论文部分内容阅读
摘要：如今，我國水源污染日趋严重，不断发生突发性水污染事件，城市饮用水安全和水源地的污染问题越来越受到各界的重视。如何实现实时在线监测水质，对可能会导致水环境污染事故预警是现在应该重点应注意的问题。本文重点介绍了水污染生物监测方法及应用，最后简要阐述了对生物监测的展望。
关键词：水污染，生物监测，方法，应用
中图分类号：[TE991.2] 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着经济!技术的发展,工农业生产废弃物排放量越来越大,这些废弃物直接或间接排放到江、河!湖、海中,造成了严重的水污染问题,致使水污染灾害事件频繁发生,给国家经济和环境造成了巨大的损失,特别是城市水源地水质污染问题,给城市居民生活和健康造成很大的威胁。生物监测技术诞生于20 世纪初, 其机理及应用研究, 经历了一个从生物整体水平到细胞水平、基因和分子水平逐步深化的发展过程。生物监测技术最早也是最广泛的被应用于水环境的监测中。
1、水质生物监测的方法及应用
1.1 生物群落法
活着的水生生物，如浮游生物，底栖生物，微生物，细菌和鱼类等，因为他们的群落结构，数量和种类的变化，可以反映水体污染的状态。按照规定的采样、检查、计数方法来获得各种类群数和各种数据，可以根据生物污水处理系统和生物指数法评价水污染的状况。
1.2 细菌学检验法
在自然水体中细菌无处不在，当水体受到生活污水，当水体受到生活污水或者工业废水污染时，细菌大量增加。因此水的细菌学检验, 特别是肠道细菌检验, 在卫生学上的重要意义就彰显出来。
1.3 水生生物毒性试验
进行水生生物毒性试验可用藻类、鱼类等, 其中以鱼类的试验应用较广泛。大量的研究表明, 鲫鱼、斑马鱼和剑尾鱼是被应用最为广泛和具有代表性的淡水鱼类。
1.4 生产力测定法
水生植物中的叶绿素含量、光合能力、固氮等指标变化显示了水质污染情况。水生植物的生产能力会随着水体的污染情况而改变。在水体的水污染物是累积的，通过物理和化学测试方法以了解在体内蓄积的污染物的分布，可以方便的了解积累的污染物的积累情况、分布状态和转移规律。
1.5 微型生物监测
用人工基质（泡沫塑料块）来收集存在于水体中的微型生物群落，测定该群落结构与功能的各种参数, 以评价水质污染情况，称为微型生物群落监测方法 （简称 PFU法）。另外用室内毒性试验方法,来确定工业废水和化学药品对受纳水体中微生物群落的毒性强度, 为制定其安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。中科院水生所沈韫芬研究员把 PFU 法应用到生物监测中,并为我国生物监测提供一种新的标准方法。此监测方法适用于野外淡水水体, 包括溪流、河流、大江、湖泊等; 室内毒性试验适用于城镇生活污水、工厂排放的废水、各类有害化学物质和综合水质评价。
1.6 分子生态毒理学方法
分子生态毒理学采用现代分子生物学技术与方法, 研究污染物及其代谢产物与细胞内大分子, 包括酶、核酸、蛋白质的相互作用, 找出作用的靶位及靶分子, 并应用其作用机理,来对未来在个体、种群、群落及生态系统水平上做出预警。当前应用最为广泛的方法是利用腺三磷酶为生物学标志,测定体内三磷酸腺苷酶 ATPase 的活性，根据其活性的强弱来判定多种污染物胁迫的指标。
1.7 硝化细菌测试法
硝化细菌主要包括氨氧化菌和亚硝酸氧化菌两个亚群，并且其为专性化学能自养型细菌。硝化过程第一阶段为亚硝化，由氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸的过程; 第二阶段为硝化，由亚硝酸氧化为硝酸，硝化过程虽然由两个不同的阶段构成，却是一个连续的过程。在自然环境中，硝化细菌一般在土壤和底泥中的氮循环中起着重要作用。利用硝化细菌对各种化学物质毒性的敏感度来测定化学物质对硝化细菌硝化作用强度的影响，判定化学物质毒性的大小和对自然界中氮循环能力的影响程度。此方法在检测污染物毒性上显示了独特地敏感、便捷、快速、廉价和定量等特性。
1.8 幼虫变态实验
通过对海洋无脊椎动物的胚胎和幼虫期毒性实验的研究表明, 浮游幼虫变态的毒性实验指标更为敏感。幼虫的变态过程更易于观察, 易受环境污染干扰。与死亡率相比较,能否在附着基表面顺利变态成为监测污染物毒性更敏感的指标。
1.9 毒性检测法
发光细菌试验是一种已经被列入德国国家标准 （ DIN38412 ） 和国际标准（ISO11348），应用在环境样品毒性检测的生物测试技术，毒性是一项衡量样品对活性生物体所产生影响的一项综合性生物学参数。用化学分析方法无法进行测定, 而广泛应用的生物测试方法: 如藻类试验、浮游动物试验和鱼类试验等则较为复杂, 且必须使用高等生物进行试验, 从而引起众多争议。发光细菌测试使用具有发光特性的天然微生物,而毒性物质则将抑制其发光, 且毒性越强光抑制越明显, 发光细菌自身没有危害性, 这一方法经研究被证实具有快速、简便特点,同时有很好的灵敏度和可靠性。
1.10 生物传感器
生物传感器是以固定化细胞核、固定化酶技为基础, 以生物学元件作为功能性识别元件, 识别和感知目的被测物，并将其按一定规律转化为可识别的信号器件或装置, 其工作原理是: 生物组分与待测对象发生相互作用, 通过电子组分将待测对象检出，并转化为可测量的电子信号。
1.11 DNA 生物传感器
根据DNA 的碱基配对原理，利用核酸分子非常稳定的分子识别能力，超强的特异性，使靶标样品的核酸和探针DNA 发生选择性反应，使高度专一性的 DNA 杂交反应与高灵敏度的电化学检测器相结合，从而DNA 杂交生物传感器形成，其拥有准确性和灵敏度都非常高的特性。介于 DNA 生物传感器的独特性，将它与一般的生物传感器相区分，以突出其特殊性。
1.12 聚合酶链反应技术
聚合酶链反应（ Polymerase ChainReac2tion），是近年来分子生物学中被广泛应用的一种新型技术。其原理为一项酶促合成 DNA 技术，即快速和特异地进行 DNA的体外生物合成技术。在环境监测中它被应用于监测特定微生物种的动态变化情况，和特定环境中的微生物区系的组成和种群特征的研究。
2、生物监测的展望
2.1 建立生物监测早期预警系统由于目前的经济技术水平还不可能对环境化学物做到“零排放”，许多化学物在其安全性尚未验证的情况下便排放到环境中，很容易造成环境污染。可以通过生物监测预警系统及时发现环境中的早期污染情况和污染程度，并对对生态环境的潜在影响做出及时准确的预警
2.2 生物监测与理化监测相结合
综合比较后发现，生物监测具有灵敏性高、生物放大、经济实用和综合评价等特点，而在应用中理化监测具有不限制地域性、标准统一、专一性好等特点.相比较发现，理化监测和生物监测具各有优点.因此利用两者的各自有点来对环境状况进行综合性的监测，可以更全面、更准确的评价环境污染现状。
2.3 加强国内国际合作
随着全球化进程的推进，环境问题已从区域性问题发展成为全球性问题，如全球变暖，物种多样性锐减等. 生物监测不能仅着眼于小尺度的流域、湖泊，而应加强国内国际合作，立足于更大尺度区域。
结语
通过对环境监测特点、优势、方法技术和管理等方面的深入研究，发现其在环境监测领域已经占有非常大的优势和重要地位，并且发展前景非常广阔。希望能在微观领域提供更多的连续、综合的环境信息，为促进生态环境的可持续发展做出贡献。
参考文献
[1] 张海波．浅谈水污染的生物监测[J]．丹东师专学报，1998，20，（2）：67-68．
[2] 罗岳平，李宁，汤光明．生物早期警报系统在水和废水水质评价中的应用[J]．重庆环境科学，2002，24，（1）：49-54．
关键词：水污染，生物监测，方法，应用
中图分类号：[TE991.2] 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着经济!技术的发展,工农业生产废弃物排放量越来越大,这些废弃物直接或间接排放到江、河!湖、海中,造成了严重的水污染问题,致使水污染灾害事件频繁发生,给国家经济和环境造成了巨大的损失,特别是城市水源地水质污染问题,给城市居民生活和健康造成很大的威胁。生物监测技术诞生于20 世纪初, 其机理及应用研究, 经历了一个从生物整体水平到细胞水平、基因和分子水平逐步深化的发展过程。生物监测技术最早也是最广泛的被应用于水环境的监测中。
1、水质生物监测的方法及应用
1.1 生物群落法
活着的水生生物，如浮游生物，底栖生物，微生物，细菌和鱼类等，因为他们的群落结构，数量和种类的变化，可以反映水体污染的状态。按照规定的采样、检查、计数方法来获得各种类群数和各种数据，可以根据生物污水处理系统和生物指数法评价水污染的状况。
1.2 细菌学检验法
在自然水体中细菌无处不在，当水体受到生活污水，当水体受到生活污水或者工业废水污染时，细菌大量增加。因此水的细菌学检验, 特别是肠道细菌检验, 在卫生学上的重要意义就彰显出来。
1.3 水生生物毒性试验
进行水生生物毒性试验可用藻类、鱼类等, 其中以鱼类的试验应用较广泛。大量的研究表明, 鲫鱼、斑马鱼和剑尾鱼是被应用最为广泛和具有代表性的淡水鱼类。
1.4 生产力测定法
水生植物中的叶绿素含量、光合能力、固氮等指标变化显示了水质污染情况。水生植物的生产能力会随着水体的污染情况而改变。在水体的水污染物是累积的，通过物理和化学测试方法以了解在体内蓄积的污染物的分布，可以方便的了解积累的污染物的积累情况、分布状态和转移规律。
1.5 微型生物监测
用人工基质（泡沫塑料块）来收集存在于水体中的微型生物群落，测定该群落结构与功能的各种参数, 以评价水质污染情况，称为微型生物群落监测方法 （简称 PFU法）。另外用室内毒性试验方法,来确定工业废水和化学药品对受纳水体中微生物群落的毒性强度, 为制定其安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。中科院水生所沈韫芬研究员把 PFU 法应用到生物监测中,并为我国生物监测提供一种新的标准方法。此监测方法适用于野外淡水水体, 包括溪流、河流、大江、湖泊等; 室内毒性试验适用于城镇生活污水、工厂排放的废水、各类有害化学物质和综合水质评价。
1.6 分子生态毒理学方法
分子生态毒理学采用现代分子生物学技术与方法, 研究污染物及其代谢产物与细胞内大分子, 包括酶、核酸、蛋白质的相互作用, 找出作用的靶位及靶分子, 并应用其作用机理,来对未来在个体、种群、群落及生态系统水平上做出预警。当前应用最为广泛的方法是利用腺三磷酶为生物学标志,测定体内三磷酸腺苷酶 ATPase 的活性，根据其活性的强弱来判定多种污染物胁迫的指标。
1.7 硝化细菌测试法
硝化细菌主要包括氨氧化菌和亚硝酸氧化菌两个亚群，并且其为专性化学能自养型细菌。硝化过程第一阶段为亚硝化，由氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸的过程; 第二阶段为硝化，由亚硝酸氧化为硝酸，硝化过程虽然由两个不同的阶段构成，却是一个连续的过程。在自然环境中，硝化细菌一般在土壤和底泥中的氮循环中起着重要作用。利用硝化细菌对各种化学物质毒性的敏感度来测定化学物质对硝化细菌硝化作用强度的影响，判定化学物质毒性的大小和对自然界中氮循环能力的影响程度。此方法在检测污染物毒性上显示了独特地敏感、便捷、快速、廉价和定量等特性。
1.8 幼虫变态实验
通过对海洋无脊椎动物的胚胎和幼虫期毒性实验的研究表明, 浮游幼虫变态的毒性实验指标更为敏感。幼虫的变态过程更易于观察, 易受环境污染干扰。与死亡率相比较,能否在附着基表面顺利变态成为监测污染物毒性更敏感的指标。
1.9 毒性检测法
发光细菌试验是一种已经被列入德国国家标准 （ DIN38412 ） 和国际标准（ISO11348），应用在环境样品毒性检测的生物测试技术，毒性是一项衡量样品对活性生物体所产生影响的一项综合性生物学参数。用化学分析方法无法进行测定, 而广泛应用的生物测试方法: 如藻类试验、浮游动物试验和鱼类试验等则较为复杂, 且必须使用高等生物进行试验, 从而引起众多争议。发光细菌测试使用具有发光特性的天然微生物,而毒性物质则将抑制其发光, 且毒性越强光抑制越明显, 发光细菌自身没有危害性, 这一方法经研究被证实具有快速、简便特点,同时有很好的灵敏度和可靠性。
1.10 生物传感器
生物传感器是以固定化细胞核、固定化酶技为基础, 以生物学元件作为功能性识别元件, 识别和感知目的被测物，并将其按一定规律转化为可识别的信号器件或装置, 其工作原理是: 生物组分与待测对象发生相互作用, 通过电子组分将待测对象检出，并转化为可测量的电子信号。
1.11 DNA 生物传感器
根据DNA 的碱基配对原理，利用核酸分子非常稳定的分子识别能力，超强的特异性，使靶标样品的核酸和探针DNA 发生选择性反应，使高度专一性的 DNA 杂交反应与高灵敏度的电化学检测器相结合，从而DNA 杂交生物传感器形成，其拥有准确性和灵敏度都非常高的特性。介于 DNA 生物传感器的独特性，将它与一般的生物传感器相区分，以突出其特殊性。
1.12 聚合酶链反应技术
聚合酶链反应（ Polymerase ChainReac2tion），是近年来分子生物学中被广泛应用的一种新型技术。其原理为一项酶促合成 DNA 技术，即快速和特异地进行 DNA的体外生物合成技术。在环境监测中它被应用于监测特定微生物种的动态变化情况，和特定环境中的微生物区系的组成和种群特征的研究。
2、生物监测的展望
2.1 建立生物监测早期预警系统由于目前的经济技术水平还不可能对环境化学物做到“零排放”，许多化学物在其安全性尚未验证的情况下便排放到环境中，很容易造成环境污染。可以通过生物监测预警系统及时发现环境中的早期污染情况和污染程度，并对对生态环境的潜在影响做出及时准确的预警
2.2 生物监测与理化监测相结合
综合比较后发现，生物监测具有灵敏性高、生物放大、经济实用和综合评价等特点，而在应用中理化监测具有不限制地域性、标准统一、专一性好等特点.相比较发现，理化监测和生物监测具各有优点.因此利用两者的各自有点来对环境状况进行综合性的监测，可以更全面、更准确的评价环境污染现状。
2.3 加强国内国际合作
随着全球化进程的推进，环境问题已从区域性问题发展成为全球性问题，如全球变暖，物种多样性锐减等. 生物监测不能仅着眼于小尺度的流域、湖泊，而应加强国内国际合作，立足于更大尺度区域。
结语
通过对环境监测特点、优势、方法技术和管理等方面的深入研究，发现其在环境监测领域已经占有非常大的优势和重要地位，并且发展前景非常广阔。希望能在微观领域提供更多的连续、综合的环境信息，为促进生态环境的可持续发展做出贡献。
参考文献
[1] 张海波．浅谈水污染的生物监测[J]．丹东师专学报，1998，20，（2）：67-68．
[2] 罗岳平，李宁，汤光明．生物早期警报系统在水和废水水质评价中的应用[J]．重庆环境科学，2002，24，（1）：49-54．