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【摘 要】 PCR-DGGE用于环境微生物种群的研究越来越多，涉及的领域也越来越广泛，目前在国内这方面的应用虽然处于起步阶段，但也成为研究的热点。以下文章简要地阐述了环境工程中相关技术的原理及其优点，并分析了该技术的现状、前景。
【关键词】 环境工程；DGGE技术；废水生物处理
基因工程是现代生物技术最为核心的内容，属于DNA的重新组合技术，也被称为遗传工程。该技术自问世以来已经在诸多领域被广泛研究和应用，这其中就涉及到环境工程。技术核心原理是一系列的DNA重组、拼接，实现该技术是在研究对象的细胞之外进行的。其目的是通过人为干涉来改变基因的组成。合理的使用该技术，能产生原有物质本身不具备的特性；产生新的物种；合成能力更加强大。基因工程技术已经在环境项目中得到较好的应用，取得了相应的成果。
1.新技术在环境工程生物处理研究中的应用
由于PCR-DGGE技术克服了传统微生物学方法的局限性，自Muvzer等开辟了DGGE在微生物生态领域研究的先河以来，该技术迅速发展成为环境微生物群落結构分析研究的主要手段之一。近年来，DGGE用于环境微生物种群的研究越来越多，涉及的领域也越来越广泛，在国外DGGE技术已经被广泛用于活性污泥、生物膜等生物处理系统中的微生物多样性检测、微生物鉴定以及种群演替等方面的研究，在国内这方面的应用虽然处于起步阶段，但也成为研究的热点。
1.1在废水生物处理研究中的应用
PCR-DGGE技术在废水生物处理研究中的应用使人们对废水处理过程中微生物群落的变化产生了新的认识。
Lapara等研究了升高温度对废水好氧生物处理过程中细菌群落结构和功能的影响，DGGE分析细菌群落的结果表示不同温度下有不同的细菌群落。
应用PCR-DGGE方法，对在相同的操作条件下分别用低温菌和常温菌接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构的动态变化进行了追踪。由于工艺相同，使得接种的低温菌群和常温菌群在相同的操作条件下，产生了相似的微生物群落结构。随着运行时间的增加，其菌群结构相似程度也越来越高。
硝化作用是废水处理系统中实现氨氮去除的关键步骤。而氨氧化细菌在硝化作用过程中负责将氨氧化为亚硝酸盐，实现亚硝化作用，是硝化过程中必不可少的步骤。但由于氨氧化细菌的生长速率相当低，生物量很少，采用传统的细菌分离培养分析法研究氨氧化细菌相当费时、繁琐。许玫英等采用PCR扩增16SrDNA、扩增功能基因、随机克隆测序等技术，分析处理含高浓度氨氮废水处理系统不同驯化时期的4个活性污泥样品氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性，并在国内首次采用PCR-DGGE相结合的技术对样品中总的细菌类群的差异进行研究。结果表明采用PCR-DGGE技术有利于更全面地了解氨氧化细菌的类群和功能，进而改善废水处理系统的处理效果。
应用PCR-DGGE技术对城市污水化学一生物絮凝强化一级处理工艺与传统的完全混合式处理工艺反应池活性污泥样品微生物种群结构进行了对比研究，对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨。结果表明两种城市污水处理工艺中微生物种群多样性都相当丰富，但是种群结构相差很大。说明化学生物絮凝处理工艺的微生物作用与成分相近的城市污水处理工艺中微生物作用机理可能存在相当大的差别。
R0wan等采用生物滴滤反应器和生物滤池处理同种废水，运用PCR-DGGE考察了不同反应器中的氨氧化细菌菌群的组成。虽然不同形式反应器或是同一反应器的不同位置中的氨氧化细菌菌群组成不同，但是主要种群是不依赖反应器的形式或是在反应器中所处的位置不同而改变的，也正是这些主要种群在整个处理过程中发挥着重要的作用。
采用PcR-DGGE技术对处理采油废水的水解酸化一缺氧法不同生物反应器中污泥样品进行研究，确定了微生物的优势菌种，并进行了多样性分析，结果显示了在不同环境条件下微生物群落结构的连续动态变化过程。
1.2在废气生物处理研究中的应用
生物过滤是一种能有效处理恶臭和挥发性有机废气的气体污染控制技术。生物滤池和生物滤塔作为生物处理恶臭气体的简单有效的方法，得到了快速的发展。
采用PCR-DGGE技术研究除臭生物滤池中试装置中分别一处于较强酸性和中性的两种不同运行环境下微生物种群的多样性和生物种群的结构变化。通过扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，结合应用DGGE技术分析除臭生物滤池的生物种群的结构变化，并回收主要的DNA片段，结合PCR测序及T载体克隆测序，明确优势菌群的系统发育地位。结果表明，除臭生物滤池在不同的口H条件下，微生物的多样性及其丰度存在较大差别，强酸性对微生物具有较高的选择作用，与中性条件相比微生物种群多样性相对较低。同时在滤池的不同层次上也表现出明显的空间分布多样性差异，序列比对结果显示硫氧化细菌在除臭过程中占有优势地位。为更好地处理恶臭气体提供可靠的科学依据，同时也为生物除臭的应用提供一定的理论基础。
生物滤塔中微生物的种群结构以及微生物多样性对于恶臭气体的处理效率以及反应器的稳定运行至关重要。殷峻等应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究，通过比较反应器不同填料、不同时期微生物多样性得出结论：填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少；与污泥填料和混合填料相比，堆肥填料的微生物多样性程度最高，反应器的去除能力也最好。
2.技术的原理
2.1 DGGE的原理
变性梯度凝胶电泳技术是DNA指纹技术，是多态性分析技术的一种，其原理是；DNA进行电泳时使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶，该凝胶能够有区别地解链PCR扩增产物。长度相同而在碱基序列上存在差异的不同DNA在进行变性梯度凝胶电泳时，双链的解链需要不同的变性剂浓度，序列不同的DNA片段就会在各自相应的变性剂浓度下变性，发生空间构型的变化。起初双链DNA以线状向正极移动，随著变性剂浓度的增，DNA中具有低G+C含量的序列的部分被打开，而高G+C含量的部分仍保持双链。DNA双链一旦解链，DNA分子形成端部的叉状或中间的环形（即DNA部分熔化），其在聚丙烯酰胺凝胶中的电泳速度将会急剧下降以至停留在其相应的不同变性剂梯度位置，染色后可以在凝胶上呈现为分开的条带。如此便能将具有相同长度而序列有差异的DNA分子分离开。尿素和甲酰胺通常被用作变性剂形成变性梯度。该技术可以分辨具有相同或相近分子量的目的片段序列差异，可以用于检测单一碱基的变化和遗传多样性以及PCR扩增DNA片段的多态性。
2.2 PCR-DGGE技术在废气生物处理中的应用生物滤池与生物滤塔是处理臭味、异味行之有效的好办法，这种生物过滤技术可以对恶臭与挥发性油剂废气体很好的遏制，从而该技术能够很快的推广。
在除臭生物滤池中较强酸性与中性两种不同运行环境下，运用PCR-DGGE技术研究，可以发现：微生物种群的多样性与生物种群结构上发生的改变。利用扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，运用相关技术分析滤池内的种群变化。回收有研究意义的DNA片段，与PCR测序、T载体克隆测序有效的结合。最终确定众多种群中的优势菌群。微生物对强酸性环境有很大影响；中性条件下的微生物种群更为丰富。此外，滤池的层次上的差异，也导致了种群空间分布的差异性。实验证明，除臭过程中硫氧化细菌占有相对明显的优势。
影响生物滤塔处理效率以及反应器的稳定运行的主要因素是塔中的微生物种群的结构，以及微生物的多样性。我们可以采用DGGE技术，对处理含氨废气的生物滤塔中的微生物进行多样性研究。随时间的推移，对反应器不同填料、不同时期微生物多样性比对研究。证明：微生物的多样性与反应器运行时间的长短有直接关系，随着时间的不断延长其多样性会有所降低；将填料方法进行对比可知：如果是堆肥填料，其微生物多样性更为丰富，反应器也能达到很好的效果。
采用PCR-DGGE技术，可以科学、直观的研究出环境中细菌群落及多样性。我们需要避开DGGE技术的先天缺陷，这就需要我们的科研工作人员，在该领域继续加大研究力度，为环境工程做出更大贡献。
参考文献：
[1]王超，曾玉香.环境影响评价中公众参与的问题和对策探讨[J].环境科学与管理，2010.
[2]金毓峑，李坚，孙治荣.环境工程设计基础[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3]刘璟炜，朱北园，遇今.可靠性综合设计平台设计与实践[J].质量与可靠性，2010（05）.
【关键词】 环境工程；DGGE技术；废水生物处理
基因工程是现代生物技术最为核心的内容，属于DNA的重新组合技术，也被称为遗传工程。该技术自问世以来已经在诸多领域被广泛研究和应用，这其中就涉及到环境工程。技术核心原理是一系列的DNA重组、拼接，实现该技术是在研究对象的细胞之外进行的。其目的是通过人为干涉来改变基因的组成。合理的使用该技术，能产生原有物质本身不具备的特性；产生新的物种；合成能力更加强大。基因工程技术已经在环境项目中得到较好的应用，取得了相应的成果。
1.新技术在环境工程生物处理研究中的应用
由于PCR-DGGE技术克服了传统微生物学方法的局限性，自Muvzer等开辟了DGGE在微生物生态领域研究的先河以来，该技术迅速发展成为环境微生物群落結构分析研究的主要手段之一。近年来，DGGE用于环境微生物种群的研究越来越多，涉及的领域也越来越广泛，在国外DGGE技术已经被广泛用于活性污泥、生物膜等生物处理系统中的微生物多样性检测、微生物鉴定以及种群演替等方面的研究，在国内这方面的应用虽然处于起步阶段，但也成为研究的热点。
1.1在废水生物处理研究中的应用
PCR-DGGE技术在废水生物处理研究中的应用使人们对废水处理过程中微生物群落的变化产生了新的认识。
Lapara等研究了升高温度对废水好氧生物处理过程中细菌群落结构和功能的影响，DGGE分析细菌群落的结果表示不同温度下有不同的细菌群落。
应用PCR-DGGE方法，对在相同的操作条件下分别用低温菌和常温菌接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构的动态变化进行了追踪。由于工艺相同，使得接种的低温菌群和常温菌群在相同的操作条件下，产生了相似的微生物群落结构。随着运行时间的增加，其菌群结构相似程度也越来越高。
硝化作用是废水处理系统中实现氨氮去除的关键步骤。而氨氧化细菌在硝化作用过程中负责将氨氧化为亚硝酸盐，实现亚硝化作用，是硝化过程中必不可少的步骤。但由于氨氧化细菌的生长速率相当低，生物量很少，采用传统的细菌分离培养分析法研究氨氧化细菌相当费时、繁琐。许玫英等采用PCR扩增16SrDNA、扩增功能基因、随机克隆测序等技术，分析处理含高浓度氨氮废水处理系统不同驯化时期的4个活性污泥样品氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性，并在国内首次采用PCR-DGGE相结合的技术对样品中总的细菌类群的差异进行研究。结果表明采用PCR-DGGE技术有利于更全面地了解氨氧化细菌的类群和功能，进而改善废水处理系统的处理效果。
应用PCR-DGGE技术对城市污水化学一生物絮凝强化一级处理工艺与传统的完全混合式处理工艺反应池活性污泥样品微生物种群结构进行了对比研究，对同一反应器不同位置微生物分布以及不同工况下的微生物种群结构进行了初步探讨。结果表明两种城市污水处理工艺中微生物种群多样性都相当丰富，但是种群结构相差很大。说明化学生物絮凝处理工艺的微生物作用与成分相近的城市污水处理工艺中微生物作用机理可能存在相当大的差别。
R0wan等采用生物滴滤反应器和生物滤池处理同种废水，运用PCR-DGGE考察了不同反应器中的氨氧化细菌菌群的组成。虽然不同形式反应器或是同一反应器的不同位置中的氨氧化细菌菌群组成不同，但是主要种群是不依赖反应器的形式或是在反应器中所处的位置不同而改变的，也正是这些主要种群在整个处理过程中发挥着重要的作用。
采用PcR-DGGE技术对处理采油废水的水解酸化一缺氧法不同生物反应器中污泥样品进行研究，确定了微生物的优势菌种，并进行了多样性分析，结果显示了在不同环境条件下微生物群落结构的连续动态变化过程。
1.2在废气生物处理研究中的应用
生物过滤是一种能有效处理恶臭和挥发性有机废气的气体污染控制技术。生物滤池和生物滤塔作为生物处理恶臭气体的简单有效的方法，得到了快速的发展。
采用PCR-DGGE技术研究除臭生物滤池中试装置中分别一处于较强酸性和中性的两种不同运行环境下微生物种群的多样性和生物种群的结构变化。通过扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，结合应用DGGE技术分析除臭生物滤池的生物种群的结构变化，并回收主要的DNA片段，结合PCR测序及T载体克隆测序，明确优势菌群的系统发育地位。结果表明，除臭生物滤池在不同的口H条件下，微生物的多样性及其丰度存在较大差别，强酸性对微生物具有较高的选择作用，与中性条件相比微生物种群多样性相对较低。同时在滤池的不同层次上也表现出明显的空间分布多样性差异，序列比对结果显示硫氧化细菌在除臭过程中占有优势地位。为更好地处理恶臭气体提供可靠的科学依据，同时也为生物除臭的应用提供一定的理论基础。
生物滤塔中微生物的种群结构以及微生物多样性对于恶臭气体的处理效率以及反应器的稳定运行至关重要。殷峻等应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究，通过比较反应器不同填料、不同时期微生物多样性得出结论：填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少；与污泥填料和混合填料相比，堆肥填料的微生物多样性程度最高，反应器的去除能力也最好。
2.技术的原理
2.1 DGGE的原理
变性梯度凝胶电泳技术是DNA指纹技术，是多态性分析技术的一种，其原理是；DNA进行电泳时使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶，该凝胶能够有区别地解链PCR扩增产物。长度相同而在碱基序列上存在差异的不同DNA在进行变性梯度凝胶电泳时，双链的解链需要不同的变性剂浓度，序列不同的DNA片段就会在各自相应的变性剂浓度下变性，发生空间构型的变化。起初双链DNA以线状向正极移动，随著变性剂浓度的增，DNA中具有低G+C含量的序列的部分被打开，而高G+C含量的部分仍保持双链。DNA双链一旦解链，DNA分子形成端部的叉状或中间的环形（即DNA部分熔化），其在聚丙烯酰胺凝胶中的电泳速度将会急剧下降以至停留在其相应的不同变性剂梯度位置，染色后可以在凝胶上呈现为分开的条带。如此便能将具有相同长度而序列有差异的DNA分子分离开。尿素和甲酰胺通常被用作变性剂形成变性梯度。该技术可以分辨具有相同或相近分子量的目的片段序列差异，可以用于检测单一碱基的变化和遗传多样性以及PCR扩增DNA片段的多态性。
2.2 PCR-DGGE技术在废气生物处理中的应用生物滤池与生物滤塔是处理臭味、异味行之有效的好办法，这种生物过滤技术可以对恶臭与挥发性油剂废气体很好的遏制，从而该技术能够很快的推广。
在除臭生物滤池中较强酸性与中性两种不同运行环境下，运用PCR-DGGE技术研究，可以发现：微生物种群的多样性与生物种群结构上发生的改变。利用扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，运用相关技术分析滤池内的种群变化。回收有研究意义的DNA片段，与PCR测序、T载体克隆测序有效的结合。最终确定众多种群中的优势菌群。微生物对强酸性环境有很大影响；中性条件下的微生物种群更为丰富。此外，滤池的层次上的差异，也导致了种群空间分布的差异性。实验证明，除臭过程中硫氧化细菌占有相对明显的优势。
影响生物滤塔处理效率以及反应器的稳定运行的主要因素是塔中的微生物种群的结构，以及微生物的多样性。我们可以采用DGGE技术，对处理含氨废气的生物滤塔中的微生物进行多样性研究。随时间的推移，对反应器不同填料、不同时期微生物多样性比对研究。证明：微生物的多样性与反应器运行时间的长短有直接关系，随着时间的不断延长其多样性会有所降低；将填料方法进行对比可知：如果是堆肥填料，其微生物多样性更为丰富，反应器也能达到很好的效果。
采用PCR-DGGE技术，可以科学、直观的研究出环境中细菌群落及多样性。我们需要避开DGGE技术的先天缺陷，这就需要我们的科研工作人员，在该领域继续加大研究力度，为环境工程做出更大贡献。
参考文献：
[1]王超，曾玉香.环境影响评价中公众参与的问题和对策探讨[J].环境科学与管理，2010.
[2]金毓峑，李坚，孙治荣.环境工程设计基础[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3]刘璟炜，朱北园，遇今.可靠性综合设计平台设计与实践[J].质量与可靠性，2010（05）.