环境生物技术在水环境污染监测中的应用

1、116116环境生物技术在水环境污染监测中的应用于彦勤韦海波可尊（广西省桂林市永福县环境保护监测站 541800）116【摘 姜】生物技术又称生物工程它是以生命科学为基础利用生物 有机体戎其纽成部分以及工杭技水原理，发展新产品戏斷工艺的一 种综合性科学技水体系.水体一旦受到污染水环境发生变化各种 水生生物会对此产生不同反应从而构成水体汚染监测的生物学报 本文主要从生物群落.细苗学及#理学三方面对环境生物技术 衣水污染监测中的应用进行了阐述并展望了生物技术未来的发展 方向和前景.【关镀词】环境生物技术水环境U汚嫩监测；应用1引 S环境生物技术（Environmental Biotechnolog

2、y EBT ）是主要由牛 物技术工程学、环境学和生态学组成的一门新羽边缘学科是 玄接或间接利用生物体或生物体的某些组成部分或机能建立降 低或消除污染物产生的生产工艺或者能够高效净化环境污染 及同时生产有用物质的人工技术系统。环境生物技术涉及到荃 因工程、酶工程、发酵工程、细胞工程.水处理工程生态工程等 各层次的工程与技术，并奧基于众多学科的基础理论.直主要研 究内容主要包括4个方面：0降解污染物的工程菌和抗污染型转 基因植物的相关研究；环竞友好材料生物合成技术的相关研 究：危险性化合物的降解和污染场地的生物补救研究；废物 强化处理技术研究.应用于环境监测的经典生物技术主要有以下几种方法：用细

3、劇总数及粪便污染指示菌（大肠埃希氏菌、克術伯氏荫竽监测 水质，用鼠伤塞沙门氏菌检测物质致突变性与致癌性，用发光细 菌快速检测环境奉物；通过测定水中藻类（席用硅藻、栅藻小球 漢等的生长竄来进行水质监测或物质的霉性检测。上述方法在 操作及检验标准上均已成熟巳普追使用。如杨第波等利用生物 发光技术对冶金类行业废水的综合急性霧性进行评估试脸试 验结果表明：用生物霉性指窃评估废水污染程度捋标敏悠简 单易行，既弥补了当前我国在污染源监督监测管理上的不足 乂 能保证废水的安全排放在生态环境保护上兵右独待的不可替 代的作用.2水环境污染的监测2.1生物群落的监测Kolwitz和Marson 1909年提出的污

4、水生物系统为运用指示 生物评价水体污染和水体自净状况莫定了基础.1949年Patrick 曾把所调査生物分成7类，然后将务站的动物种类平均数作为 100% 再计算每站各类动物冲类所占百分比并制图，评价水体受 汚悄况分为清洁河流、半清洁河漁、污染河淤及收污染河流。 1955年Bede首次提出以生物指数来评价水体污染的程度。1960 年Goodniit等提出了污染指数，也就是颤蚓类个体数卅在整个 底栖大型无脊椎动物个体数址中所占的可分比。若污染指数达 80%或更多时表明冇严垂的冇机污染或工业污染低于60%表 明水体大体上悄况曼好 1964年King和Bel【用水生昆虫和靠毛 类湿重的比值来评价水质

5、此法可用于评价有机污染和某些冇 话废水的污染。1968年Cairns等提岀一种快速评价水质的生物 学方法即连续比较耆数法。该方法不需分类检索仅根据动物外 表的顏色、大小、形态结构来确定生物之间的差异再根据类别 和密度两方面估计生物的变化以确定水体污染状况。20世纪 70年代美国Cairns教授创立了 PFU法 80甸:代初沈芬将PFU 法引入中国并进行了修正和创斯.PFU法适用于原生动物.漠类 对水质的监测此方法可鉴别水体是冇机污染还是琏性污染。 1991年任淑智利用底栖动物群落对京津及邻近地区的河流进行 了水质评价并据此划分了河流竽级。2.2 水污染的细笛学监测1954年Patrick等指岀

6、细菊和其它异养生物通常较啊污染. 而水生周丛生物砕藻群体等白养生物对污染反应较敏感。1965 年Hobbie和WrigM指出在富营养的和有机质丰自的溪流和江河 中细餡的摄取动力学待别是对葡斛衲的摄取可以提供一个有 效的功能检验.1967年Bartsch等指出在废水出口下游水中耐 污肃和其它异养生靭的生物斌常大址堆加I，这个特征可以在生 物监测中应用1978年Tempos运用观察菌落生长馅况的方法. 以9种不同培养基测定了不同工业废水对犬肠杆曲的毒性，同时 选择性地检测了废水中9种主耍金属的含fib结果表明抑菌圈的 大小与总的金属含社冇关。L8T等研究表明水体當营养化由 氨荃细歯的大虽繁殖引起该

7、细菌细胞体内含有藻氛素其显示 的荧光光谱不同于其他物质，用对该荧光敏感的物理转换器能 检测幅基细惭的浓度从而预报水休的富件养化。发光细菊由于 其独待的生理待征而被作为一种较理想的指示生物。1966年发 光细菌首次被用于检测空气样品的毎物。Beckman公司依据该 原理制作了污染物急性毒性生物测仮仪一Microlox（徴再检北 仪）,Ncichciscl曾用该法判断污水经适当处理后帝物的降解情况 及处理效果2.3 水汚染的奉理学监测水生生物產性实验可用負类虽类.藻类等其中以徴类的毒 性实验应用较广。Johnels等1967年最早用中子活化法分析研究 C斑狗鱼（Esox lucius L）及-些其

8、他水生动物体内汞的含址及其 与污染的关系发现侦体汞含忻有明显的地区差异。Calms等 1970年利用光电原理研究锌对金色活动取式的影响并口在同 年还研究了锌对大翻车鱼的心率和呼吸率的影响。1974年Sil bcrgeld发现小里淡水鱼镖勢（Etheostoma nigum）血液中的创豹糖 对低浓度的有机氯农药狄氏剂敏感。我国长江水产研究所1975 年论述了长江、珠江、嫩江水质污染对创类形响；周永硕1984年 研究了汞、铜.镉、六六六和硫磷等对食蚊徴生长的影响）葛古琦1990年估算了水污染对淡水渔业的的响。Henderson等1960年提出浮游动物对毎物的反应有时比佰类 更为敏感。1968年Pa

9、trick等已经证明硅藻和大3?无脊椎动物对 產物的敏感性通常比鱼类高。Bedford 1968年提出双壳类对有 机氯农药有很强的富集能力因而圧水体冇机氯农药污染极理 想的检测器。Clarke 等 1974 年提出一种ft (Corbicula manillcnsis) 是某时间间隔内水中低浓度铅的极好的监测器可免除水中铅 含址因废水排放、洪水或干早的影晌而波动致使貫接测定水样 发生误花1974年Navrot等发现海产贝类Patela vulgsta体内银. 贡、傑、锌含植明显与环境中相应含就冇关。1974年Caims指出 原生动物在评价污染方面的十人优点综合报逍了各类毒物对 原生动物的影响由

10、于以上原因许多寿性试验用也类以外的无 脊椎动物、藻类水生植物等其他生物来进行。3环境生物技术的发展目前，研究较多的应用于环境监测的生物岛技术包括生物传 感器、核酸探针、聚合酸式反应技术(PCR技术)及酶免疫监测等. 近年来，国内外有关核酸探针.PCR技术用于细菌、病毒检测的报 道日益增多。3.1生物传爲;8技术生物传感器技术是指用固定化生物体内功生物组成作为嫩 感元件的传感器.口前广泛应用于环境监测及环境工程监测中 生物传感器技术包括BOD生物传感器、屮烷生物传感器、乙醇生 物传感器、测定氨生物传感器.亚硝酸生物传感器、氧电极 ORP 生物传感器、歯浓度检测器、底物及代谢浓度检测器等这些生 物

11、传感器的开发和应用不仅克服了传统检测方法繁琐准确性 差、不能及时反映水质状况缺点，还为自动连续监测、污水处理 设施连续在线检测抿供了可能因而为箱个水处理字业的白动 化打下了基础3.2 PCR技术PCR技术即聚合瀚链式反应(Polymerase chain Reaction),是在 体外合成待异性DNA片段的方法可以快速扩增目的基因DNA 或RNA片段，是对茎因克降分子杂交和序列分析等分子生物学 方法的丰富和发展.】990年Williams等在PCR术圧础上改用以 多双引物获得了多态性DNA扩增片段并以此创做生物标记物， 建立了 RAPD( Ramdom Amplified Poly morph

12、ic DNA)方法为基因 组研究奥定了基础扩大了 PCR的应用范的。PCR技术口前在 环境监测中的应用主要有环境中病源微生物的检测、进入自然 环境中的基因工程菌的检测，以及环境微生物基因克隆中PCR 技术的应用等。PCR技术的应用提高了环境微生物检测技术的 局限性及检测速度克服了传统培养法的种种缺陷并且可以克 隆传统方法无法人丁培养的重要微生物的基因。该技术今后的 应用将进一步扩大。3.3砾免疫监测酶免疫监测(enzyme irmnunoassay EIA)是根据抗原抗体反应 具有岛度的待异性以陽作为标记物与已知抗体结合但不影 响其免疫学待性，然后将酶标记物的抗体作为标准试剂来鉴定 未知抗原。

13、胡联免疫吸附检M (enzyme linked immunosorbent assay .ELIAS)是目前最席用的监测方法，它是根据EIA原理而发展 的一种固相免疫技术，梵试剂金基于竞争吸附方法，可分别供实 验室和野外测试.Kroemer等开发了最新的自动化EIA监测方 法可在水样测试中采用流动注射法(flow injection analysis, FIAL) 将特定的抗体固定在膜上试剂由时间控制的泵输入并通过检 测膜透过膜的溶液进行酶产物的荧光测定.每个样品检测完毕 后臓自动更换。3.4 從皎探针核酸探什是通过制备待丘菌种DNA序列的待定的核酸荧光 探针来检测环境中的特异性污染物质以此分

14、析和辨认污染源 构成和污染物来源，以及生物发光菌(Bioluminescent bacterium)、級 M(Cyanobacteria)、卤索呼吸菌(Halorespiring bacterium)、苯乙烯降 斛苗和兰贻R(Bhie mussels)水体中冇雷物和海水凜类的爆发。4小结总之生物技术作为一项有效的环境污染治理措施受到越 来越多的关注其在生物监测环境污染治理、生物修复技术方 面都巳得到广泛应用，并取得了一定的社会经济效益。生物监测 法从先前以生物的个体、器官等作为“探针”，发展到今天分子生 物学的髙新技术将分子水平的“探针”应用到对环境污染物进行 测定表明了生命科学与环境工程迅速

15、的同步发展的趋势，生物 技术的应用将是未来环境保护中一个重要发展方向.【参考文飆】叮刘淑梅淑芬坏境生物技水的研究現扶及发展越势J环境料 学与住理.200530(4):44-462 张志杰张维平.环境汚染生物益测与评价M中国环境科学出3 草拥灵分子生物学技水及其在环境污染治理中的应用研无进展 J 河池学咙学扌2005.25( 2)：1 6.4 杨弟浓寻生物发光技术在评估废水煤合念牲4性中的应用J辽 宁城乡环岌科技 2000.20(3儿33355 吳邦灿环戍Jtt测技术M.中国环境科学出版社.1995:12.6 徐*篷水生晁虫与水用的生物益测J.M阳农学院学报2001.18(1),66-707J.执恩斯寻箸.曾凤中于亚平译水污染的生扬监测M中国环 境料学出皈社 1989：28张芝勃利用微生物评价水倉的研究进展J上海环境科学.2001 20(6):259-262.9王建龙生物传感氏在环境污染监测中