河流的底泥、污水、废气等等都蕴含着大量的微生物。如今随着工业的发展，环境污染逐渐严重，环境问题也随之成为大家普遍关注的话题，要了解环境首先要从环境的生物群上进行研究，要想治理环境就要从环境工程的微生物群种中进行研究，因为微生物在环境中起着非常重要的作用。很多的专家学者致力于环境工程微生物的研究，并取得了一定的成果：如明镇寰等曾利用MPNZPCI之法对微生物群种中的硝化细菌进行检测分析，并取得一定成果；一些专家还对活性污泥有了一定的探索，首先准备一种特定的反应器，放入具有一些特定功能的活性污泥，在污泥中提取相应的微生物群，通过运用以上所述的分子生物技术，总结得出活性污泥中的微生物具有除磷的功效；还有部分外国的专家学者对厌氧的生物膜产生了兴趣，并利用分子生物技术做了分析研究，结果不仅发现了厌氧活性污泥中微生物具有多样性，还揭示了这些生物具有不同的作用，对微生物环境具有不同的反应机理；垃圾是人们在生产生活过程中产生最多的废弃物，对垃圾的微生物处理成为专家们主要的研究课题和热议的主要内容，专家黄立南就对垃圾填埋场的渗滤液进行了研究，在垃圾的渗滤液中利用以上所述的分子生物技术进行微生物种类和相互的作用的研究，发现了微生物环境中存在着多种多样的功能不一的生物群落，其中在掩埋的垃圾中起着分解垃圾废弃物的最主要的作用。通过这些研究揭示了分子生物技术在污泥、生物膜或者垃圾填埋物中的微生物群的多样性和丰富度，对环境工程微生物领域的发展提供了更加强有力的支持，为其他的环境变化的反应机理提供了相应的理论依据。3.7降解环境污染物随着现代经济的发展，工业水平的不断加强，环境的污染问题也越来越显著，污染废弃物的降解和处理成为了当今环境问题的重要内容。这些污染物的产生使得我们的整个生活和工作环境遭到严重破坏，不利于人们的健康生存。如今的污染物因为大量化学产品的出现变得难以降解，处理起来非常困难。所以研制新型的处理污染物的方法迫在眉睫，分子生物技术的出现和发展为这些难题的解决提供了一定的策略，渐渐地引起人们的重视。如今利用分子生物技术来进行环境的治理和保护成为时代发展的要求，并且利用微生物修复降解污染物，对受到污染的水体或者是土壤进行治理已经越来越表现出重要性和迫切性。不少专家和学者开始在自然界的微生物环境中寻找具有降解效益的微生物种群，渐渐地把解决环境污染的工作由化学物品的使用向微生物无公害的产品降解方法上转变。并且如今的现实问题让我们注意到环境中存在着一些传统的方法造成的不理性的虽然达到降解目的，但是却破坏了生态平衡的现象。所以为了适应环境的修复问题，要对具有较强降解能力，但是很难养的微生物进行全面的了解，并筛选更多的具有重要作用的微生物群种。对各种各样的细菌的基因的分布和表达进行了解，从生态水平上认识分子生物技术在环境污染问题上的重要作用。3.8石油降解研究中的效用现代工业呈现出以往无法比拟的发展态势，能源的损耗也百倍于以前的速度但是有发展就有污染是不可避免的事实，为了贯彻可持续发展政策，进行生态环境的保护和改善，进行环境污染的治理成为工业．发展过程中最常见的善后工作流程。目前分子生物技术快速发展，也渐渐涉及到环境治理的领域中来，其中石油污染是环境污染治理中最困难的一项，把分子生物技术应用到石油降解的工作上来是时代的要求，也是时代的进步。目前石油的污染主要有：石油工业的工业废水的排放、海上油船的泄漏、日常生活中石油化工用品的废弃等，在污染生活环境的同时对自然界中的生物和人类本身造成了巨大危害。为了更好地解决石油污染问题，研究人员不厌其烦地进行广泛而深入的研究，并积极寻求可靠、经济又有效的治理方法。在所有的设计方法中，分子生物技术相对来说具有其他技术所不存在的优点比如降解效果强、处理成本低、操作相对简单，不会产生二次污染等，使其在众多的技术中脱颖而出，受到专家和学者的一致好评，并大力地进行研究，把分子生物技术应用到石油的污染治理上，大幅度促进了石油企业的发展，也使分子生物技术在石油的产业链中占据了一定的地位和作用。3.9其他技术生物芯片技术和生物传感技术也是分子生物学的重要技术，其中生物芯技术主要用于建立环境样品基因表达谱芯片等方面。生物传感技术主要用于环境毒物的检测和评价等环境工程领域。1）水污染治理工艺需要持续完善。好氧及厌氧工艺相融合、无公害化的生产工艺过程乃至特殊功能的微生物培养分析等层面成为未来需要努力的方面。2）研发难降解污染物处理技术。医疗废物、橡胶制品以及塑料等一些均为难降解的污染生物工程技术在环境保护中的应用物，研发这些技术成为当前生物技术发展的一个主要方面。3）生物传感器的研制。生物传感器能够自动执行连续监测，分析环境污染的发展形势，探寻环境内的污染物变迁乃至降解规律，查询出污染物突变的原因，了解污染物的来源，以此令环境检测更为灵敏、便利。4）与其他技术的结合。生物技术的发展无法脱离科学技术，与其他相应科学技术的融合能够提升处理的效果，提高处理的效率。4分子生物技术的应用工业的高速发展极大地促进了我国经济的增长。然而，工业污染已对我们正常的生活环境及个人健康造成了不可忽视的影响。分子生物技术应用对环境污染的修复和治理成为现今行业的关注热点。4.1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，并带有电荷。相关的研究表明，微生物絮凝剂对生活污水及工业废水的COD及SS的去除率可分别达到68％和91％。相比铁盐、铝盆等化学药剂，微生物絮凝剂对活性污泥所产生的絮凝作用更高效，其产生的沉淀也更易过滤，且絮凝后的残渣可生物降解，不会造成二次污染。由此可见，微生物絮凝剂具有高效、无毒的优点。4.2土壤修复中的应用由于土壤生物修复技术具有环境友好、成本低、可原位处理等优点，因此成为了目前的一个研究热点。有益微生物可通过自身代谢分解土壤中的有机污染，其分泌的有机酸、铁载体等物质能使重金属转变为无害的螯合态。此外，根际微生物还能协助值物生长，促进超富集植物对土壤的修复效果。通过分子生物技术筛选具有高效代谢能力的菌种，并观察分析微生物在修复过程种的群落动态变化，可进一步了解土壤生物修复的机理，建立土壤功能微生物资料库，促进土壤生物技术在实际应用中的优化。4.3臭气处理中的应用微生物的代谢作用可把臭气分解成硫酸盐、C02、H20等无害无味物质，特别适用于堆肥厂、污水处理广、垃圾填埋场等环境卫生处理设施的臭气治理。目前常用的生物除臭工艺包括过滤除臭、摘滤除臭、曝气式除臭以及洗涤式除臭。分子生物技术已广泛用于分析臭气处理设备中微生物代谢功能及群落的变化。通过扩增除臭细菌某基因的可变区，并结合相关的分子生物技术，观察除臭生物装置中的微生物的多祥性、丰度及代谢功能在不同pH、碳源或其他制约条件下的变化，可筛选出最有利的菌种。因此，分子生物技术的应用对臭气治理具有非常重要的意义。4.4生物技术在废气净化中的应用生物技术已经长期使用在水环境治理当中，可是在废气治理中时间较短，研究也十分有限。在20世纪80年代末，生物技术在工业废气净化中的运用已经变成诸多学者分析的重要所在。目前较为成熟的废气生物处理方法与传统处理方法对比，具有诸多优点。4.5生物技术在固废处理中的应用固废指的是城市中的生活垃圾、污泥乃至工农业的生产废物等。通过生物技术，可以把固体废弃物通过无害化、资源化、减量化进行解决，以便令其可以用在农业生产当中，以此真正变成以废为宝。通常生活垃圾堆肥工艺能够分成好养堆肥以及厌氧堆肥两种，而当前最为推崇的则为高温好氧堆肥工艺。透过高温好氧堆肥工艺获得的腐熟肥料可以将土壤进一步改良，提升肥效，令城市生活垃圾资源化，最终保护环境。4.6生物技术在土壤污染治理中的应用在治理土壤污染时，生物技术大多使用在修复重金属污染当中，也就是通过微生物乃至植物的作用，净化和消减土壤内的重金属，从而减少毒性。透过生物作用，将土壤内的重金属变成化学形态，以此令重金属固定或降解，透过生物吸附的方式，提升有机质的含量，令生态结构获得改善，从而对土壤的固定尤为有利，以免水土流失。4.7对石油降解方面进行分析研究石油的成分复杂，包括一些对微生物有毒害的物质。因比，如何鉴定、筛选、培养具有离效降解能力的茵种成为石油污染物生物处理技术的关键。为了更好的解决石油的污染问题，需要相关研究人员在分子生物与石油污染进行深入细致的研究，并积极寻找有效可行的治理方法。分子生物技术在环境工程方面，主要具有环境治理效果好、无副作用、成本较低等优点。由于分子生物技术的众多好处，得到了各方面的广泛认可，使得这项技术在我们行业的发展上起到了重要的作用。4.8在环境监测中的应用分子生物学技术在环境监测中应用广泛，很多分子生物学环境监测技术具有检测时间短、特异性强、成本低等优势。例如已经应用比较成熟的酶联免疫技术，针对环境中的农药及其代谢物，开发出了针对主要农药物质的酶免疫试剂盒，如二恶英、多氯联苯、抗菌素等。能够快速监测出环境中的农药残留，另外分子生物学技术还能够快速监测和测定环境中的致病菌。4.9在环境污染防治中的应用分子生物学技术在污染防治中的作用主要是利用DNA重组技术，重组出能够用于环境防治的微生物。目前已经开展了针对农药残留的可降解的研究。现在主要研究方向为具有高效净化能力的的微生物种类及菌株的寻找分、离、筛选。或者通过基因重组技术构造出满足环境治理需求的微生物和菌株。4.10在环境保护中的应用先污染后治理的路子已经证明是一条不可行的道路，因此从环境污染的治理应转移到环境污染的预防上，防治结合，预防为主。通过分子生物学技术可以代替一下原有具有环境副作用的生产类用品，如农药等。实现清洁生产。例如微生物农药的兴起，分子生物学技术为环境保护提供了更多选择。4.11检测环境中的致病菌和指示微生物在环境中，致病菌是一定存在的，近年来，随着空气污染的加剧，致病菌的数量不断地增多，通过空气、水、土壤等介质的传播，导致人类患上各种疾病，比如2003年的SAI侣，进而产生非常严重的影响。在环境工程中，污水处理完成之后，在进行指示微生物时，通过大肠杆菌来实现。在不同的环境中，微生物的多样性和种群是不相同的，为了对其进行分析，采用了PCI之一DGGE技术与16SrRNA基因相结合的力、法，分析结果表明，在传统的微生物培养中，很多微生物种群是无法进行检测的，对此，应用了PCI之扩增技术，再次进行检测，这样一来，检测的效果得到显著地提升，同时，所需的检测时间也比较短。4.12分析环境工程微生物种群的多样性和丰度一般说来，微生物会生存在污泥、生物膜、土壤等物质中，而且生存的数量是非常多的。在对微生物种群的多样性进行分析时，同样应用了分子生物技术，首先，对地下水微生物进行收集，同时，在陶瓷表面上让其形成生物膜，通过PCI之一SSCP技术，将微生物种群的多样性分析出来；其次，对微生物种群的结构进行分析，分析时，应用了测序技术，并通过16Srl俐A的抽取来完成。通过分子生物技术的应用，有效的对生物膜、污泥等物质的微生物种群多样性和丰度进行了分析，在定性检测与定量检测充分结合之后，有效的支持了分析的结果。4.13培养环境工程功能微生物随着化学工程的发展，化学工程也逐渐的实现了现代化，在进行有机化合物的合成时，复杂程度提升，同时，排入环境的物质可降解性越来越差，这样一来，环境中的微生物就无法实现有效降解，进而对环境造成污染。为了避免环境污染的发生，提升微生物的降解能力，应用了DNA印迹技术，同时，通过分子生物技术的应用，进行了微生物的培养，培养出来的微生物具备环境工程功能，能够有效且快速的实现降解，进而有效的保护环境。5结语我国现今所面临的难题是，如何降低对环境的污染，如何能够进一步改善我们现在的生活环境。环境工程生物修复技术作为目前行业的热点，而分子生物技术俨然已成为环境工程微生物不可或缺的研究手段，这同时也在另一个层面让我们充分的认识、理解到分子生物技术在环境工程中的重要性。分子生物技术的研发与应用是我们在环境保护中的前沿阵地，我们在不断的分子生物研究中进行发掘和创新，为我们的环境工程事业做好有力的技术支持，同时也为我国在环境保护放慢做出重要的贡献。分子生物学技术在很多国家作为战略新兴学课，已经被用于很多领域，在环境工程方面的应用是其应用的重要方面，目前主要在环境监测领域应用的比较成熟，虽然分子生物学技术具有诸多优势，但随着转基因生物的出现，人们担心分子生物技术的滥用，可能造成无法预知的后果。因此，将分子生物学技术应用于环境工程方面，需要更多的研究和实践，一方面政府和相关机构要加大相关方面的投入，完善相关的法律法规，另一方面也要加强监管，防止技术的滥