聚合酶链式反应在环境监测中的应用
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摘要:随着社会的进步与科学技术的飞速发展,生物科学技术得到了广泛的应用，其中，现代分子生物学技术在环境监测方面有其独特的优势。本文介绍了现代分子生物学技术的主要内容，以及它在环境监测中的应用效果与前景。
关键词：现代分子生物学技术；环境监测；应用技术
1现代分子生物学技术的主要内容
现代分子生物学技术主要研究的是核酸、蛋白质等生物大分子的结构以及功能等特性。其实，现代分子生物学技术就是在利用先进的科学技术分子水平上来研究生物学原理的技术方法。从分子的角度看待生物学问题，可以更加科学、细致、客观的找到问题的原因所在，在环境监测和污染问题治理上都能有很广泛的应用。接下来，我们将具体举例说明现代分子生物学技术在环境监测中的应用。
2聚合酶链式反应技术(PCR)
2.1聚合酶链式反应实验过程
标准的PCR过程分为三步：1.DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。2.退火（复性）（40℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。3.延伸（68℃-75℃）：在Taq酶（在72℃左右最佳的活性）的作用下，以dNTP为原料，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的DNA链。每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。现在有些PCR因为扩增区很短，即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的时间内复制完成，因此可以改为两步法，即退火和延伸同时在60℃-65℃间进行，以减少一次升降温过程，提高了反应速度。
2.2实验结果分析
聚合酶链式反应技术是利用碱基互补配对原理来使得DNA能在一定条件下进行迅速扩增的技术。利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温(经常是60°C左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72°C左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。
2.3实验结论
DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解旋成单链，在DNA聚合酶的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子拷贝。在实验中发现，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，加入设计引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。因此PCR技术可以应用检测土壤、水样等的环境样本中不能培养的微生物的种类与大致数量，而且拥有很高的精确性。
随着汽车数量的增多带来的汽车尾气排放的污染以及工厂排放废气的污染，我们呼吸的空气中污染物物质越来越多，于是，聚合酶链式反应技术在大气污染监测方面得到了应用，它能够检测到大气中过量的固体颗粒物对人类的影响，从而确定当时的空气质量。近些年来，聚合酶链式反应技术还被应用到了环境微生物的定量检测中，可以想象，聚合酶链式反应技术在未来配合其他的现代分子生物学技术一定会更好的用于在生态环境的保护上。
3生物传感器技术
3.1技术方法
生物传感器是一种把生物反应信号转化成电信号，再被专业设备放大接收，从而确定待测物质含量的现代分子生物学技术。生物传感器可以分为很多种，优点是体积小、反应快，而且检测成本较低。
3.2在环境监测中的应用
目前，生物传感器技术主要被应用在检测水中有机磷等等污染物的含量，从而采取相应的保护措施。生物传感器技术还能被应用在检测大气中二氧化碳、二氧化硫等等污染物的含量。不仅如此，生物传感器技术还能够检测样本中的某些特定的有毒有害物质，比如说重金属污染物。化工厂的违规排放，电池等垃圾的随意丢弃都会造成土壤与水中的重金属物质的含量超标，这样受到重金属物质污染的土壤与水就会变得有毒，生物无法再其中生存。因此，环境监测人员在发现了被污染的土地或是水域后就可以利用生物传感器技术检测土壤或是水样本的重金属含量来确定样本区域是否被重金属物质污染，从而制定相应的治理措施。BOD生物传感器能在在10-15min检测出BOD值，可在线监测水质状况。目前已经有间接测定空气中NOx的浓度的传感器，其检出限1x10－8mol•L-1。NO3离子是主要的水污染物之一，如果添加到食品中，对人体的健康极其有害。Zatsll等人提出了一种整体化酶功能场效应管装置检测NO；离子的方法。该装置对NO，’离子的检测极限为7x10的负5次方mol，响应时间不到50s，系统操作时间约为85s。
4结束语
其实我们在上文中仅仅举例介绍了几种现代分子生物学技术在环境监测中的具体应用案例，还有好几种现代分子生物学技术也在环境监测过程中起到了很大的作用，比如像生物芯片技术。随着科学技术的发展，用科学技术来保护生态环境，把科学技术应用到保护生态环境中来，已经成为了人们不断努力实现的目标。在未来，现代分子生物学技术一定会日趋进步完善，现代分子生物学技术在环境监测中的应用前景也一定更加的广泛。
参考文献:
[1]瞿建宏,马晓燕,刘洪波,吴伟,杨健.水产品中甲氰菊酯残留的ELISA快速检测[J].安全与环境学报.2007(04).
[2]吴瑞华,李国勋,王容燕,王金耀,冯书亮.苏云金杆菌HBF-1菌株在土壤中毒蛋白含量的ELISA检测[J].中国生物防治.2007(03).
作者：时冉冉 陈娇 常陆林 单位：漯河医学高等专科学校生化教研室
