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

文_李燕

運(yùn)城市生態(tài)環(huán)境局鹽湖分局

1 生物監(jiān)測技術(shù)機(jī)制分析

水環(huán)境中有大量的生物體存在，種類豐富，如魚類、藻類、微生物類和其他的動(dòng)物植物類，部分水域內(nèi)也有很多的浮游生物存在。在不同的水域中，生物也有著不同的種類，但是所有的水生物都和水環(huán)境之間具有相互依存的關(guān)系，水環(huán)境變化將會(huì)對(duì)其產(chǎn)生很大程度的影響，使其遷徙與繁殖都發(fā)生變化。如果水環(huán)境被污染，其中的生物便會(huì)吸收這些污染物，而這些污染物將會(huì)通過食物鏈的形式直接進(jìn)入到人體，進(jìn)而對(duì)人體健康帶來諸多威脅。

為實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量的良好監(jiān)測，避免嚴(yán)重的水環(huán)境污染問題所導(dǎo)致的不利影響，可以通過生物監(jiān)測技術(shù)來進(jìn)行水生物變化的快速監(jiān)測與分析，并對(duì)水生物體內(nèi)污染物的種類及其累積程度做到準(zhǔn)確檢測。這種監(jiān)測技術(shù)有著超高的準(zhǔn)確性，甚至?xí)葘Ｓ玫目茖W(xué)檢測儀器更加精確，同時(shí)其檢測效率也非常高。在傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中，通常僅僅能檢測到一種污染物，且耗費(fèi)時(shí)間長，成本投資高。但是通過生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，便可對(duì)水環(huán)境中的各種污染物情況加以準(zhǔn)確反映，且反映速度快，投入成本低。但是該技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中也存在一定程度的不足，如無法對(duì)污染濃度作出精確的數(shù)值計(jì)算，且不具備系統(tǒng)性的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也不能夠準(zhǔn)確區(qū)分環(huán)境因素以及污染物因素的具體影響。由此可見，該技術(shù)依然存在較大的進(jìn)步和發(fā)展空間，需要相關(guān)專家和學(xué)者進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

2 生物監(jiān)測技術(shù)的主要特征分析

在生物的生長過程中，環(huán)境因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生非常重要的影響，尤其是水生物。如果水環(huán)境中存在污染物，生物便會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的病變或出現(xiàn)基因突變現(xiàn)象，但是這樣的情況的發(fā)生范圍通常都比較小。因生物監(jiān)測技術(shù)的取樣點(diǎn)主要根據(jù)實(shí)際情況而定，測試點(diǎn)非常有針對(duì)性，所以其監(jiān)測結(jié)果也就更加符合實(shí)際情況。生物監(jiān)測技術(shù)所反映出的是水環(huán)境在一段時(shí)間內(nèi)的變化情況，這樣便可為環(huán)保單位現(xiàn)場污染情況和污染物種類的明確提供更加科學(xué)準(zhǔn)確的幫助。生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用并不僅僅局限于對(duì)區(qū)域污染物物種的檢測，更是與周邊環(huán)境結(jié)合所進(jìn)行的檢測，以此來確定水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境之間的相互影響作用。

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

3.1 微生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 PGR技術(shù)

PGR 技術(shù)是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的簡稱，該技術(shù)不僅可以讓水環(huán)境微生物傳統(tǒng)監(jiān)測的局限性問題得以有效解決，也可以擺脫傳統(tǒng)監(jiān)測中微生物培養(yǎng)方式的約束，對(duì)重要的微生物DNA 進(jìn)行克隆。憑借著這些優(yōu)勢，該技術(shù)已經(jīng)在水環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用。在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，首先通過對(duì)高溫條件下體外DNA 的整合來使其變?yōu)閱捂?，而引物在一定溫度條件下將會(huì)和單鏈之間進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。然后再將溫度調(diào)整到適合DNA聚合酶反應(yīng)的溫度，DNA 聚合酶就會(huì)按照從磷酸至五碳糖的方向來實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，進(jìn)而形成互補(bǔ)鏈。將聚合酶的制造作為基礎(chǔ)來進(jìn)行PGR 技術(shù)的應(yīng)用，其中最為關(guān)鍵的內(nèi)容就是溫度控制。所以在具體應(yīng)用中，應(yīng)通過溫度的變性控制以及重復(fù)性控制等方式來進(jìn)行微生物DNA 合成的有效控制，以此來實(shí)現(xiàn)各種微生物種類的檢測。表1 是該技術(shù)具體應(yīng)用中的溫度控制情況。

表1 該技術(shù)具體應(yīng)用中的溫度控制情況

3.1.2 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)的主要應(yīng)用原理是借助于對(duì)生物物質(zhì)極為敏感的檢測儀器將水體中微生物濃度值轉(zhuǎn)變成電信號(hào)來進(jìn)行監(jiān)測的一種技術(shù)。在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，生物傳感器是其核心設(shè)備，生物傳感器的識(shí)別元件主要包括微生物等的性能識(shí)別元件、理化換能器和信號(hào)放大裝置等，其主要功能是對(duì)監(jiān)測到的微生物信號(hào)進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)換。這種傳感器可在生物體某些功能或者是器官中固定，然后成為具有足夠靈敏度的傳感器，以此來達(dá)到良好的微生物檢測效果。通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以讓傳統(tǒng)水體污染監(jiān)測中的工作步驟得到進(jìn)一步的簡化，有效保障了水環(huán)境污染處理中相關(guān)設(shè)施操作的有序進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境污染治理效果的進(jìn)一步提升。生物傳感技術(shù)的應(yīng)用見圖1。

圖1 生物傳感技術(shù)的應(yīng)用示意圖

3.1.3 酶免疫檢測技術(shù)

在水體微生物的具體監(jiān)測過程中，酶免疫檢測技術(shù)是一種非常先進(jìn)且有效的監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)在抗原或者是抗體等微生物檢測中十分常用，其主要的應(yīng)用原理是將相互關(guān)聯(lián)的酶作為基礎(chǔ)，對(duì)免疫復(fù)合物進(jìn)行酶催化反應(yīng)測定，這樣就可以讓抗體被固定到一個(gè)帶有表面涂層的塑料板上，只要將這個(gè)塑料板進(jìn)行簡單的洗滌，就可以將免疫復(fù)合物和其他組分輕易分離，以此來實(shí)現(xiàn)免疫復(fù)合類微生物的有效檢測。通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以讓水環(huán)境中的微生物得到更深層次的探索。同時(shí)，因?yàn)樵摷夹g(shù)可以對(duì)抗體進(jìn)行整合，所以借助于該技術(shù)，可以在并不影響水環(huán)境免疫特征的情況下實(shí)現(xiàn)抗原的有效檢測。

3.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 發(fā)光細(xì)菌及其分類

所謂發(fā)光細(xì)菌，指的就是在生理?xiàng)l件正常的情況下可以發(fā)射出可見熒光的一種細(xì)菌，這種細(xì)菌在海洋環(huán)境中的分布較為廣泛，其他淡水水體環(huán)境中也會(huì)有分布。此類細(xì)菌為革蘭氏陰性細(xì)菌，具有兼性厭氧特征，沒有莢膜和孢子，端部有若干根鞭毛。在對(duì)此類細(xì)菌進(jìn)行監(jiān)測的過程中，主要通過pH 在6 ～9.3 之間的NaCl 和濃度為0.3%的甘油對(duì)其進(jìn)行發(fā)光試驗(yàn)。在這種細(xì)菌中，青?；【⒒魜y弧菌以及發(fā)光異短桿菌為淡水水體中的發(fā)光細(xì)菌，其余的都是海洋中的發(fā)光細(xì)菌。表2 是其主要的特征參數(shù)。

表2 發(fā)光細(xì)菌主要特征參數(shù)

3.2.2 發(fā)光機(jī)理分析

對(duì)于發(fā)光細(xì)菌而言，每一類細(xì)菌都有著相同的發(fā)光機(jī)理，即分子態(tài)的氧化還原態(tài)黃素單核酸以及長鏈脂肪醛的過程中，由于受到了細(xì)菌熒光素酶的催化作用，讓反應(yīng)所生成的能量中釋放出了藍(lán)綠色光，其發(fā)光強(qiáng)度波長處在450 ～490nm 之間，這種光并不是通過能量建立起的質(zhì)子梯度以及滲透反應(yīng)所合成的ATP，僅僅是從反應(yīng)能量中釋放出來的光。

3.2.3 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用原理分析

因?yàn)樗h(huán)境中的污染物會(huì)對(duì)發(fā)光細(xì)菌本身的發(fā)光強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，所以借助于靈敏度足夠高的光電測量系統(tǒng)，便可以進(jìn)行有效測定。發(fā)光細(xì)菌檢測技術(shù)所應(yīng)用的剛好是這種測定方法。在一定條件下，發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度將會(huì)保持恒定，而在其生理?xiàng)l件正常的狀態(tài)下，這種細(xì)菌所發(fā)出的光呈藍(lán)綠色，其波長在450 ～490nm 之間。但是如果發(fā)光細(xì)菌遇到了有毒污染物，在這些物質(zhì)的干擾作用下，其發(fā)光強(qiáng)度將會(huì)遭到抑制，抑制效果和有毒污染物的成分及其毒性大小之間呈線性負(fù)相關(guān)。有毒污染物主要通過兩種途徑來抑制發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度，一是對(duì)其發(fā)光反應(yīng)酶產(chǎn)生直接干擾，二是對(duì)其細(xì)胞中與發(fā)光相關(guān)的代謝產(chǎn)生抑制。因此，在具體的水環(huán)境監(jiān)測過程中，只要有毒污染物對(duì)發(fā)光細(xì)菌產(chǎn)生了影響，就可以通過其發(fā)光強(qiáng)度具體變化情況來進(jìn)行污染物檢測。

3.2.4 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用

在進(jìn)行水環(huán)境的監(jiān)測過程中，發(fā)光監(jiān)測技術(shù)的主要應(yīng)用表現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行測定，因?yàn)槲覈芏嗟胤降乃h(huán)境都存在不同程度的污染，而僅僅通過簡單的一些污染監(jiān)測指標(biāo)和技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到滿意的監(jiān)測效果。因此，為有效監(jiān)測水體環(huán)境的實(shí)際污染狀態(tài)，并使其毒性得到綜合評(píng)價(jià)，讓水體實(shí)際的污染負(fù)荷及其生物學(xué)效應(yīng)之間的關(guān)系得以正確表示，就需要借助于這種技術(shù)來進(jìn)行水環(huán)境的生物毒性檢測。其二是對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行毒性測定，如果一個(gè)水域中含有工業(yè)廢水，在污染到了一定的程度之后，水環(huán)境內(nèi)的生物便會(huì)中毒，進(jìn)而出現(xiàn)行為異常、代謝紊亂、細(xì)胞組織變化乃至于死亡現(xiàn)象。在對(duì)此類水體進(jìn)行污染監(jiān)測的過程中，借助于發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)，便可讓工業(yè)廢水中的有毒污染物種類、毒性大小和不同物質(zhì)之間的相互作用得以有效明確，為水環(huán)境治理奠定更加科學(xué)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

借助于微生物監(jiān)測技術(shù)以及發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)，可以對(duì)水環(huán)境中的污染情況做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并有效確定污染物的組成、嚴(yán)重程度等，以此來為后期的水環(huán)境污染治理提供科學(xué)、全面的參考。通過這樣的方式，才可以全面提升水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量，滿足水環(huán)境監(jiān)測實(shí)際需求，促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測工作和生態(tài)保護(hù)工作的良好進(jìn)展。