水環境監測中生物監測技術分析

李迎迎

（徐州市新沂環境監測站，江蘇 新沂 221400）

伴隨我國經濟的飛速發展，科技發展速度也相對較快，人們的生活水平隨之不斷提高，人們愈發重視自身的身體健康，但同時，生態環境也遭受到了較為嚴重的破壞。水環境中污染物逐漸增多，對水質的影響越來越嚴重。如今，生物監測技術與之前相比已經有了很大的進步，可有效監測各類環境，找出影響環境整體質量的多種要素。為了有效地發揮出水環境生物監測技術的作用，監測人員將該技術運用到水環境監測中，可有效探測出不同生物體受污染程度，幫助相關部門更好地制定出改善水環境質量的有效對策。

1 生物監測技術的基本原理

生物體自身與其生存的客觀環境是密切相關的，它們彼此互相影響，相互制約，相互依存。當某種污染物進入到生物賴以生存的客觀環境中，被這些生物細胞所吸收進而在生物體內發生一系列遷移、聚集、繁殖等新陳代謝過程。生物體隨之受到污染，出現一些相應疾病的癥狀。生物敏感性監測診斷技術其實就是人們利用某些生物對各種污染物成分或環境變化過程中所產生的一系列敏感性生理反應，對環境污染程度進行判斷的另外一種醫學方法。舉例來說，水環境長期受到嚴重污染、侵襲時，生活棲息在水域中的許多魚類生物的反應是十分的敏感的，其呼吸頻率強弱變化很明顯，當某些污染物累積達到或超過一定限制濃度時，魚類生物就會逐漸出現缺氧中毒，甚至死亡的現象。這時，我們可以進一步通過觀察魚類鰓的變化，來分析判斷其受外來污染物影響前后呼吸運動頻率的變化特征，以分析判斷這些污染物釋放的生物毒性。

2 生物監測技術的工作機制

在水環境中存在不同種類的生物體，如微生物類、藻類與魚類等。水環境與水生物帶有極強的依附性，若水環境發生改變，會對水生物的生存空間產生極大影響。在水環境遭受污染后，生物在吸收此類污染物質后又以食物鏈的形式間接傳染給人類，給人體健康帶來較大威脅。為此，相關人員要重視生物監測技術的應用，應利用生物監測技術快速分析與監測水生物的具體變化，并準確監測水生物體內的污染物種類與污染程度，該類監測技術的準確性較高。從目前的實際情況來看，運用生物監測技術可精準反映出水環境內每項污染物的實際情況和發展趨勢，且具有投入成本低、反應速度快等優勢，在應用該項技術的過程中，相關人員需對該環境下的污染物濃度進行精準的數值計算，并結合監測標準找出不同污染物給環境造成的影響[1-2]。

3 生物監測技術存在的問題

隨著經濟的發展和科學技術的進步，如今的生物監測技術存在的問題已經不能和之前同日而語。雖然生物監測技術的應用越來越廣泛，但是目前來看其自身還存在較多的問題亟待改善，這些問題也使得生物監測技術的使用受到一定的限制。

3.1 生物監測法不統一

雖然生物監測能夠充分反映出區域環境問題以及水資源問題，但是由于其自身的特點與性質，導致它在使用的過程中會受到自身和技術方面的限制，甚至如今的生物監測方法仍然不統一，使得生物監測在當前環境監測中的作用受到一定的影響，只能當做引導性的監測方法。從目前針對生物群落的監測來看，它沒有對范圍和量化標準進行明確的規定，雖然一些先進國家已經建立相應的評價體系，但是由于生物分布不夠穩定，同時還會受到一些其他因素的影響，使得評價僅在一些固定的區域有效果。盡管生物監測技術能夠對污染物濃度作出反應，準確獲得一些污染數據和信息，但是由于一些其他因素的影響以及自身的特性，使得其在使用中還存在較多的問題，不能將其自身的優勢全部發揮出來。

3.2 生物監測的復雜性

復雜性是生物監測技術的明顯特點，而且生態系統中的同種生物在不同環境及不同區域都會受到不同的影響，它們對于污染物的承受能力也有所不同，在不同的時間以及生物的各個生長階段會形成不同的反應。相關工作人員應深刻了解生物監測技術復雜性的特點，并根據這種特點合理地將其有效運用在當前的環境監測中，并提出科學的生物監測方案。相關工作人員需要結合實際情況進行調查，同時還要分析不同區域的生物動態，明確生物自身所處的生長階段。生物監測過程中所獲取的大量數據和信息，是保證數據有效性和可靠性的前提。

3.3 監測結果未得到有效應用

生物監測結果能夠幫助我們縮小污染區域與范圍。環境對于生物的成長有一定的銜接性，環境污染是具有隱蔽性的，在短期內很難發現，而且污染物具有持久性、復雜性等特點，只依靠簡單的技術很難對污染物進行細節分析。生物監測需要長期運用才有效果，生物監測技術在使用過程中結合其他監測技術運用效果更加理想，但就目前的實際情況看，并沒有將這一工作有效落實，缺少對區域環境的整體評價，沒有對監測結果進行有效的應用[3]。

4 生物監測技術在水環境監測中的實際應用

4.1 微生物監測技術

4.1.1 聚合酶鏈反應

聚合酶鏈反應作為微生物監測技術中的一種，在采用聚合酶鏈反應技術時，其能夠解決傳統水環境監測問題，具體可以通過以下幾個步驟進行：首先，相關人員應借助高溫條件將水環境中的DNA進行適時整合，將其轉化為單鏈形式，在該類溫度中單鏈與聚合酶鏈反應會形成互補配對。其次，工作人員應及時調整溫度，將水環境中的溫度轉化成與聚合酶鏈反應、DNA相適應的溫度，DNA內部的聚合酶會根據磷酸到五碳糖的方位來完成互補，繼而生成一套互補鏈。最后，完成聚合酶的提煉工作。將該類物質放置到聚合酶鏈反應中，可適時觀測到不同微生物體內的污染物類型，該類方式的關鍵性內容為溫度管控。在實際應用聚合酶鏈反應的過程中，監測人員應利用重復性控制、溫度變性控制來有效控制微生物合成的DNA，從而有效完成微生物污染的監測工作。

4.1.2 生物傳感技術

在實驗室利用生物傳感技術試驗期間，工作人員要熟練運用對某種生物物質變化高度敏感的便攜式測試計量儀器，快速將在微生物樣本體內發生的藥物濃度值轉化輸出為生物電信號，該測試技術采用的測試核心設備皆為高精度生物傳感器。在一組正常功能的生物傳感器陣列內，其所主要配備的功能識別類元件為信號采集放大轉換裝置、性能檢測識別類元件與物理化特性換能器組等，各項裝置具備的功能元件皆同時具有微生物自動監測、轉換信息與實時接收有關生物變化信號的能力，此類微生物傳感器一般可長期固定在某特定微生物功能器官結構中，進而有效增強其整體靈敏度，有效完成對微生物的監測，并獲得適宜的監測效果。生物傳感技術能適時簡化污染監測中的多項步驟，切實保證了水環境污染的治理效果得到高效改善。一般來講，在應用生物傳感技術的過程中，參與測試的人員應明確監測原則，也就是建立敏感反應機制，找出生物敏感材料的制備方法，在進行化學物質到電流的轉化時，需利用性能較佳的信號處理電路，從而有效提升分子識別效果，增強微生物監測水平[4]。

4.2 發光細菌的監測技術

4.2.1 發光細菌的種類

發光細菌監測技術也是生物監測技術中的一種。發光細菌為在正常的水環境條件中體內帶有熒光性質的細菌，在海洋環境中該類細菌的分布較廣泛。發光細菌的主要名稱為革蘭氏陰性類細菌，其具有極強的厭氧性，在其端部有著若干鞭毛，不存在孢子與莢膜，此類細菌內部的霍亂弧菌與青海弧菌都屬于發光細菌。相關人員需借助發光試驗來監測此類細菌。具體來說，在開展實際監測時，相關人員需將溫度調整到與該類細菌相適應的條件，從而保證發光細菌能夠積極發揮作用。

4.2.2 以發光細菌為主的監測技術原理

在監測發光細菌的過程中，相關人員應找出該類細菌監測工作的發光機理，雖然目前發光細菌的種類較多，但發光機理都是相同的，可減輕工作人員的監測負擔。針對發光細菌內的發光機理，其內部的長鏈脂肪醛與單核酸在進行分子態氧化還原時，會遭受細菌中熒光素酶的催化效應，在反應過程中形成的能量會適時釋放出綠藍色光，此類光并非為滲透反應中出現的ATP或是以能量為基礎的質子梯度，而是在反應能量中出現的光，因此，利用該光的形態與顏色，監測人員可精準判斷發光細菌的類型與具體特征，為此類污染物質的解決提供了有效途徑。

此外，在應用發光細菌監測技術的過程中，若該技術遭遇有毒污染物，其發光強度會受到不同程度的抑制，其毒性大小、污染物成分與抑制的效果呈現負性相關，相關污染物會借用發光反應酶與發光代謝來形成抑制性關系，相關人員可借助發光強度的變化來完成污染物的監測工作。

4.3 生物行為反應下的監測技術

在運用生物行為反應類監測技術時，相關人員可依照不同生物的反應行為來判定其內部的水體污染，確認污染物的污染濃度，并設置適宜的預警機制。一般來講，監測人員在探測水體的污染程度時可適時評估該水環境中各類生物的生理變化與反應行為，常見的指示性生物為水蚤與魚類。斑馬魚屬淡水魚的一種，其對水質有較高的要求，也就是說可將其當作與水環境監測相關的指示生物，將該魚類當作指示性生物后，監測人員可運用半靜態法來探究該水體中可能存有的有毒性物質，重金屬離子會對斑馬魚造成不同程度的損傷，表現在其體內的過氧化氫酶與毒性，因而利用斑馬魚可適時探測出該水體的污染程度。相關人員在開展指示生物的監測時需保證持續性，即二十四小時不間斷地進行監測，精準發現并分析其對應的活動路徑，從而使監測工作變得更為精準。在進行正常的水環境監測期間，若發現生物存有異常反應，除了要進行及時記錄外，還要制定適宜的預警系統，借用該系統來發出警告信號[5]。

4.4 底棲動物類監測技術

在研究海洋生物體內的污染時，監測人員應找出適宜的指示生物，比如，在生物反應監測技術中利用高頻電磁感應可精準探測出水蚤與魚類體內的污染程度，而在使用兩棲動物或底棲動物類監測技術時，可將多項指數看作指示類生物，如多樣性群落指數、生物指數與腐殖質指數等，該類指數的變化會給水環境造成較大影響。比如，監測人員為了解兩棲動物體內的污染物質，在應用相關監測技術時選取了腐殖質指數，借助對該項指數的評價來了解當前的水體環境。在提取腐殖質指數的過程中，監測人員利用網絡信息技術搭建起適宜的生物物體監測平臺，利用多項創新技術找出不同生物體內的腐殖質，再借用相關試驗對該類指數進行評估，嚴格控制監測過程中的各項環節，避免相關環節的遺漏，利用該類監測技術，有效增強了評估指數的合理性、可靠性。此外，監測人員還可利用生物活性來研究水環境中的污染狀況，借助不同類型的傳感器技術完成生物體內的探測，通過對其體內高分子的分析，提升水環境評價的精準度。

4.5 基因工程技術

基因工程技術是指在環境污染處理中將相應的基因進行改良或重組，再對污染物進行處理，它可以高效地提升微生物的降解能力，來降解一些污染物，再通過氧酶和雙氧酶對污染物進行處理，對石油等污染物的處理具有較好的效果。基因工程技術利用DNA重組技術將基因轉入到受體植物體內，再利用轉基因技術降解一些污物。該項技術具有極高的穩定性，同時能夠改變污染物的調控方式，高效地加強污染物的代謝，提高污染物的分解效率，積極地發揮其自身的作用。

4.6 電泳分離純化技術

電泳是當前核酸研究中比較常見的方法，同時也是基因工程比較常見的一項技術。電泳分離純化可以利用電場進行銜接，從而將電離子與電性形成相反的電極移動，該現象被稱之為電泳。在日常生活中，比較常見的電泳包括瓊脂凝膠電泳和聚丙烯酰胺電泳。其中單細胞電泳是利用生物學的變形條件形成整體結構的改變，這樣使得解鏈形成不同的程度的連接，再通過分子標記進行全面檢測。如果運用單細胞凝膠電泳技術對細胞進行檢測與修復，則會出現一些其他的問題。一般情況下該項技術可以運用于微生物的處理，可以對自然環境情況進行及時的分析，還可以針對一些廢水進行處理，及時分析出生物的動態情況以及種類樣數。

4.7 生物傳感器技術

生物監測技術是環境監測領域中運用最為廣泛的一項技術。它能將生物反應轉化為信號，再將信號傳遞給生物傳感器。它利用了生物學的各項原理，能夠更好地去識別監測物體。它利用識別和感知對監測目標進行鑒別，并通過相應的規律實現各部分的轉化，從而實現器件和裝置的調整。生物傳感器一般分為細胞膜傳感器、酶傳感器以及細胞傳感器等，其工作原理是通過微生物形成一種混合菌種的微生物電極。由于水中物質降解代謝反應，導致水中的微生物內外呼吸方式發生 變化，一般可以根據電流信號情況來進行鑒別。生物傳感器還能鑒定一些金屬類的污染物，利用檢測的方式對金屬情況作出分析，以此確保金屬的元素內容。

5 結論

綜上所述，我國一直踐行的是可持續性發展的戰略，我國的每一位公民應該認識到生態環境保護的積極意義和重要作用，并積極加強對生物監測技術的應用與研究，進而實現生態環境的改善與提高。