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摘要 作为生物学方面的一项新技术，微生物监测已经受到越来越多的关注。该综述对微生物监测水污染的主要方法和重要技术做了简要介绍，较为系统地总结了大肠杆菌、发光细菌等指示生物在环境监测中的研究进展，并对微生物传感器、PCR等技术的应用方向进行了展望，以期为今后研究微生物对水体污染的生物监测提供参考。
关键词 环境监测;微生物监测;水体污染
中图分类号：X83 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）03–0141–02
0 前言
据有关数据显示，我国水资源总量已达6 380亿。但是在过去的30 a里，我国水环境污染和富营养化问题越来越严重[1]。2007年，太湖地区的大型藻类爆发事件更是令人触目惊心，其直接影响了整个流域的可持续发展，并且给自然界乃至人类的生命和身体健康带来了潜在的危害。正因如此，人类环境保护的意识正在逐步加强。
随着现代科学和技术的不断进步，人类在水体污染防治方面的探索越來越深入，由于微生物细胞和水体环境之间的相互接触具有极高的直接性和敏感度，因此微生物已经逐渐发展成为水体污染防治监测中一类非常重要的指示生物。
1 水质检测指标
水质判断是有依据的，水质监测的指标除了一般指标和水质污染度指标外，还有水质污染成分指标和生物指标。水质的一般指标包括温度、DO、色度、浊度等;水质的污染度指标一般包括BOD、TOC等;水质污染成分包括重金属如Cr、Pb、Hg等及氰化物类;水质的生物指标包括大肠杆菌、细菌总数等。这些具体指标与水质密切相关，任何指标超过一定的范围都会对水质造成严重影响，导致水污染[2]。
2 应用于环境中水体监测的主要方法
现如今，对于水体污染的监测主要有化学、物理和生物方法3种。其中，生物学检验方法又包括指示生物法、群落结构法、生物测试法、残毒测定法、细菌学检验法[3]，这些都被认为是可以判断环境污染的重要方法。
2.1 细菌总数和粪便污染指示菌监测水质
目前最常见的一种生物监测技术就是微生物监测。进行微生物监测时，把微生物群落放置在被监测的水环境之中，根据微生物的生活习性与种群数量对水体受污染的程度进行量化。为了了解所测水体的受污染程度，检测人员需对水体中的微生物的数量和频率进行记录[4]。在使用微生物监测方法时，最常用的微生物主要是真菌、细菌、原生动物和小型海藻。以聚氨酯塑料为基质，收集水中的微生物，然后根据微生物种群算法来计算水体中的微生物数量。最后，根据国家制定的统一微生物监测标准来判断水体的污染情况[5]。
粪便污染指示细菌是指示水体已被粪便污染的指示剂。根据专业人员的分析和测定结果，人及温血动物的粪便是该类菌群的主要来源，因此一般认为采用大肠菌群作为指标较为合适。作为肠道中最常见也是最丰富的细菌种类之一，大肠菌群具有十分强的抗逆性，并且其在水中的数量与肠道中致病菌的数量呈现一定的相关性[6]。
2.2 发光细菌检测水体中毒物
在传统的生物监测中，大多以水蚤、藻类或鱼类等作为被测试的对象，往往具有实验周期长、实验过程繁琐等缺点。为了弥补传统方法的不足，人们研发了一种新型的生物毒性监测方法——发光细菌法。
作为一类非致病的革兰氏阴性兼性厌氧细菌，发光细菌内部含有荧光素和荧光酶等发光物质。在合适的条件下，选定的发光细菌菌株会发出恒定量的光作为代谢副产物，而接触了有毒的物质后，光的强度会迅速降低，降低的程度与有毒物质的浓度成正比。该方法可以在2～5 h内获得数据，与96 h急性鱼毒性测试相比，细菌测试在灵敏度方面比其他测试优越，同时执行更简单、更快捷。单独分析某种污染物毒性在实际操作中几乎没有意义，这是由于在实际情况中，混合废水的污染物往往组成复杂。污染物之间的累加和拮抗作用，使得各种污染物毒性的简单相加并不代表该废水的综合毒性。因此，综合毒性可以通过发光细菌法来确定。
若要了解特定物质对水体污染的影响，则需要采取更为具体的措施。随着技术的不断发展，发光细菌法正在尝试与光电技术和生物传感技术相结合，以逐步实现在线监测，为监测水质提供更多更先进的手段和方法。
3 微生物应用于监测水体污染的重要技术
虽然微生物监测技术在准确表达特定污染水程度方面有待提高，但其在水污染处理的过程中仍然占有特殊的地位。
3.1 PCR技术
PCR技术利用DNA在体外具有“高温变性”、“低温复性”和“中温延伸”的规律，而被广泛应用于环境监测领域。该技术用于监测水中病毒（如埃可病毒等）、致病菌（如霍乱弧菌等）、病原原生动物及病原蠕虫（如蛔虫等）等。PCR技术不仅运用广泛，还可以提高检测的速度，极大地提高了工作效率。
3.2 微生物传感器技术
传感器技术主要利用特异性识别所测变化的感应装置进行监测，从而产生可测的信号。而微生物传感器则是用活细胞作为监测的系统，其最大的优点便是作为一个单细胞的传感器，可以最大面积地与污染物相接触，真实直接地反映污染的危害。据研究发现，生物传感器不仅可以用于检测水质的常规污染指标，还可以检测某种或某一类有毒有害的污染物，如杀虫剂、除草剂、重金属等。
近年来，由于微生物传感器技术可以提供灵敏、快速、简洁、特定和低水平的检测，已被广泛用于检测各种有毒物质，例如在环境监测领域对水体污染物进行检测。现如今用于微生物细胞传感器的宿主细菌基本上是大肠杆菌。如果将它们连接到计算机提供数据，将进一步促进微生物传感器的应用。相信随着相关学科的发展，它们将能够更加真实地反映检测到的物质状况。
3.3 酶免疫监测的运用
酶免疫监测技术通过检测酶的方式，筛选出水体环境中的污染物，其主要是基于抗原抗体反应的特异性。在酶免疫监测技术中，酶主要用作标记，当它与已知抗体结合时，此类抗体可以用作一种标准化的试剂或利用酶的标记物来识别一些未知的抗原。在特定的使用过程中，可以对水样进行测试，主要通过使用流动注射法进行。采用流动注射的方式把特异性抗体固定到专门的膜上，在某些溶液经过膜后，可以对荧光产物进行荧光测量，及时地记录每一项测量结果，并且在测试每个样品时都要更换一个新的膜并继续执行。 4 微生物用于水体环境监测的发展趋势
当前广泛应用于监测饮用水中病原菌的方法即大肠杆菌指示法，其方便快速，但是仍会受粪菌群存活率等的影响。研究人员尝试用噬菌体代替大腸杆菌来指示饮用水中病毒污染。水的质量也可以通过用环氧树脂玻璃纤维器或滤膜等多种方法鉴定水中病毒。
应用最为广泛的发光细菌是明亮发光杆菌，可用于监测各种水体。气体中的可溶性有毒物质可以被吸收并溶解在溶液中，从而观察对发光细菌的影响。试验中一般采用明亮发光杆菌作为试验菌种。中国学者曾利用从青海湖裸鲤体内分离出的一株青海弧菌作试验菌，成功地制成了简便、快速、廉价独特的冻干菌粉产品。通过添加复苏液几分钟激活后，在半小时内便可以测量水质的污染数据，十分方便。由于发光细菌在毒性环境中的生理代谢受到一定的抑制，发光信号也随之降低，故人们又通过各种基因工程手段，制成了半特异性以及特异性的微生物细胞传感器工程菌株。这种微生物细胞传感器技术已经被商业化开发，并广泛应用于环境监测的各个方面。
5 结语
水污染造成的危害与人类的生活息息相关，其引起的疾病也已受到人们的重视。水环境监测是了解水环境现状的重要手段，作为联系水污染物与生物效应之间的纽带，微生物监测技术不仅可以揭示环境样品和生物体内污染物的浓度，还可以反映污染物的毒性。它已经成为了污染物暴露与影响的最灵敏指标。其对环境污染的探索和快速筛查、环境健康的风险评估和污染物长期毒性效应的早期预测具有重要意义，因此在环境监测中显得至关重要。由于微生物长期生活于自然环境之中，它们不但能对多种污染物做出综合反映，而且能对污染物的历史状况做出反映，因此在水质环境监测中有必要加强微生物监测分析。
参考文献
[1] 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].第二版.北京：中国环境科学出版社，1990.
[2] 周斯跃.水污染处理中微生物检测技术的应用[J].科技展望，2015，（35）：131.
[3] 刘瑾.水质污染中的微生物监测[J].甘肃科技，2012（11）：49-51.
[4] 张雯，钱如嫣.生物监测在水环境监测中的应用效果[J].居舍，2018（18）：172.
[5] 梁其林.水环境监测中生物监测技术的应用及发展前景[J].资源节约与环保，2019（6）：54.
[6] 马宁，肖利红.不同污染指示菌对河流的细菌学评价[J].环境监测管理与技术，2002（1）：27-29.
责任编辑：黄艳飞
关键词 环境监测;微生物监测;水体污染
中图分类号：X83 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）03–0141–02
0 前言
据有关数据显示，我国水资源总量已达6 380亿。但是在过去的30 a里，我国水环境污染和富营养化问题越来越严重[1]。2007年，太湖地区的大型藻类爆发事件更是令人触目惊心，其直接影响了整个流域的可持续发展，并且给自然界乃至人类的生命和身体健康带来了潜在的危害。正因如此，人类环境保护的意识正在逐步加强。
随着现代科学和技术的不断进步，人类在水体污染防治方面的探索越來越深入，由于微生物细胞和水体环境之间的相互接触具有极高的直接性和敏感度，因此微生物已经逐渐发展成为水体污染防治监测中一类非常重要的指示生物。
1 水质检测指标
水质判断是有依据的，水质监测的指标除了一般指标和水质污染度指标外，还有水质污染成分指标和生物指标。水质的一般指标包括温度、DO、色度、浊度等;水质的污染度指标一般包括BOD、TOC等;水质污染成分包括重金属如Cr、Pb、Hg等及氰化物类;水质的生物指标包括大肠杆菌、细菌总数等。这些具体指标与水质密切相关，任何指标超过一定的范围都会对水质造成严重影响，导致水污染[2]。
2 应用于环境中水体监测的主要方法
现如今，对于水体污染的监测主要有化学、物理和生物方法3种。其中，生物学检验方法又包括指示生物法、群落结构法、生物测试法、残毒测定法、细菌学检验法[3]，这些都被认为是可以判断环境污染的重要方法。
2.1 细菌总数和粪便污染指示菌监测水质
目前最常见的一种生物监测技术就是微生物监测。进行微生物监测时，把微生物群落放置在被监测的水环境之中，根据微生物的生活习性与种群数量对水体受污染的程度进行量化。为了了解所测水体的受污染程度，检测人员需对水体中的微生物的数量和频率进行记录[4]。在使用微生物监测方法时，最常用的微生物主要是真菌、细菌、原生动物和小型海藻。以聚氨酯塑料为基质，收集水中的微生物，然后根据微生物种群算法来计算水体中的微生物数量。最后，根据国家制定的统一微生物监测标准来判断水体的污染情况[5]。
粪便污染指示细菌是指示水体已被粪便污染的指示剂。根据专业人员的分析和测定结果，人及温血动物的粪便是该类菌群的主要来源，因此一般认为采用大肠菌群作为指标较为合适。作为肠道中最常见也是最丰富的细菌种类之一，大肠菌群具有十分强的抗逆性，并且其在水中的数量与肠道中致病菌的数量呈现一定的相关性[6]。
2.2 发光细菌检测水体中毒物
在传统的生物监测中，大多以水蚤、藻类或鱼类等作为被测试的对象，往往具有实验周期长、实验过程繁琐等缺点。为了弥补传统方法的不足，人们研发了一种新型的生物毒性监测方法——发光细菌法。
作为一类非致病的革兰氏阴性兼性厌氧细菌，发光细菌内部含有荧光素和荧光酶等发光物质。在合适的条件下，选定的发光细菌菌株会发出恒定量的光作为代谢副产物，而接触了有毒的物质后，光的强度会迅速降低，降低的程度与有毒物质的浓度成正比。该方法可以在2～5 h内获得数据，与96 h急性鱼毒性测试相比，细菌测试在灵敏度方面比其他测试优越，同时执行更简单、更快捷。单独分析某种污染物毒性在实际操作中几乎没有意义，这是由于在实际情况中，混合废水的污染物往往组成复杂。污染物之间的累加和拮抗作用，使得各种污染物毒性的简单相加并不代表该废水的综合毒性。因此，综合毒性可以通过发光细菌法来确定。
若要了解特定物质对水体污染的影响，则需要采取更为具体的措施。随着技术的不断发展，发光细菌法正在尝试与光电技术和生物传感技术相结合，以逐步实现在线监测，为监测水质提供更多更先进的手段和方法。
3 微生物应用于监测水体污染的重要技术
虽然微生物监测技术在准确表达特定污染水程度方面有待提高，但其在水污染处理的过程中仍然占有特殊的地位。
3.1 PCR技术
PCR技术利用DNA在体外具有“高温变性”、“低温复性”和“中温延伸”的规律，而被广泛应用于环境监测领域。该技术用于监测水中病毒（如埃可病毒等）、致病菌（如霍乱弧菌等）、病原原生动物及病原蠕虫（如蛔虫等）等。PCR技术不仅运用广泛，还可以提高检测的速度，极大地提高了工作效率。
3.2 微生物传感器技术
传感器技术主要利用特异性识别所测变化的感应装置进行监测，从而产生可测的信号。而微生物传感器则是用活细胞作为监测的系统，其最大的优点便是作为一个单细胞的传感器，可以最大面积地与污染物相接触，真实直接地反映污染的危害。据研究发现，生物传感器不仅可以用于检测水质的常规污染指标，还可以检测某种或某一类有毒有害的污染物，如杀虫剂、除草剂、重金属等。
近年来，由于微生物传感器技术可以提供灵敏、快速、简洁、特定和低水平的检测，已被广泛用于检测各种有毒物质，例如在环境监测领域对水体污染物进行检测。现如今用于微生物细胞传感器的宿主细菌基本上是大肠杆菌。如果将它们连接到计算机提供数据，将进一步促进微生物传感器的应用。相信随着相关学科的发展，它们将能够更加真实地反映检测到的物质状况。
3.3 酶免疫监测的运用
酶免疫监测技术通过检测酶的方式，筛选出水体环境中的污染物，其主要是基于抗原抗体反应的特异性。在酶免疫监测技术中，酶主要用作标记，当它与已知抗体结合时，此类抗体可以用作一种标准化的试剂或利用酶的标记物来识别一些未知的抗原。在特定的使用过程中，可以对水样进行测试，主要通过使用流动注射法进行。采用流动注射的方式把特异性抗体固定到专门的膜上，在某些溶液经过膜后，可以对荧光产物进行荧光测量，及时地记录每一项测量结果，并且在测试每个样品时都要更换一个新的膜并继续执行。 4 微生物用于水体环境监测的发展趋势
当前广泛应用于监测饮用水中病原菌的方法即大肠杆菌指示法，其方便快速，但是仍会受粪菌群存活率等的影响。研究人员尝试用噬菌体代替大腸杆菌来指示饮用水中病毒污染。水的质量也可以通过用环氧树脂玻璃纤维器或滤膜等多种方法鉴定水中病毒。
应用最为广泛的发光细菌是明亮发光杆菌，可用于监测各种水体。气体中的可溶性有毒物质可以被吸收并溶解在溶液中，从而观察对发光细菌的影响。试验中一般采用明亮发光杆菌作为试验菌种。中国学者曾利用从青海湖裸鲤体内分离出的一株青海弧菌作试验菌，成功地制成了简便、快速、廉价独特的冻干菌粉产品。通过添加复苏液几分钟激活后，在半小时内便可以测量水质的污染数据，十分方便。由于发光细菌在毒性环境中的生理代谢受到一定的抑制，发光信号也随之降低，故人们又通过各种基因工程手段，制成了半特异性以及特异性的微生物细胞传感器工程菌株。这种微生物细胞传感器技术已经被商业化开发，并广泛应用于环境监测的各个方面。
5 结语
水污染造成的危害与人类的生活息息相关，其引起的疾病也已受到人们的重视。水环境监测是了解水环境现状的重要手段，作为联系水污染物与生物效应之间的纽带，微生物监测技术不仅可以揭示环境样品和生物体内污染物的浓度，还可以反映污染物的毒性。它已经成为了污染物暴露与影响的最灵敏指标。其对环境污染的探索和快速筛查、环境健康的风险评估和污染物长期毒性效应的早期预测具有重要意义，因此在环境监测中显得至关重要。由于微生物长期生活于自然环境之中，它们不但能对多种污染物做出综合反映，而且能对污染物的历史状况做出反映，因此在水质环境监测中有必要加强微生物监测分析。
参考文献
[1] 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].第二版.北京：中国环境科学出版社，1990.
[2] 周斯跃.水污染处理中微生物检测技术的应用[J].科技展望，2015，（35）：131.
[3] 刘瑾.水质污染中的微生物监测[J].甘肃科技，2012（11）：49-51.
[4] 张雯，钱如嫣.生物监测在水环境监测中的应用效果[J].居舍，2018（18）：172.
[5] 梁其林.水环境监测中生物监测技术的应用及发展前景[J].资源节约与环保，2019（6）：54.
[6] 马宁，肖利红.不同污染指示菌对河流的细菌学评价[J].环境监测管理与技术，2002（1）：27-29.
责任编辑：黄艳飞