聚合酶鏈式反應在環境監測中的應用
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摘要:隨著社會的進步與科學技術的飛速發展,生物科學技術得到了廣泛的應用，其中，現代分子生物學技術在環境監測方面有其獨特的優勢。本文介紹了現代分子生物學技術的主要內容，以及它在環境監測中的應用效果與前景。
關鍵詞：現代分子生物學技術；環境監測；應用技術
1現代分子生物學技術的主要內容
現代分子生物學技術主要研究的是核酸、蛋白質等生物大分子的結構以及功能等特性。其實，現代分子生物學技術就是在利用先進的科學技術分子水平上來研究生物學原理的技術方法。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，在環境監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代分子生物學技術在環境監測中的應用。
2聚合酶鏈式反應技術(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℃）：系統溫度降低，引物與DNA模板結合，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。每一循環經過變性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。現在有些PCR因為擴增區很短，即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的時間內復制完成，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實驗結果分析
聚合酶鏈式反應技術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。利用DNA在體外攝氏95°高溫時變性會變成單鏈，低溫(經常是60°C左右)時引物與單鏈按堿基互補配對的原則結合，再調溫度至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，根據堿基互補配對原則復制成同樣的兩分子拷貝。在實驗中發現，DNA在高溫時也可以發生變性解鏈，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技術可以應用檢測土壤、水樣等的環境樣本中不能培養的微生物的種類與大致數量，而且擁有很高的精確性。
隨著汽車數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越來越多，于是，聚合酶鏈式反應技術在大氣污染監測方面得到了應用，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量。近些年來，聚合酶鏈式反應技術還被應用到了環境微生物的定量檢測中，可以想象，聚合酶鏈式反應技術在未來配合其他的現代分子生物學技術一定會更好的用于在生態環境的保護上。
3生物傳感器技術
3.1技術方法
生物傳感器是一種把生物反應信號轉化成電信號，再被專業設備放大接收，從而確定待測物質含量的現代分子生物學技術。生物傳感器可以分為很多種，優點是體積小、反應快，而且檢測成本較低。
3.2在環境監測中的應用
目前，生物傳感器技術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，生物傳感器技術還能夠檢測樣本中的某些特定的有毒有害物質，比如說重金屬污染物。化工廠的違規排放，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的含量超標，這樣受到重金屬物質污染的土壤與水就會變得有毒，生物無法再其中生存。因此，環境監測人員在發現了被污染的土地或是水域后就可以利用生物傳感器技術檢測土壤或是水樣本的重金屬含量來確定樣本區域是否被重金屬物質污染，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，可在線監測水質狀況。目前已經有間接測定空氣中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，系統操作時間約為85s。
4結束語
其實我們在上文中僅僅舉例介紹了幾種現代分子生物學技術在環境監測中的具體應用案例，還有好幾種現代分子生物學技術也在環境監測過程中起到了很大的作用，比如像生物芯片技術。隨著科學技術的發展，用科學技術來保護生態環境，把科學技術應用到保護生態環境中來，已經成為了人們不斷努力實現的目標。在未來，現代分子生物學技術一定會日趨進步完善，現代分子生物學技術在環境監測中的應用前景也一定更加的廣泛。
參考文獻:
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[2]吳瑞華,李國勛,王容燕,王金耀,馮書亮.蘇云金桿菌HBF-1菌株在土壤中毒蛋白含量的ELISA檢測[J].中國生物防治.2007(03).
作者：時冉冉 陳嬌 常陸林 單位：漯河醫學高等專科學校生化教研室
