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天津大学仰大勇团队EST:DNA示踪系统在水环境保护中的应用

导读: 不同水体之间通过流动、入渗、蒸发等复杂水文地质过程相互交换,导致水环境中污染源的识别极为困难,加大了水环境保护的难度,致使水环境持续恶化。因此,水环境污染控制迫在眉睫,而如何定位污染源位置是水环境保护的前提和关键,也一直是世界各国科学家共同关注的热点问题。

DNA是生命系统的重要生物分子,主要功能是存储和编码基因信息。DNA的分子结构具有可设计性、多样性和多功能性等优点。这些独特理化和生物特性使得DNA纳米示踪系统能够全面克服传统示踪系统存在的不足。例如,DNA纳米示踪系统具有数量无限且独立可彼此区分、无环境背景值影响、运移和降解特性一致等诸多传统示踪剂所不具备的优点,并且环境友好,十分适合于研究复杂水文地质条件下的多污染源识别问题。

近期,天津大学化工学院仰大勇教授课题组提出了DNA示踪系统的设计、制作和检测方法。近些年,工业和农业污染物肆意向环境水体中排放,严重污染了有限的水资源。而且,不同水体之间通过流动、入渗、蒸发等复杂水文地质过程相互交换,导致水环境中污染源的识别极为困难,加大了水环境保护的难度,致使水环境持续恶化。因此,水环境污染控制迫在眉睫,而如何定位污染源位置是水环境保护的前提和关键,也一直是世界各国科学家共同关注的热点问题。

仰大勇教授课题组从DNA示踪剂的设计和制作方法入手,详细介绍了DNA示踪剂在序列设计、保护、信号读取等方面的重要内容,综述了其在水环境示踪研究领域中的应用情况,着重探讨了DNA示踪剂制作材料的选取、DNA分子的保护和环境影响效应等关键问题,并深入讨论了DNA示踪技术应用过程中可能困扰大家的问题,最后对DNA示踪技术未来主要研究内容的发展方向提出了思考。DNA示踪系统的建立为准确识别水环境中污染物的来源,从而制定有效的控制策略提供了新的思路。

图1.DNA示踪系统应用的总体概念图。

天津大学仰大勇团队EST:DNA示踪系统在水环境保护中的应用

在工厂、医院、社区、农场等可能存在排污的场所放置不同的DNA示踪剂,在河流下游取水样进行检测,通过qPCR分析DNA示踪剂的类型和数量,就可以定位污染物的来源和污染物排放量。

图2.DNA示踪系统应用流程图。

天津大学仰大勇团队EST:DNA示踪系统在水环境保护中的应用

首先对DNA分子序列进行特异性设计,确保其无环境背景值影响,经过BLAST特异性比对后进行生物和化学合成;判断水环境状况,在相对清洁的水环境中可以进行直接投放应用,在水环境条件复杂的环境中,采用粘土、高分子聚合物或硅等材料对其进行保护后再投放应用。

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