PCR-DGGE技术及其在环境微生物领域中的应用.docx

PCR-DGGE技术及其在环境微生物领域中的应用
PCR-DGGE技术及其在环境微生物领域中的应用
摘要：
PCR-DGGE（聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳）技术是一种能够高效、快速、准确地分析微生物群落结构和多样性的方法。本文主要介绍PCR-DGGE技术的基本原理和应用，重点关注其在环境微生物领域中的应用，包括水体、土壤、沉积物、生物膜等领域。
关键词：PCR-DGGE；微生物群落结构；环境监测；水体；土壤；沉积物；生物膜
1.介绍
PCR-DGGE技术是一种新兴的分子生物学方法，能够高效、快速、准确地分析微生物群落结构和多样性。其基本原理是通过PCR扩增目标区域的DNA序列，然后在变性梯度凝胶电泳（DGGE）上进行序列分离，最终形成PCR产物的“指纹图谱”，从而分析微生物群落结构和物种多样性。该技术已广泛应用于环境微生物领域，并为环境监测和生态研究提供了重要的工具。
2.基本原理
PCR-DGGE技术的基本原理是将微生物环境中的DNA序列通过PCR扩增，然后将产物在DGGE上进行分离。首先在PCR反应中使用一对引物，将目标DNA序列扩增至适当的长度。这些引物的选择巧妙地控制了扩增的目标序列和PCR产物长度。其中一个引物在3'末端加上了GC-clamp结构，这是一个40-60bp的GC-rich序列，能够在DGGE上产生一条单独的、含有GC-clamp结构的DNA条带。
然后将PCR产物在DGGE上进行分离，可以通过改变梯度浓度和电场强度来实现。在DGGE上，PCR产物将根据其序列的相似性在特定的梯度浓度下移动，并形成“指纹图谱”。在某些梯度下，拥有70%以上的序列相似性的PCR产物将汇聚成一条带。在目标序列中存在组成变异时，就可能会在某一梯度下成为两个或更多条带，从而描述了微生物群落的多样性和组成。
3.应用
PCR-DGGE技术已经在环境微生物领域得到广泛的应用，如在水体、土壤、沉积物和生物膜等领域。主要应用范围包括环境污染识别、生态研究、生物地球化学循环和生物修复等方面。
3.1水体
PCR-DGGE技术在水试样中被广泛应用于研究微生物群落结构和多样性，尤其是海洋微生物群落的研究，如海洋细菌、初级生产者等。比如在150个陆地冲积物样品和18个河口湿地样品中，通过PCR-DGGE检测出了多达25个厌氧阈值。此外，通过DGGE还可以鉴定水体样品中的蓝藻和细菌等微生物，从而更好地监测海洋生态系统的健康状态。
3.2土壤
PCR-DGGE技术也在土壤微生物领域中得到广泛应用。通过该技术，可以研究土壤微生物群落的物种丰度、多样性和群落结构，尤其是在评估土壤环境的生态风险和生物修复过程中具有重要应用价值。例如，在微生物群落改变中研究氮素生态过程，DGGE技术能够轻松地区分出不同的微生物，从而帮助优化土壤管理和改善土壤质量。
3.3沉积物
PCR-DGGE技术在沉积物微生物群落研究中也有重要的应用价值。通过对海底沉积物、河流沉积物和湖泊沉积物等样品的研究，可以深入了解底泥微生物群落的多样性和群落结构，探讨微生物在生物地球化学循环和环境修复中的作用。实际上，PCR-DGGE技术已经在污水处理微生物群落研究中得到了广泛应用，这为底泥微生物群落研究提供了重要的参考。
3.4生物膜
生物膜是指一种生物聚集体，被固定在生物和非生物表面之间，如土壤颗粒、管道壁、水处理系统、生物反应器和沉积物颗粒表面等。PCR-DGGE技术在生物膜微生物研究中的应用已经越来越受到研究人员的关注。通过研究生物膜中的微生物群落结构和多样性，可以了解微生物在生物膜中的作用和生态功能，并为生物膜的多样性和功能研究提供了重要的依据。
4.结论
PCR-DGGE技术作为一种快速、高效、准确的微生物群落结构和多样性分析方法，其在环境微生物领域的应用越来越广泛。在水体、土壤、沉积物和生物膜等领域中，该技术具有独特的优势和应用价值，为环境监测、生态研究、生物地球化学循环和生物修复等领域提供了重要的工具和方法。