水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用分析

陶麗平（郴州市環(huán)境監(jiān)測站，湖南 郴州 423000）

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水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用分析

陶麗平（郴州市環(huán)境監(jiān)測站，湖南 郴州 423000）

生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用原則是當(dāng)水環(huán)境污染物還沒有達(dá)到危害生態(tài)系統(tǒng)的程度時(shí)，快速、高效的監(jiān)測出有害物質(zhì)，避免出現(xiàn)水環(huán)境污染問題。對此，本文首先介紹了幾種常見的生物監(jiān)測技術(shù)，然后對其在水環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

水環(huán)境監(jiān)測；生物監(jiān)測技術(shù)；應(yīng)用

1　引言

新時(shí)期，我國工業(yè)化發(fā)展迅速，但是工業(yè)化發(fā)展給環(huán)境帶來了很大的壓力，尤其是我國水環(huán)境安全正在面臨巨大的污染威脅。水環(huán)境監(jiān)測是檢測水環(huán)境質(zhì)量和治理水環(huán)境的重要方式，通過水環(huán)境監(jiān)測，能夠及時(shí)找到污染物并進(jìn)行治理，因此對于保障用水安全至關(guān)重要。

2　生物監(jiān)測的特點(diǎn)

生態(tài)環(huán)境受到污染后，生物生長也會受到影響，將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境管理中，能夠取得顯著的效果。生物在生長期間受環(huán)境影響嚴(yán)重，如果周圍環(huán)境中含有污染物質(zhì)，生物物種可能會出現(xiàn)病變或者基因突變的情況，但環(huán)境污染問題通常是在小范圍內(nèi)發(fā)生，在選擇取樣檢測點(diǎn)時(shí)，要考慮實(shí)際情況，根據(jù)可能造成的環(huán)境污染，有針對性的選擇測試點(diǎn)，這種能夠確保結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。生物檢測能夠反映一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境變化情況，幫助環(huán)保工作人員明確檢測現(xiàn)場存在的污染物質(zhì)種類，有針對性的開展治理工作。例如，在對水體進(jìn)行檢測時(shí)，可以對內(nèi)部生物生長情況進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣所得到的結(jié)果更全面。開展生物監(jiān)測不能局限于檢測區(qū)域內(nèi)的物種，更要結(jié)合周邊環(huán)境情況來進(jìn)行，生態(tài)環(huán)境影響是相互的。

3　生物環(huán)境監(jiān)測方法

3.1微生物監(jiān)測法

微生物群落監(jiān)測法是發(fā)展應(yīng)用較早的生物監(jiān)測方法，主要是監(jiān)測微型生物（含細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物等）在水環(huán)境中出現(xiàn)的物種頻率或者相對數(shù)量，然后通過數(shù)學(xué)計(jì)算統(tǒng)計(jì)得出的分布指數(shù)，以此為指標(biāo)評價(jià)水污染程度。研究人員通過利用聚氨酯塑料塊為基質(zhì)，采集水體中的微型生物，然后統(tǒng)計(jì)分析收集到的微生物群落各種參數(shù)，以評價(jià)水質(zhì)的污染狀況。我國研究人員通過對微生物群落監(jiān)測法進(jìn)行修正和改進(jìn)，提出了與化學(xué)監(jiān)測參數(shù)有顯著相關(guān)性的四個(gè)生物學(xué)參數(shù)，即原生動物種數(shù)、植鞭毛蟲百分比、多樣性指數(shù)和異養(yǎng)性指數(shù)，發(fā)展和建立適用于我國生態(tài)環(huán)境的微生物群落監(jiān)測方法，并成為我國第一個(gè)自行制訂的生物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。另外，通過改進(jìn)微生物監(jiān)測裝置，采用瓶裝聚氨酯泡沫塑料塊消除海洋潮汐流和環(huán)流的影響，能夠有效監(jiān)測海水環(huán)境中的微型生物。

隨著微生物群落監(jiān)測法的發(fā)展，數(shù)學(xué)分析在微生物群落監(jiān)測法發(fā)揮的作用也越來越明顯。數(shù)學(xué)分析以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展有利于在更大范圍內(nèi)揭示生物群落參數(shù)的變化規(guī)律，使微生物群落監(jiān)測法的使用范圍更加廣泛，而且還能夠保證監(jiān)測結(jié)果的精確性。

3.2發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測法

發(fā)光細(xì)菌法是一種發(fā)展比較成熟的生物監(jiān)測方法，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測中。通過發(fā)光細(xì)菌，能夠監(jiān)測出水樣中大部分有毒物質(zhì)。研究人員利用費(fèi)氏弧菌的細(xì)胞發(fā)光特性，設(shè)計(jì)出一種水質(zhì)毒性檢測儀，可用來測定水環(huán)境污染物綜合毒性水平，并且通過選用遺傳改造的發(fā)光細(xì)菌Acinetobactersp.RecA作為指示物種，建立起污染物遺傳毒性快速檢測方法，通過這一方法，能夠在3h內(nèi)獲得毒性評價(jià)結(jié)果。

發(fā)光細(xì)菌法在有機(jī)物及重金屬等毒性物質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，但其本身也存在操作繁瑣、誤差較大等問題。電子技術(shù)的發(fā)展為發(fā)光細(xì)菌法的研究和應(yīng)用提供了保證，結(jié)合熒光光度法、紫外分光光度法等儀器方法以及基因操作技術(shù)，發(fā)光細(xì)菌法將有更加廣泛的發(fā)展和應(yīng)用空間。

3.3生物行為反應(yīng)監(jiān)測法

生物行為反應(yīng)監(jiān)測是通過生物受到污染物質(zhì)危害后所產(chǎn)生的趨利避害的行為反應(yīng)或生理機(jī)能的變化，來評價(jià)水體污染情況，確定污染物安全濃度，并及時(shí)做出預(yù)警響應(yīng)的方法。常用的環(huán)境監(jiān)測水生生物主要有魚類、雙殼軟體動物以及水蚤等，其中魚類作為環(huán)境監(jiān)測的指示生物最為常用。

斑馬魚是一種對水質(zhì)非常敏感的熱帶淡水魚，一旦水體發(fā)生污染，就會在幾分鐘內(nèi)做出相應(yīng)的行為反應(yīng)，因此是一種非常好的環(huán)境監(jiān)測生物。斑馬魚的基因與人類基因有較高的相似度，以斑馬魚為指示物得出的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，多數(shù)情況下都適用于人類。研究人員采用半靜態(tài)法以斑馬魚為受試生物研究重金屬對水生生物的綜合毒性作用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重金屬離子Cu2+、Cd2+和Cr6+對斑馬魚具有的不同毒性作用，斑馬魚體內(nèi)過氧化氫酶CAT活性與Cu2+、Cd2+和Cr6+濃度均具有顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系，因此可以用斑馬魚為指示生物來監(jiān)測重金屬污染。另外，還有采用鯉魚、金魚等作為監(jiān)測生物的報(bào)道，根據(jù)魚的呼吸變化指示有毒環(huán)境，研究人員發(fā)現(xiàn)在有污染物存在的情況下，魚鰓呼吸加快且無規(guī)律。在進(jìn)行生物毒性分級時(shí)，可以時(shí)間為變量，即通過多種小型組合魚在污染源廢水原液中的半致死時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。

魚類多用于淡水環(huán)境下的生物監(jiān)測，而在海洋中一般利用雙殼類生物活體對水體污染做出的生理或行為響應(yīng)，國外已經(jīng)取得較好的研究進(jìn)展和應(yīng)用示范。國外研究人員將電磁感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于貽貝雙殼距離變化的監(jiān)測作為水體毒性狀況指示，通過高頻電磁感應(yīng)系統(tǒng)監(jiān)測貝類運(yùn)動，能夠有效提高監(jiān)測效率。

除了魚類和雙殼貝類，水蚤也常被用作生物監(jiān)測的指示生物，水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)使用光電檢測器來測算出水蚤的位移能力，由此判斷水蚤的生命活動，從而得知水質(zhì)受污染狀況。另外，水蚤的死亡率或繁殖能力也可作為污染物毒性的測試指標(biāo)。

3.4底棲動物和兩棲動物監(jiān)測法

底棲動物和兩棲動物也適用于生物監(jiān)測的指示生物，利用指示生物在水體中的出現(xiàn)或消失、數(shù)量的多少來監(jiān)測水質(zhì)。用于底棲動物水質(zhì)評價(jià)參數(shù)主要有 Saprobic指數(shù)、BI指數(shù)（BioticIndex）和群落多樣性指數(shù)。其中，Saprobic指數(shù)和BI指數(shù)已經(jīng)被歐美等國家列為重要的水質(zhì)生物評價(jià)指數(shù)，但在國內(nèi)尚缺乏類似的生物指數(shù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范。例如：研究人員通過利用底棲動物完整性指數(shù)對太湖生態(tài)健康進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)連續(xù)觀察采集數(shù)據(jù)可提高評價(jià)指數(shù)的可靠性和結(jié)果的合理性。利用兩棲類動物行為以及生理指標(biāo)也可以監(jiān)控水體質(zhì)量，尤其是其在發(fā)育過程中對環(huán)境因子變化敏感。

4　發(fā)光細(xì)菌法在水環(huán)境毒性監(jiān)測中的應(yīng)用實(shí)例

4.1對于突發(fā)性水質(zhì)污染事件的應(yīng)急檢測

在發(fā)生地震、危險(xiǎn)藥品傾倒、投毒等突發(fā)性水質(zhì)污染事件時(shí)，發(fā)光細(xì)菌法便捷性的優(yōu)點(diǎn)就會得到體現(xiàn)。在污染發(fā)生后，利用發(fā)光細(xì)菌進(jìn)行快速檢測，能迅速對污染找到應(yīng)急對策。一般進(jìn)行一次發(fā)光細(xì)菌對污染物的檢測，約需要15min～1h左右，檢測周期比傳統(tǒng)生物檢測周期縮短很多。

4.2用于致癌物質(zhì)生物毒性檢測

含氮雜環(huán)化合物在食品工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、石油工業(yè)所排出的廢水中都可以檢測的到。大多數(shù)含氮雜環(huán)化合物屬于致癌、致突變、致畸變“三致”物質(zhì)，難以被自然界的微生物所降解。利用發(fā)光細(xì)菌法檢測時(shí)，選用發(fā)光細(xì)菌的暗光突變種，或用基因工程的技術(shù)，將發(fā)光菌的發(fā)光基因——lux基因轉(zhuǎn)到檢測“三致”試驗(yàn)的鼠傷寒沙門氏菌的細(xì)胞內(nèi)，使其也能夠發(fā)出熒光，而且檢測時(shí)間由48h減少至12h，速度快，成本低。

4.3用于檢測水中重金屬生物毒性

研究人員研究了銅、鋅、鎘、汞4種金屬對于青海孤菌（Q67菌株）的毒性作用。根據(jù)研究表明，這4種重金屬對Q67菌株產(chǎn)生毒性的大小依次為汞＞鎘＞鋅＞銅。進(jìn)行聯(lián)合毒性試驗(yàn)表明，鋅和鎘混合對君主是拮抗作用，鋅與銅則是加和作用，銅與鎘、銅與汞、鋅與汞、鎘與汞均是協(xié)同作用。另外，研究人員還利用明亮發(fā)桿菌T3變種作為測試菌種，以Hg2+、As3+、Cr6+3者的EC50值分別為0.16mg/L、1.77mg/L和7.54mg/L，氧化樂果、敵敵畏的EC50分別為604.89mg/L和748.54mg/L，發(fā)光細(xì)菌的相對發(fā)光率與重金屬的濃度和農(nóng)藥的體積分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。研究人員通過基因工程手段獲得的重組型發(fā)光細(xì)菌建立了一種監(jiān)測地下水中As3+濃度的方法。該細(xì)菌在As3+的誘導(dǎo)下發(fā)出熒光，且在As3+的濃度處于10～100μg/L之間時(shí)，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度與As3+的濃度呈線性關(guān)系。

5　結(jié)語

隨著工業(yè)用水、生活用水、農(nóng)業(yè)用水不合理使用和排放的現(xiàn)象越來越多，水環(huán)境污染也越來也嚴(yán)重，水體監(jiān)測和治理已經(jīng)逐漸成為環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。在水環(huán)境監(jiān)測中，常見的生物監(jiān)測技術(shù)有微生物監(jiān)測技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)、生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)以及動物監(jiān)測技術(shù)，在水環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇具體的生物監(jiān)測技術(shù)，確保其適用性和合理性，這樣才能更加高效、準(zhǔn)確的判斷出水體污染情況。

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［3］周晏敏，袁欣，李彬旭，等.水環(huán)境指示生物篩選及水質(zhì)評價(jià)方法研究［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2015（06）：72.

陶麗平（1969-），女，工程師，大專，從事環(huán)境監(jiān)測工作。

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2095-2066（2016）09-0001-02

2016-3-12