基因工程技术在废水处理中的应用研究.doc

基因工程技术在废水处理中的应用研究 摘 要：随着科技的发展,产生了一系列严重的环境污染问题，尤其是对水的污染。越来越多的废水难以用传统方法进行处理，而基因工程技术作为一项新技术，逐渐应用到废水处理中。基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。本文介绍了基因工程技术的发展历程、基本原理，对该技术的特点及研究内容进行了说明，重点介绍了基因工程技术在废水处理中的应用，并对其发展趋势作了展望。 关键词：基因工程；原理；特点；废水处理；应用 1引言 众所周知，环境污染现已远远超出了自然界微生物的净化能力，尤其是在废水处理方面。如今生物法是废水处理的主要方法，但生物法也有其局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然进化的微生物难于降解，而基因工程的引进开辟了培育高降解能力新品菌种的方法，利用基因工程技术检测微生物性状、提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术[1]。 20世纪50年代初, 由于分子生物学和生物化学的发展, 对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)的结构和功能有了比较清晰的阐述。20世纪70年代，Berg等首次用限制性内切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌体DNA，经过连接，组成重组DNA分子，宣告了基因工程的诞生[2]。这一技术发展到今天, 正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一, 广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力, 将为世界面临的环境保护等问题的解决提供广阔的应用前景。 2基因工程技术概述 基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术或DNA重组技术，是一项极为复杂的高新生物技术, 它利用现代遗传学与分子生物学的理论和方法,按照人类的需要, 用DNA重组技术对生物基因组的结构或组成进行人为修饰或改造, 从而改变生物的结构和功能, 使之有效表达出人类所需要的蛋白质或对人类有益的生物性状[3]。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。 2.1 基因工程技术的原理 基因工程技术是一种按照人们的构思和设计,在体外将一种生物的个别基因插入质粒或其他载体分子, 构成遗传物质的重组, 然后导入到原先没有这类分子的受体细胞内进行无性繁殖, 使重组基因在受体细胞内表达, 产生出人类所需要的基因产品的操作技术。或者说, 基因工程技术是在生物体外, 通过对一种生物的DNA分子进行人工剪切和拼接, 对生物的基因进行改造和重新组合, 再把它导入另一种生物的细胞里, 定向地改造生物的遗传性状, 产生出具有新的遗传特性的生物[4]。 2.2 基因工程技术的特征 (1) 跨物种性 外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。 (2) 无性扩增 外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。 2.3 基因工程技术的研究内容 一个完整的基因工程技术流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、基因的转移、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程。详细步骤和内容如下： (1) 从复杂的生物有机体基因组中, 经过酶切消化或PCR扩增等步骤, 分离出带有目的基因的DNA片段； (2) 在体外, 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制并具有选择记号的载体分子上,形成重组DNA分子； (3) 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞(亦称寄主细胞) , 并与之一起增殖； (4) 从大量的细胞增殖群体中, 筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆； (5) 从这些筛选出来的受体细胞克隆, 提取出已经得到扩增的目的基因, 供进一步分析研究使用； (6) 将目的基因克隆到表达载体上, 导入受体细胞, 使之在新的遗传背景下实现功能表达, 产生出人类所需要的物质[5]。 3基因工程技术在废水处理中的应用 随着环境污染的加剧，出现了很多用传统方法难以解决的问题，于是基因工程技术逐渐被应用到环境保护中，尤其在废水的处理方面。 3.1基因工程技术在污水检测中的应用 3.1.1 聚合酶链反应(PCR)技术在污水检测中的应用 聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)是20世纪80年代后期由K.Mullis等建立的一种体外酶促扩增特异DNA片段的技术，PCR是利用针对目的基因所设计的一对特异寡核苷酸引物，以目的基因为模板进行的DNA体外合成反应。由于反应循环可进行一定次数(通常为25~30个循环)，所以在短时间内即可扩增获得大量目的基因。这种技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等特点。PCR技术的基础是只有在微生物特定核酸存在的条件下，重复性酶促DNA合成和扩增才能够发生。PCR扩增产物可通过琼脂糖凝胶电泳来检验和纯化，也可以被用来克隆、转化和测序.在具体应用中往往采用经过修正的或与其它技术联合应用的PCR衍生