生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

李 駿 牟華倩

（金華市水處理有限公司，浙江 金華 321000）

利用生物的結(jié)構(gòu)、基因、種群或者群落對(duì)環(huán)境所造成的變化所產(chǎn)生的反應(yīng)進(jìn)行具體分析，從生物學(xué)角度提供依據(jù)，被稱為生物檢測(cè)。若要做好環(huán)境保護(hù)的工作，對(duì)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展保障就是其重要前提之一。近年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)公民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)正在不斷提升，我國(guó)也開(kāi)始逐步加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度與措施，只有有效且切實(shí)的推動(dòng)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，才能達(dá)到更高效率、高質(zhì)量的生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理目標(biāo)，才足以為未來(lái)的國(guó)內(nèi)環(huán)境治理工作奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

1 生物監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵

生物監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)源于生態(tài)監(jiān)測(cè)理論。環(huán)境污染會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，引起生態(tài)系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)和功能的改變。一方面，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上會(huì)引起細(xì)胞膜的改變,破壞線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等。在分子性能上會(huì)激活或抑制酶活性，改變蛋白質(zhì)的合成因素。在表象上會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物死亡，日常行為方式改變，亦或是抑制其生長(zhǎng)發(fā)育等，其表象在植物方面呈現(xiàn)出生長(zhǎng)速度變化，發(fā)育受阻，黃化及早熟等現(xiàn)象。在種群中的表象是引起種群數(shù)量、密度的改變，引發(fā)物種比例的變化，群落中優(yōu)勢(shì)種群、數(shù)量、以及種群多樣性的變化。

早期的微核試驗(yàn)是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染物對(duì)染色體的損傷，以細(xì)胞中的微核數(shù)量為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。環(huán)境中的污染物越多，隨之而來(lái)的對(duì)染色體的損傷也就愈嚴(yán)重，微核率愈高。其中BC5 試驗(yàn)，也被稱為“鼠傷寒沙門(mén)氏菌”肝微粒體試驗(yàn)法是現(xiàn)階段最為著名的一種常規(guī)生物監(jiān)測(cè)方法，主要應(yīng)用于快速篩選與監(jiān)測(cè)環(huán)境中致癌物與致突變物。當(dāng)環(huán)境誘變劑作用于鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型系列菌株，讓其在不加生物素和組氨酸的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，計(jì)數(shù)回復(fù)突變的菌落數(shù)，以此來(lái)評(píng)價(jià)污染物的誘變力。經(jīng)有效試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，化學(xué)品的遺傳毒性與回復(fù)率有較高的關(guān)聯(lián)性，污染因子引發(fā)的染色體異常與微核率也有較高的關(guān)聯(lián)性[1]。

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 長(zhǎng)期性

以往的監(jiān)測(cè)技術(shù)是定期采樣，運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，從而獲取環(huán)境污染監(jiān)測(cè)結(jié)果的過(guò)程。此種方法只能單一的反映出采樣期間的環(huán)境污染情況，無(wú)法獲取實(shí)時(shí)的環(huán)境污染數(shù)據(jù)。而生物體是最為理想的環(huán)境監(jiān)測(cè)器，可準(zhǔn)確實(shí)時(shí)有效的反映出一段時(shí)間內(nèi)環(huán)境污染的具體情況與實(shí)際變化，更加真實(shí)、有效、科學(xué)且合理的反映區(qū)域環(huán)境污染情況。

2.2 富集性

生物因其本身就生活在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中，污染物可通過(guò)生物食物鏈形成富集效應(yīng)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可更好的富集環(huán)境污染物，在生物食物鏈頂端進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而獲取真實(shí)有效的環(huán)境污染物濃度。

2.3 綜合性

環(huán)境污染物的成因極為復(fù)雜，是經(jīng)過(guò)多方污染因素的反映復(fù)合而成。傳統(tǒng)模式下的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)大多只能監(jiān)測(cè)出污染物的含量與種類，不能有效的監(jiān)測(cè)出其復(fù)合過(guò)程、累積風(fēng)險(xiǎn)等綜合因素，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)?，F(xiàn)階段的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能真實(shí)、有效、科學(xué)且合理的反映出環(huán)境中各種污染因素、污染物成分的綜合效應(yīng)，能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)工程和生態(tài)環(huán)境治理污染工作提供有效的參考依據(jù)作為前提條件。

3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 果蠅生物應(yīng)用

果蠅（圖1）作為一種真核多細(xì)胞生物，其飼養(yǎng)條件極為簡(jiǎn)單，繁殖力較大，生存周期短，在室內(nèi)環(huán)境空氣污染檢測(cè)中大多應(yīng)用果蠅生物模型，進(jìn)行環(huán)境污染的相關(guān)問(wèn)題研究和對(duì)健康產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)中都會(huì)選擇果蠅作為試驗(yàn)體。利用黑腹果蠅生存實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)觀察空氣污染的情況，以及污染因素對(duì)果蠅生命造成的影響，以此為據(jù)構(gòu)建室內(nèi)空氣污染安全性評(píng)價(jià)體系。

圖1 果蠅

3.2 兩棲動(dòng)物應(yīng)用

兩棲動(dòng)物在生物環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中有著至關(guān)重要的作用，也是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)對(duì)象。兩棲動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育都極為緩慢，其外形變化、內(nèi)部神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、分泌系統(tǒng)上都有著漫長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間，在其生長(zhǎng)過(guò)程中，內(nèi)部肝臟、視網(wǎng)膜色度等受到荷爾蒙激素控制時(shí)會(huì)對(duì)化學(xué)物質(zhì)的反映有較大的敏感性，其特性主要來(lái)源于兩棲動(dòng)物獨(dú)特的生長(zhǎng)周期以及對(duì)外界環(huán)境因素的反應(yīng)變化情況。

為此，兩棲動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要性不言而喻，利用其進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，可為環(huán)境污染分辨污染物的種類，提供有效的參考依據(jù)。如兩棲動(dòng)物感受到環(huán)境變化時(shí)所產(chǎn)生的的生理指標(biāo)、叫聲等，通過(guò)分析以上指標(biāo)可準(zhǔn)確獲取外界環(huán)境污染情況與變化情況、

3.3 鳥(niǎo)類應(yīng)用

濕地是鳥(niǎo)類生活的主要環(huán)境，鳥(niǎo)類也是濕地環(huán)境食物鏈中最頂端的生物，從營(yíng)養(yǎng)角度看幾乎與人類相同。由此，鳥(niǎo)類主要應(yīng)用在濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)中，為保護(hù)和治理濕地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)提供準(zhǔn)確有效的參考依據(jù)。如，在濕地水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，水位同鳥(niǎo)的分類有著較為緊密的關(guān)聯(lián)性。從繁殖的角度來(lái)看，繁殖的成功率的提升受濕地水位的變化及變化幅度影響。鳥(niǎo)類對(duì)濕地水位的變化有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，通過(guò)對(duì)鳥(niǎo)類的組成結(jié)構(gòu)、繁殖信息等數(shù)據(jù)，都可為濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更加直觀的參考依據(jù)。

3.4 植物應(yīng)用

將植物合理的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境狀態(tài)的有效判斷。如，在抵抗污染時(shí)，植物種類的不同讓其對(duì)污染環(huán)境呈現(xiàn)出不同的反應(yīng)，通過(guò)對(duì)植物不同反應(yīng)的分析研究即可有效判斷出外界生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的污染情況。在大氣污染監(jiān)測(cè)中，某種植物對(duì)不同的環(huán)境污染物的不同反映，是由于一旦植物生長(zhǎng)環(huán)境出現(xiàn)大氣污染，會(huì)嚴(yán)重影響植物自身的生理代謝功能。

例如，大氣中粉塵污染較重，粉塵則會(huì)附著于植物葉片表面，降低植物的光合作用及也葉片的蒸騰能力，其不良影響因素將直觀地反應(yīng)在植物生長(zhǎng)周期及正常的生理功能上。通過(guò)分析植物根系、葉片的實(shí)際發(fā)育情況，分析其開(kāi)花結(jié)果周期、植物生長(zhǎng)數(shù)量的變化等，可獲知準(zhǔn)確有效的外界環(huán)境污染情況與污染因素，植物應(yīng)用是現(xiàn)階段生物環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較為廣泛的監(jiān)測(cè)技術(shù)。

通過(guò)植物還可監(jiān)測(cè)水體環(huán)境的污染情況，水中的生物與水中環(huán)境存在著極大的包容性與依存性，可將其看做一個(gè)整體。水中生物可直觀地反映出水體環(huán)境的變化情況，一旦生物賴以生存的水體環(huán)境受到污染，最先產(chǎn)生變化的就是水中生物。在水體環(huán)境在，藻類數(shù)量對(duì)多，生長(zhǎng)對(duì)快，可通過(guò)分析藻類特征、數(shù)量以及生長(zhǎng)周期的變化，為水體環(huán)境監(jiān)測(cè)提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)參考，從而達(dá)到更好、更快的獲取水體污染因素的情況[2]。

3.5 微生物應(yīng)用

微生物監(jiān)測(cè)通過(guò)利用微生物資源，來(lái)展現(xiàn)環(huán)境污染的變化情況、污染程度與污染種類等?，F(xiàn)階段我國(guó)常用的微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)有核算探針、聚合酶連式等反應(yīng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)一些病毒、細(xì)菌進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)獲取其生存環(huán)境的污染變化情況與污染因素。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，微生物技術(shù)隨之愈發(fā)先進(jìn)，微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)種類也日益增加，尤其是核算雜交技術(shù)，在水體環(huán)境病菌監(jiān)測(cè)中有著極為重要的作用，同時(shí)也能監(jiān)測(cè)出水體環(huán)境中對(duì)人體有害的細(xì)菌，如大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等菌群，為水體環(huán)境的污染治理提供切實(shí)有效的參考依據(jù)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展與不斷進(jìn)步，信息技術(shù)手段與微電子技術(shù)也在逐步發(fā)展，生物傳感器被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，通過(guò)對(duì)生物的活性材料作為分子的識(shí)別元件，從而通過(guò)電磁信號(hào)的方式，將外界對(duì)其產(chǎn)生的理化性有效傳遞出來(lái)，再用接收器進(jìn)行接收分析其電磁信號(hào)，也可準(zhǔn)確獲取外界環(huán)境污染情況。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，與以往的監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新穎的技術(shù)，具有其長(zhǎng)期性、富集性以及綜合性的優(yōu)勢(shì)，既能監(jiān)測(cè)出外界環(huán)境污染的具體程度、污染種類等，還能實(shí)時(shí)獲取外界環(huán)境污染物變化情況，為整體生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的保護(hù)和治理工作提供重要的參考依據(jù)。