生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

陳玉芳(大興安嶺地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，黑龍江加格達(dá)奇 165000)

生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

陳玉芳
(大興安嶺地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，黑龍江加格達(dá)奇 165000)

通過(guò)介紹微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)、應(yīng)用及當(dāng)前利用的主要方式，探討微生物在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，主要包括探究生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，維持現(xiàn)行生物技術(shù)，開(kāi)發(fā)新的生物能源，監(jiān)測(cè)儀器向組合化發(fā)展，從環(huán)境監(jiān)測(cè)到環(huán)境預(yù)防，發(fā)展完善生物環(huán)境保護(hù)技術(shù)等幾方面。

生物技術(shù)；環(huán)境監(jiān)測(cè) ；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

環(huán)境污染問(wèn)題日益加劇，采用合理有效的監(jiān)測(cè)方法刻不容緩。隨著科學(xué)的進(jìn)步，人類同呼吸，共命運(yùn)，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為全球化問(wèn)題，環(huán)境問(wèn)題的全球化促使各國(guó)聯(lián)合起來(lái)研究更為有效的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。水污染導(dǎo)致魚(yú)蝦大量死亡，居民用水緊張，而水是人生命中不可或缺的物質(zhì)，沒(méi)有水就無(wú)法生存。環(huán)境污染、大氣污染導(dǎo)致居民肺部疾病發(fā)生率顯著增長(zhǎng)。霧霾、PM2.5等都嚴(yán)重威脅人類健康，特別是剛出生的嬰兒，肺部發(fā)育尚不健全，極易受到空氣污染的干擾；土壤污染導(dǎo)致農(nóng)作物大量減產(chǎn)，不僅無(wú)法保證居民的溫飽問(wèn)題，而且不利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致國(guó)家經(jīng)濟(jì)頹廢，無(wú)法向前發(fā)展，因此，環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)世界性、全球性的問(wèn)題。如何開(kāi)發(fā)便捷、高效的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，為環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)依據(jù)，成為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作者追求的目標(biāo)。

微生物監(jiān)測(cè)是利用微生物資源對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)，闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。環(huán)境微生物技術(shù)是利用微生物來(lái)提高環(huán)境質(zhì)量的技術(shù)，其內(nèi)容不僅包括防止污染物進(jìn)入環(huán)境，修復(fù)被污染的環(huán)境和使廢物資源化，還包括環(huán)境的微生物監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)，其快速便捷，可綜合反映出環(huán)境污染的真實(shí)狀況。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)在生物技術(shù)上的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)在生物技術(shù)上的應(yīng)用背景

1.1.1 微生物處理污水技術(shù)

19世紀(jì)末，微生物進(jìn)行污水處理，并取得了階段性勝利，從此，生物技術(shù)處理環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。生物技術(shù)所采取的生物凈化措施確實(shí)發(fā)揮了極好的作用。生物技術(shù)是通過(guò)微生物工程、細(xì)胞工程、酶工程以及基因工程進(jìn)行環(huán)境生物處理。而微生物處理污水技術(shù)，是利用微生物，對(duì)動(dòng)植物體、對(duì)物質(zhì)原料進(jìn)行生產(chǎn)加工，以達(dá)到凈化環(huán)境的作用。

1.1.2 生物凈化

生物凈化是通過(guò)微生物工程或細(xì)胞工程降解和破壞污染物的分子結(jié)構(gòu)，利用微生物工程技術(shù)原理，可對(duì)重金屬、塑料薄膜等垃圾進(jìn)行分解，吸附重金屬中的有害物質(zhì)，消除重金屬污染，還可提出貴重金屬［1-3］。

1.2 生物監(jiān)測(cè)水污染

水污染的指示生物有浮游生物（原生動(dòng)物、藻類）、魚(yú)類、微生物等，通過(guò)監(jiān)測(cè)這些生物體內(nèi)的污染物含量，來(lái)判斷水環(huán)境污染指數(shù)。根據(jù)河流長(zhǎng)度，設(shè)置上、中、下游各個(gè)斷面，采樣地點(diǎn)視水寬、水深等來(lái)確定。對(duì)湖泊入湖區(qū)、中心區(qū)、清潔區(qū)設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)水生物體內(nèi)污染物含量［4，5］。目前，在我國(guó)，用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的生物主要有斑馬魚(yú)和發(fā)光菌等。斑馬魚(yú)用于水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，可以對(duì)急性毒性、慢性毒性及突變性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)慢性毒性的監(jiān)測(cè)效果較好，污染物的相關(guān)毒性在斑馬魚(yú)身上有較好的表現(xiàn)［6，7］。發(fā)光菌法是目前發(fā)展較好的微生物監(jiān)測(cè)方法，利用發(fā)光的微生物菌種對(duì)水質(zhì)的生物毒性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)急性生物毒性，發(fā)光菌遇到強(qiáng)毒性廢水，光亮急劇減弱或消失。但發(fā)光菌菌種較貴，再加上運(yùn)輸途中需要冷凍保溫，限制了其大規(guī)模的推廣和應(yīng)用［8-10］。

1.3 生物監(jiān)測(cè)空氣污染

1.3.1 利用植物監(jiān)測(cè)

各類污染物質(zhì)都有其代表植物，二氧化硫指示植物有白楊、云杉、地衣等，乙烯的指示植物有番茄、黃瓜等，監(jiān)測(cè)方法是將污染物指示植物以盆栽的形式放置在空氣中，一段時(shí)間后觀察植物葉面，查看枯黃情況與程度，得出污染物受害癥狀及程度。但是，植物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)主要表現(xiàn)為長(zhǎng)期、累積性污染，如植物對(duì)于重金屬的吸附和積累、有機(jī)物致使植物發(fā)生基因突變或抑制其生長(zhǎng)，特別是對(duì)重金屬的積累評(píng)價(jià)，可得出長(zhǎng)期的污染效應(yīng)，但對(duì)于突發(fā)性污染表現(xiàn)效果不佳。

1.3.2 動(dòng)物監(jiān)測(cè)

最簡(jiǎn)單直接的方法就是通過(guò)觀察動(dòng)物種群遷徙情況來(lái)判斷空氣污染情況。比如，大型鳥(niǎo)類、昆蟲(chóng)大量遷徙是因?yàn)椴豢叭淌芸諝馕廴?，需要尋找適合自己棲息的環(huán)境。同時(shí)，生態(tài)環(huán)境的變化，也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生遷徙行為，遷出自己原有的棲息地，特別是大量物種的遷徙，需要引起警惕。

2 生物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)已廣泛應(yīng)用生物技術(shù)對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如常規(guī)的糞大腸菌群監(jiān)測(cè)、細(xì)菌總數(shù)監(jiān)測(cè)、底棲生物監(jiān)測(cè)、浮游藻類監(jiān)測(cè)等，技術(shù)相對(duì)成熟。但對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)技術(shù)方法相對(duì)欠缺，不能很好的利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，我國(guó)利用生物對(duì)環(huán)境污染開(kāi)展監(jiān)測(cè)技術(shù)仍處于較低技術(shù)水平，DNA技術(shù)，發(fā)光菌技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)開(kāi)展較少，僅限于水平較高的一級(jí)站及相關(guān)科研單位。在人員方面，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)要求技術(shù)人員具有較高理論和操作水平；在成本方面，生物監(jiān)測(cè)相對(duì)于傳統(tǒng)理化檢測(cè)，且監(jiān)測(cè)成本較大，對(duì)于規(guī)模較小的縣市級(jí)三級(jí)站，運(yùn)行成本較高，不利于大規(guī)模開(kāi)展。

3 環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 探究生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

探討最合適有效的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。環(huán)境監(jiān)測(cè)包括化學(xué)監(jiān)測(cè)、物理監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)及生態(tài)監(jiān)測(cè)，不同環(huán)境問(wèn)題應(yīng)運(yùn)用不同的監(jiān)測(cè)方法，以達(dá)到最佳目的。生物技術(shù)監(jiān)測(cè)采用的是微生物工程、細(xì)胞工程等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)費(fèi)用不高，且可以達(dá)到效果，還可以分解產(chǎn)生其他有利產(chǎn)物，是現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)方法中較為適用的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)方法。如利用著生藻類和底棲生物對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。藻類和底棲生物均具有一定的耐污能力，利用其耐污能力轉(zhuǎn)化為耐污指數(shù)，結(jié)合理化指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以得到較好的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)效果［11-14］。目前，著生藻類的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但由于技術(shù)水平的差異，大面積推廣還存在較大困難。

3.2 維持現(xiàn)行生物技術(shù)

維持現(xiàn)行生物技術(shù)是當(dāng)前的目標(biāo)，隨著科技的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的可能性隨之提高。現(xiàn)行生物技術(shù)包含微生物工程、細(xì)胞工程、酶工程、基因工程。這多項(xiàng)工程已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，且作用突出。利用微生物工程技術(shù)對(duì)土壤中重金屬的吸附作用，吸附重金屬中的金、銀、汞等物質(zhì)，消除重金屬的污染，提取重金屬中的貴重金屬；微生物治理水源污染，對(duì)水源進(jìn)行凈化；微生物處理農(nóng)用塑料薄膜、白色垃圾作用顯著；微生物農(nóng)藥代替?zhèn)鹘y(tǒng)不易分解的化學(xué)農(nóng)藥，不僅保護(hù)環(huán)境，保護(hù)土壤，而且有利于居民的身心健康。

3.3 開(kāi)發(fā)新的生物能源

現(xiàn)行的生物能源或許不能滿足日益加劇的環(huán)境問(wèn)題，在新的環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)前，各個(gè)國(guó)家應(yīng)該站在一起，共同應(yīng)對(duì)，共同研究新的能源，以解決環(huán)境問(wèn)題。微生物技術(shù)在環(huán)境問(wèn)題上運(yùn)用繁多，在研究環(huán)境問(wèn)題時(shí)，應(yīng)有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛，在研究中多問(wèn)幾個(gè)為什么，多做試驗(yàn)，只有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷的努力，研究才能最終達(dá)到預(yù)期目的。比如，開(kāi)發(fā)分子生物技術(shù)，也就是以重組DNA的方式解決環(huán)境問(wèn)題。利用DNA技術(shù)，分析環(huán)境功能對(duì)生物的影響，可以直接反應(yīng)出污染對(duì)生物體產(chǎn)生的影響及作用，且較為直觀［15］。

3.4 監(jiān)測(cè)儀器向組合化發(fā)展

生物技術(shù)不是萬(wàn)能的，只是在環(huán)境監(jiān)測(cè)和解決環(huán)境問(wèn)題方面效果比較顯著而已。生物技術(shù)運(yùn)用較為廣泛，但也不能涵蓋方方面面，因此，在著重發(fā)展生物技術(shù)的前提下，要發(fā)展其他技術(shù)?？梢允够瘜W(xué)技術(shù)、物理科學(xué)技術(shù)、3S技術(shù)等協(xié)調(diào)配合，共同發(fā)揮作用，合力解決環(huán)境監(jiān)測(cè)問(wèn)題。

既然在環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，生物技術(shù)與化學(xué)物理等技術(shù)相結(jié)合，因此，在技術(shù)層面也要相互配合，技術(shù)上涉及科研人員的分配、測(cè)試儀器的相互配合，組合發(fā)展，有利于提高環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率。

3.5 從環(huán)境監(jiān)測(cè)到環(huán)境預(yù)防

利用生物技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和治理，解決大都是較明顯的環(huán)境問(wèn)題，一旦環(huán)境極度惡化，生物技術(shù)及其他技術(shù)的作用會(huì)逐漸減弱。治理污染告一段落后，科研人員應(yīng)及時(shí)總結(jié)思考，環(huán)境問(wèn)題能否預(yù)防？環(huán)境治理是重預(yù)防還是等到問(wèn)題出現(xiàn)、惡化后再采用生物技術(shù)解決？技術(shù)發(fā)展到一定階段，要提升技術(shù)的發(fā)展空間，使其發(fā)揮更大的作用。從治理污染到環(huán)境問(wèn)題的預(yù)防，這是個(gè)艱辛的過(guò)程。但隨著科技的進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)的方式會(huì)逐漸準(zhǔn)變?yōu)橐灶A(yù)防為主，主力為輔，將環(huán)境污染扼殺在萌芽狀態(tài)。

3.6 發(fā)展完善生物環(huán)境保護(hù)技術(shù)

環(huán)境污染從治理到預(yù)防，都離不開(kāi)生物技術(shù)，未來(lái)生物技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)將發(fā)揮不可替代的作用。環(huán)境保護(hù)的方法較多，針對(duì)不同的環(huán)境問(wèn)題，要實(shí)行不同的保護(hù)方法。針對(duì)化學(xué)農(nóng)藥問(wèn)題，可以開(kāi)發(fā)微生物等生物農(nóng)藥，或低殘留、化學(xué)物質(zhì)含量少的農(nóng)藥；針對(duì)大氣污染問(wèn)題，要從源頭解決，工廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，要先通過(guò)生物技術(shù)對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行吸附、降解再排入空氣中；針對(duì)汽車尾氣排放，要從汽車的零件著手，安裝尾氣凈化設(shè)備，使尾氣經(jīng)過(guò)凈化后再排入空氣中。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，環(huán)境監(jiān)測(cè)的常規(guī)方法已較為成熟，如何開(kāi)發(fā)快速、便捷的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，將生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的日常的環(huán)境監(jiān)測(cè)中，是需要科技工作者不斷探索和開(kāi)發(fā)的?？萍脊ぷ髡咭粩嗯?，使生物監(jiān)測(cè)技術(shù)早日應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中，與理化指標(biāo)相結(jié)合，全面真實(shí)地反應(yīng)環(huán)境質(zhì)量狀況。

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Biotechnology Application Status and Development Trend in Environmental Monitoring

CHEN Yu-fang
(Da Hinggan Mountains area Environmental Monitoring Stations,Heilongjiang Jiagedaqi 165000)

The emergence and application status of microbiological monitoring techniques, the main way the current utilization. Discusses trends in environmental monitoring of microorganisms, including the separate use of microbial monitoring and microbiological monitoring and analysis methods and instruments, the combination of routine testing, the use of animals, plants and micro-organisms trends environmental monitoring.

Biotechnology; Environmental monitoring; Current situation;Trends

X832

A

2096-0387（2015）01-0068-03

陳玉芳（1967-），女，黑龍江大興安嶺人，學(xué)士，高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測(cè)。