现代分子生物学技术在环境监测中的应用

第20卷第3期2013年6月东莞理工学院学报JOURNALOFDONGGUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol．20No．3Jun．2013收稿日期:2013－01－23作者简介:罗鸿斌(1987—)，男，江西于都人，硕士，主要从事生物工程、环境保护研究。现代分子生物学技术在环境监测中的应用罗鸿斌(东莞理工学院科研处，广东东莞523808)摘要:以现代分子生物学技术为代表的生物技术由于其快速、便利、特异性高等优点，在环境监测领域具有广阔的应用潜力。通过简要综述聚合酶链式反应技术(PCR)、环介导等温扩增法(LAMP)、核酸分子杂交技术、酶联免疫吸附技术(ELISA)、生物芯片技术、生物传感器等6种现代分子生物学技术的基本原理和在环境监测中的应用，让广大环保工作者对现代分子生物学技术有一定的了解。关键词:分子生物学技术;环境;监测中图分类号:X830文献标识码:A文章编号:1009－0312(2013)03－0073－05近年来，环境污染愈演愈烈，已严重影响人们的日常生活和经济的可持续发展。如何在经济高速发展的同时，有效地治理环境，实现生态文明，以达到和谐社会之目标是急需解决的问题。随着生物技术的迅速发展，尤其是以现代分子生物学技术为代表的生物技术，由于其快速、灵敏、特异性高等特点，在环保领域得到了广泛的应用。本文主要综述聚合酶链式反应技术、环介导等温扩增法、核酸分子杂交技术、酶联免疫吸附技术、生物芯片技术、生物传感器等6种现代分子生物学技术的原理和在环境监测中的应用。1聚合酶链式反应技术(PCR)1.1概念及特点PCR技术是现代分子生物学的基础实验工具，在生物学研究领域已应用成熟，并衍生出诸多不同种类，如逆转录PCR、定量PCR、多重PCR、竞争PCR、巢式PCR、嵌套PCR等。PCR是DNA的一种体外扩增技术，在一定的反应条件下，根据碱基互补配对的原理，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增，并通过凝胶电泳、荧光等技术手段显现扩增结果。PCR方法具有快速、操作简便、特异性强、灵敏度高等特点，可以对环境的各个方面进行监测。1.2在环境监测中的应用PCR技术适用于检测不能培养的微生物，已逐渐取代了传统的分离培养法，用于土壤、水样、沉积物等环境标本的检测，极大提高监测效率。在实际检测中，不同的微生物病原体具有不同的致病剂量，确定环境样品中病原体的数量和种类，提高检测的准确度至关重要。有研究表明，饮用水样品中只有不到1%的微生物可经实验室培养［1］。PCR技术由于灵敏度高，可在浓度很小的情况下检出病原体，而且比电镜更加灵敏、简便、特异性更高，可以针对某种或某几种致病微生物作出检测判断，在水环境微生物检测中得到广泛应用。在大气监测方面，Thomson用PCR检测暴露在过量O3和固体颗粒物的空气环境中4h的人体脑垂体基因表达情况，从而间接评估空气质量［2］;陈维田等应用PCR方法对空调冷却塔水与空气军团菌进行检测的时间仅需6小时到1个工作日［3］。PCR技术与变性梯度电泳技术(DGGE)的结合，可分离长度相同但是序列不同的DNA片断混合物。陈竹等阐述了PCR－DGGE技术在造纸废水中微生物检测的应用［4］;杨庆宇等使用PCR－DGGE技术来分析生物塔(废气从上面进入)中的微生物多样性，可以反映真实的环境情况。而传统的分离、74东莞理工学院学报2013年培养大约只能得到环境中1%的微生物，且微生物经过培养后会发生变异，不能反映环境中的真实情况［5］。这几年的研究热点，荧光定量PCR(FQ－PCR)是通过在PCR体系中加入荧光基因，利用荧光信号的变化来实时检测反应过程，从而实现定量的PCR检测。Brooks等证明该技术对雨季时海水中的甲肝病毒的检测及定量测定均有很高的精确度。同时指出该技术对于环境微生物定量测定的发展前景［6］。Rebecca等对容易引起水传播疾病的贾第虫和隐孢子虫建立了定量分析方法［7］。Frich等证明实时PCR监测水体中嗜肺军团杆菌的结果与传统标准方法一致，但它的检测灵敏性和重现性均比传统方法高［8］。随着该技术的不断成熟，以及和其它分子生物学技术配合使用，必将有广阔的应用前景。2环介导等温扩增法(LAMP)2.1概念及特点LAMP是近年较为流行的分子生物学技术，与以前的PCR相关技术的设计思路不同，此方法是针对靶序列中6个基因区段设计2对特殊引物，利用BstDNApolymerase在延伸DNA同时的链置换活性，通过引物独特的反转设计，对目的片段进行链置换扩增，整个反应在恒温条件(61℃～65℃左右)下几十分钟即可完成DNA扩增。也可以直接以RNA为模板扩增，加入AMV反转录酶，一步实现反转录和扩增，不需要合成cDNA。由于扩增反应的效率很高，扩增副