分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用研究

刘新生 ， 许立成

（德州学院，山东 德州 253023）

随着社会的快速发展，处理污水的方法越来越多，出现很多先进技术，相对于传统污水处理，新技术能够高质量、高效率地处理生活污水，避免造成水资源浪费，并能循环使用。利用分子生物学处理技术，可以有效改善传统处理方法存在的一些弊端，更准确地对生物菌群进行科学合理的培养，满足国家对污水处理的要求。

1 污水当中微生物

城市的地下水污染严重，但很多人都没有认识到这一问题的严重性。人们将大量的生活垃圾和生产废水投入到地下水，导致水中存在很多有害物质和一些微生物。相关调查显示，污水中活性污泥内含有大量的微生物，主要包括真菌、细菌、原生动物等，其中菌的种类多样，多是一些游离细菌，这些微生物可以将污水中的有机物快速分解和吸附，来维持正常生长。此外，污泥中还存在部分原生动物，有变形虫、钟虫等。很多研究人员将活性污泥比作一个小型世界，里面具有各种各样的微生物，要求在实际工作中，相关人员要充分掌握各个微生物的特点以及形态，并掌握原生动物在处理污水时的表现。

2 污水处理微生物检测流程

开展污水处理微生物检测工作，应要测定化学需氧量，其方法原理为：在强酸性溶液中，投入适当的还原性物质，并以大量的重铬酸钾作为指示剂，之后利用硫酸亚铁铵溶液回滴，检测人员根据其用量来算出水样中耗氧量。检测流程为：先将进水样、出水样充分摇匀，准备3 个磨口的锥形瓶，并对其按顺序编号，向其中加入6 颗玻璃珠，之后向瓶中分别加入20 mL 的蒸馏水、5 mL 的进水样（再加入15 mL 的蒸馏水）、20 mL 的出水样，再向里面加入等量的重铬酸钾非标液，并要用其多次清洗移液管，然后将瓶子放置到电子万用炉中，并将冷凝管中灌满自来水，切记自来水水流量不要过大，之后用冷凝管的上半部分别向3 个瓶子内加入30 mL 的硫酸银，最好用25 mL 的小量筒，保证操作的精准度。上述步骤结束后，应将电子万用炉通电，并加热两个小时，加热结束后，将其冷却适当的时间，之后向3 个瓶子内加入90 mL 的蒸馏水，主要是为了减少实验误差以及显色更加明显。加入蒸馏水后会放热，之后取回锥形瓶冷却，然后向瓶内分别滴入适当的亚铁灵指示剂，并将其充分混合，再滴入适当的硫酸亚铁铵，滴完之后，要及时记录相应的数据，计算出准确的数据。

除此之外，进行污水处理微生物检测流程，还要进行生化需氧量的测定、悬浮性固体物质的测定、总磷的测定、总氮的测定等等，是一项非常繁复且重要的工作，相关检测人员应该充分认识到此项工作的重要性，不断提高自己的专业技能。

3 分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用

3.1 DNA重组技术

相对于其他分子生物学技术，此技术出现时间较早，被人们广泛熟知，应用领域较为广泛，但也存在一些弊端，如没能紧跟时代的脚步，没有被及时更新。重组技术主要是将独立的DNA全部有序连接到一起，创造一个独特的环境，进行DNA复制工作，但在进行此操作时，应该遵守相应的程序。首先，要选择适当的DNA；其次，再选择载体处理，处理工作结束后，将整个载体连接；最后，把连接物输入到合理的细胞中开始重组工作，获得新的DNA 后需要进行筛选工作，从而开展阳性克隆，至此整个重组流程结束[1]。

重组DNA 技术主要包括以下5 个步骤：1）取得目的基因；2）和克隆载体充分连接，充分生成新的DNA；3）利用新的DNA 分子转变成为受体细胞，并且具有复制和遗传等功能；4）对转化分子进行挑选和鉴定；5）将外源基因的细胞培养，从而获得需要的遗传性状。目前，获得充足DNA 片段的方法有：通过采用限制酶获得需要的平整末端的DNA 片段，或者采用化学方法合成，能够通过蛋白质肽链的氨基酸顺序知道相应的遗传密码，之后利用密码通过化学方法人工合成，从而获取到所需的基因。

进行污水处理微生物检测工作时，指示菌是确保工作顺利进行的关键之处，具有重要意义，对生存环境中相关物质的变化也较为敏感，能够为技术人员提供一些实验数据。若想充分熟知污水中组成成分的变化情况，应该及时采用指示菌，不仅可以提高工作效率，还能明确分子生物学相关技术，让技术人员了解DNA 重组技术的优势，可以将特定的基因重新组合在一起，从而完成微生物检测工作。但在进行此操作时，禁止将指示菌放在固定的地方，可以根据实际工作情况，将其放在合理的位置，全方位监控，并能了解其基因工程菌的特点。在相关技术人员不断处理的情况下，利用冰草氨酸等物质，把微生物从环境样品中顺利提取，之后进行灵敏性测试。

3.2 寡核苷酸探针技术

寡核苷酸探针技术主要优势为，可以将探针设计成不同的特异性，从而达到获取群落结构信息的目的，但由于FISH 检测的准确性和稳定性，过度依赖探针的特异性，致使探针的设计和评价非常重要。采用此技术能够充分了解遗传信息，从而发现菌落的组成结构，获取微生物的各种信息。以DNA 和RNA 的排序为基础，针对特定的微生物，能够在实际检测过程中，发现其排序不同，得到不同的实验结果，多数实验可以利用探针来熟知所要检测细胞的RNA。进行探针的研究中，可以发现部分区域之间存在互补关系，相关技术人员要严格注重检测的工作环境，确保能够处在合适的条件下进行工作，从而保证实验能够达到预期效果[2]。

其中，寡核苷酸探针技术的荧光原位杂交使用较为广泛，在生活中比较常见，若将分子生物学技术的准确性和显微镜的可视性进行组合，可以有效提高工作效率。荧光原位杂交技术在微生物检测中能够进行不同类型的鉴定，因此受到广泛技术人员的喜爱。除此之外，其应用到污水处理中，可以了解污水中微生物的种类，还能清楚其分布位置，可以帮助技术人员快速进行污水检测。开通杂交探针的荧光信号，进而对核酸序列开展检测工作，相对于传统检测方法，此技术具有明显的优势。FISH 技术与其他技术的充分结合，也能为促进环境微生物学的研究工作提供很大的帮助。研究人员在应用PCR-DGGE 结合测序技术和FISH 技术，研究两阶段限氧自氧硝化中，结果表明，在亚硝酸盐积累的过程中，亚硝化单胞菌属占据氨氧化细菌的75%。此技术与共聚焦激光扫描显微镜和多光子显微镜的应用，能够得到十分清晰的图像。

3.3 限制性片段长度多态性分析

随着科学技术的快速发展，传统的工作模式已经不能满足人们的工作要求，跟不上时代的脚步，传统的检测方法很容易受到外界因素干扰，不能保证检测结果的准确度。采用分子生物学技术能够有效弥补传统方法的不足之处，其中限制性片段长度多态性分析效果最明显，技术人员为了获得更多有价值的菌落基因信息，要仔细进行多态性分析，若将其很好地利用，可以把不同的特征进行分离，很大程度优化工作流程，节省操作时间，还能保证数据的准确性。

相对于传统生物技术在处理污水中微生物的检测工作时出现的一些问题，利用此方法能有效避免这一现象的出现。例如，传统的检测方法很难大量培养微生物，可以正常生长的细菌更是少之又少，致使污水处理工作存在很大的问题，从而造成大量水资源浪费现象，而此技术可以优化操作流程。因此，要不断创新生物学技术，及时采取当前先进技术。相关管理部门要重视技术的创新工作，为技术人员的正常工作提供保障。现如今，人们越来越重视环境问题，国家也加大整治力度，只有不断更新检测技术，才能促进我国稳定发展[3]。

3.4 DNA生物传感器

生物传感器设计的主要目的为固定化生物层与目标污染物之间的专一性，由于生物的催化原理和免疫原理，在环境领域得到广泛应用，主要工作是对生物层和目标的污染物进行信息传递，能够检测到敏感物质。利用DNA 检测，可以加快检测污水物的传感过程，其不仅可以应用到相关核酸检测工作中，还能在微量污染物的检测中发挥重要作用，并在研究DNA 和污染物之间的关系中起到相互作用，让人们意识到污染物中存在有毒物质。研究人员开发出来DNA 杂交生物传感器并用于环境样品的微生物检测，例如污水中的病原菌的检测，此类研究主要包括核酸探针固定化优化、杂交反应条件等，进行杂交过程中，应该注意与DNA 片段按碱基配对原则，尤其要注意影响杂交反应动力的各种因素，如离子强度、探针长度等等。若将其内部应用先进技术，其得到的图像会更加清晰，提高最终检测结果的精确性，虽然整个工作流程较为复杂，考验技术人员的耐心，但随着其不断改变，也在很大程度上优化具体步骤。技术人员还应该注意其杂交步骤很容易受到各种因素的干扰，如外界原因、人工操作问题等，尤其要注意杂交反应动力，才能保证技术的高度专一[4]。

3.5 聚合酶链反应技术

该技术属于一种特别的DNA 片段技术，出现时间较早，能够加快体外酶扩增速度，当在实际工作中采用聚合酶链反应技术，要利用特异寡核苷酸作为基础，还要参照目的基因，完成DNA 体外合成反应，短时间内产生明显现象，从而产生过多的目的基因。根据此技术，可以体现出分子生物学技术具有很强的特异性，灵敏度较高，进行污水中微生物检测工作较为方便，但还存在条件限制，只适用于微生物的核酸工作，还要利用酶促的作用，加快DNA 的合成和扩增速度[5]。目前，使用最频繁的分子生物学技术主要有两种，RT-PCR 和竞争性PCR。前者主要用于相关病毒的检测工作，后者是一种定量的检测方法[6-9]。

4 总结

随着我国经济的快速发展，分子生物学技术也在不断改进，取得了社会效益和经济效益的双丰收。污水中存在较多的微生物，采用分子生物学技术能够提高污水处理技术水平，还与人们的生活息息相关，在有效改善人类生活环境的同时，还极大地提升了人们的生活水平。