聚合酶鏈式反應在環(huán)境監(jiān)測中的應用
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摘要:隨著社會的進步與科學技術(shù)的飛速發(fā)展,生物科學技術(shù)得到了廣泛的應用，其中，現(xiàn)代分子生物學技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面有其獨特的優(yōu)勢。本文介紹了現(xiàn)代分子生物學技術(shù)的主要內(nèi)容，以及它在環(huán)境監(jiān)測中的應用效果與前景。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代分子生物學技術(shù)；環(huán)境監(jiān)測；應用技術(shù)
1現(xiàn)代分子生物學技術(shù)的主要內(nèi)容
現(xiàn)代分子生物學技術(shù)主要研究的是核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)以及功能等特性。其實，現(xiàn)代分子生物學技術(shù)就是在利用先進的科學技術(shù)分子水平上來研究生物學原理的技術(shù)方法。從分子的角度看待生物學問題，可以更加科學、細致、客觀的找到問題的原因所在，在環(huán)境監(jiān)測和污染問題治理上都能有很廣泛的應用。接下來，我們將具體舉例說明現(xiàn)代分子生物學技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應用。
2聚合酶鏈式反應技術(shù)(PCR)
2.1聚合酶鏈式反應實驗過程
標準的PCR過程分為三步：1.DNA變性（90℃-96℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下，氫鍵斷裂，形成單鏈DNA。2.退火（復性）（40℃-65℃）：系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部雙鏈。3.延伸（68℃-75℃）：在Taq酶（在72℃左右最佳的活性）的作用下，以dNTP為原料，從引物的5′端→3′端延伸，合成與模板互補的DNA鏈。每一循環(huán)經(jīng)過變性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍?，F(xiàn)在有些PCR因為擴增區(qū)很短，即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的時間內(nèi)復制完成，因此可以改為兩步法，即退火和延伸同時在60℃-65℃間進行，以減少一次升降溫過程，提高了反應速度。
2.2實驗結(jié)果分析
聚合酶鏈式反應技術(shù)是利用堿基互補配對原理來使得DNA能在一定條件下進行迅速擴增的技術(shù)。利用DNA在體外攝氏95°高溫時變性會變成單鏈，低溫(經(jīng)常是60°C左右)時引物與單鏈按堿基互補配對的原則結(jié)合，再調(diào)溫度至DNA聚合酶最適反應溫度(72°C左右)，DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互補鏈。
2.3實驗結(jié)論
DNA的半保留復制是生物進化和傳代的重要途徑。雙鏈DNA在多種酶的作用下可以變性解旋成單鏈，在DNA聚合酶的參與下，根據(jù)堿基互補配對原則復制成同樣的兩分子拷貝。在實驗中發(fā)現(xiàn)，DNA在高溫時也可以發(fā)生變性解鏈，當溫度降低后又可以復性成為雙鏈。因此，通過溫度變化控制DNA的變性和復性，加入設(shè)計引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外復制。因此PCR技術(shù)可以應用檢測土壤、水樣等的環(huán)境樣本中不能培養(yǎng)的微生物的種類與大致數(shù)量，而且擁有很高的精確性。
隨著汽車數(shù)量的增多帶來的汽車尾氣排放的污染以及工廠排放廢氣的污染，我們呼吸的空氣中污染物物質(zhì)越來越多，于是，聚合酶鏈式反應技術(shù)在大氣污染監(jiān)測方面得到了應用，它能夠檢測到大氣中過量的固體顆粒物對人類的影響，從而確定當時的空氣質(zhì)量。近些年來，聚合酶鏈式反應技術(shù)還被應用到了環(huán)境微生物的定量檢測中，可以想象，聚合酶鏈式反應技術(shù)在未來配合其他的現(xiàn)代分子生物學技術(shù)一定會更好的用于在生態(tài)環(huán)境的保護上。
3生物傳感器技術(shù)
3.1技術(shù)方法
生物傳感器是一種把生物反應信號轉(zhuǎn)化成電信號，再被專業(yè)設(shè)備放大接收，從而確定待測物質(zhì)含量的現(xiàn)代分子生物學技術(shù)。生物傳感器可以分為很多種，優(yōu)點是體積小、反應快，而且檢測成本較低。
3.2在環(huán)境監(jiān)測中的應用
目前，生物傳感器技術(shù)主要被應用在檢測水中有機磷等等污染物的含量，從而采取相應的保護措施。生物傳感器技術(shù)還能被應用在檢測大氣中二氧化碳、二氧化硫等等污染物的含量。不僅如此，生物傳感器技術(shù)還能夠檢測樣本中的某些特定的有毒有害物質(zhì)，比如說重金屬污染物。化工廠的違規(guī)排放，電池等垃圾的隨意丟棄都會造成土壤與水中的重金屬物質(zhì)的含量超標，這樣受到重金屬物質(zhì)污染的土壤與水就會變得有毒，生物無法再其中生存。因此，環(huán)境監(jiān)測人員在發(fā)現(xiàn)了被污染的土地或是水域后就可以利用生物傳感器技術(shù)檢測土壤或是水樣本的重金屬含量來確定樣本區(qū)域是否被重金屬物質(zhì)污染，從而制定相應的治理措施。BOD生物傳感器能在在10-15min檢測出BOD值，可在線監(jiān)測水質(zhì)狀況。目前已經(jīng)有間接測定空氣中NOx的濃度的傳感器，其檢出限1x10－8mol•L-1。NO3離子是主要的水污染物之一，如果添加到食品中，對人體的健康極其有害。Zatsll等人提出了一種整體化酶功能場效應管裝置檢測NO；離子的方法。該裝置對NO，’離子的檢測極限為7x10的負5次方mol，響應時間不到50s，系統(tǒng)操作時間約為85s。
4結(jié)束語
其實我們在上文中僅僅舉例介紹了幾種現(xiàn)代分子生物學技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的具體應用案例，還有好幾種現(xiàn)代分子生物學技術(shù)也在環(huán)境監(jiān)測過程中起到了很大的作用，比如像生物芯片技術(shù)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，用科學技術(shù)來保護生態(tài)環(huán)境，把科學技術(shù)應用到保護生態(tài)環(huán)境中來，已經(jīng)成為了人們不斷努力實現(xiàn)的目標。在未來，現(xiàn)代分子生物學技術(shù)一定會日趨進步完善，現(xiàn)代分子生物學技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應用前景也一定更加的廣泛。
參考文獻:
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作者：時冉冉 陳嬌 常陸林 單位：漯河醫(yī)學高等?？茖W校生化教研室
