水与废水生物监测

分子生物监测PCR技术生物标记物biomarker分析第一页，共25页。什么是PCR?聚合酶链反应(PolymeraseChainReaction,PCR)是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术.它具有特异,敏感,产率高,快速,简便,重复性好,易自动化等突出优点;能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断;可从一根毛发,一滴血,甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定.过去几天几星期才能做到的事情,用PCR几小时便可完成.PCR技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑.第二页，共25页。基于PCR技术的生物监测全世界每年有2亿5千万人感染水源性疾病，而不同的的微生物病原体具有不同的致病剂量，因此确定水样中病原体的数量，提高检测的准确度显得十分重要。已经发现PCR对星状病毒的检测灵敏度比电镜更高，并可鉴定这一病毒的不同血清型。利用多链PCR技术可检测非人源性E.coli的甘氨酸羧酶基因，从而可快速鉴定河流是否受到人粪便的污染。英国人开发了一种基于PCR的E.coli检测方法可以在24小时完成对99种不同的环境水样的检测，与标准方法100%相吻合，现已列为泰晤士河的例行项目。第三页，共25页。生物标记分析是在生物化学和分子生物学技术基础上发展起来的,研究毒性物质对生物体产生毒性效应的方法,正成为生态毒理学和环境风险评价研究中的一项重要技术手段.该方法对检测并定量分析各类混合毒性物质所引发的遗传毒性,具有积极的意义,包括以蛋白质特性为基础的蛋白质标记,检测亚细胞毒性水平遗传毒性的生理性标记,及以遗传物质DNA的结构和多态性为特征的分子标记等.该方法具有测定灵敏、快速的特性,在遗传毒性的研究中将发挥出越来越大的作用.第四页，共25页。水污染的细菌学监测细菌总数的测定——平皿法总大肠菌群的测定——五日发酵法粪大肠菌群的测定——多管发酵法水中沙门氏菌属的测定水中粪链球菌属的测定第五页，共25页。总大肠菌群当饮用水受到粪便等污染，就有可能带有沙门氏菌、志贺氏菌、弧菌、肠道病毒等，且它们均可以水为媒介引起肠道传染病。总大肠菌群含量可表明水体被污染的程度，并且间接地表明肠道病菌存在的可能，以及对人体健康具有潜在危险性。第六页，共25页。粪大肠菌群粪大肠菌为总大肠菌群的一个亚种；直接来自粪便，除了它耐热，在44-44.5℃的高温条件下仍可生长繁殖并将色氨酸代谢成吲哚，其他特性均与总大肠菌群相同。由于总大肠菌群既包括粪便污染，同时也包括非粪便污染的大肠菌总数，因此，有必要在饮用水标准中增加粪大肠菌群这个指标，以便直接反映出水体是否受到粪便污染的信息，进一步确保流行病学的安全。第七页，共25页。粪大肠菌群检测方法注解

总大肠菌群中的细菌除生活在肠道中外，在自然环境中的水与土壤中也经常存在，但此等在自然环境中生活的大肠菌群培养的最合适温度为25℃左右，如在37℃培养则仍可生长，但如将培养温度再升高至44.5℃，则不再生长，而直接来自粪便的大肠菌群细菌，习惯于37℃左右生长，如将培养温度升高至44.5℃仍可继续生长。因此，可用提高培养温度方法将自然环境中的大肠菌群与粪便中的大肠菌群区分。在37℃培养生长的大肠菌群，包括在粪便内生长的大肠菌群称为“总大肠菌群”(Totalcoliform)；在44.5℃仍能生长的大肠菌群，称为“粪大肠菌群”(Fecalcoliform)，粪大肠菌群细菌在卫生学上具有重要的意义。

第八页，共25页。水环境的生态监测方法第九页，共25页。水生态系统初级生产力的测定叶绿素a的测定：叶绿素A是植物光合作中的重要光合色素。通过测定小体中浮游植物叶绿素a，可掌握水体的初级生产力的情况。在环境监测中，可将叶绿素a含量作为湖泊富营养化的指标之一。黑白瓶测氧法：比较在有光照和无光照情况下，水中氧气含量的变化来决定光合作用与呼吸作用的强度。第十页，共25页。指示生物IndicatorOrganism法被用来监测评价环境质量及其变化、污染程度的生物称作指示生物。已用指示生物作为监测气象、水土、周围环境污染程度。现在所指的指示生物包括自然指示生物、活性污泥指示生物和有毒物质指示生物等。第十一页，共25页。指示生物法原理：水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落监测法的理论依据。水污染指示生物：水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物。第十二页，共25页。浮游生物浮游生物：悬浮在水体中的生物，可分为浮游动物（原生动物），浮游植物（藻类）两大类。多数个体小，游泳能力弱或完全没有游泳能力，过着随波逐流的生活。是水生食物链的基础，它们对环境变化反应很敏感。

第十三页，共25页。浮游生物监测实例利用白洋淀水体中浮游动物群落优势种的变化来判断水体的污染程度和自净程度。结果表明，府河—白洋淀水体从上游至下游，浮游动物耐污种类逐渐减少，广布型种类逐渐出现较多，在下游许多正常水体出现的种类均有分布；同时，原生动物由上游的鞭毛虫至中游出现纤毛虫，在下游则发现很多一般分布在清洁型水体的种类，表明府河—白洋淀水体从上游到下游水体的污染程度不断减轻，水体具有明显而稳定的自净功能。

第十四页，共25页。着生生物附着于长期浸没于水中的各种基质（动物、植物、石头、人工）表面上的有机体群落，如细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、甲壳虫……甚至鱼卵和幼鱼，它们对水体污染的反应很敏感。第十五页，共25页。底栖动物指栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中，以及附着在水生植物之间的肉眼可见的水生无脊椎动物，其体长超过2mm。它们的移动能力差，故在正常的环境下比较稳定的水体中，种类比较多，每个种的个体、数量适当，群落结构稳定。当水体受污染时，其群落结构便发生变化。严重的有机污染和毒物污染会使多数较为敏感的种类和不适应缺氧的种类逐渐消灭，而耐污染的种类成为优势种。第十六页，共25页。鱼类鱼类对水体受污染的反应，比上述生物可能更敏感，所以鱼类品种的变化、及个体数量的变化，能够全面的反映水体的总体质量传说中的长江鲥鱼最后一条人工饲养的白鳍豚“淇淇”，已于2002年7月死亡

第十七页，共25页。污水生物系统法污水生物系统法是由Kolkwiz和Marsson1909年提出，后经完善的一种用于河流污染、尤其是有机污染的监测方法。由于河流受污染后，在污染源下游的一段流程里会发生自净过程，生物的种类组成也随之发生变化，在不同河段将出现不同的物种。根据生物种类组成可划分为：多污带α-中污带（强中污带）β-中污带（弱中污带）寡污染带第十八页，共25页。污水系统生物学、化学特征表第十九页，共25页。污水系统生物学、化学特征续表一第二十页，共25页。污水系统生物学、化学特征续表二

第二十一页，共25页。PFU法PFU法（水质微型生物群落监测PFU法Waterquality-Microbialcommunitybiomonitoring--PFUmethod）是用取氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。1969年由美国Cairns等人建立。国内自80年代开始将这种方法用于污染水体的监测和评价。

第二十二页，共25页。PFU法原理微型生物群落在水生态系统中客观存在。用PFU浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。已证明原生动物(包括植物性鞭毛虫、动物性鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫)在群集过程中符合生态学上的MacArthur－Wilson岛屿区域地理平衡模型，由此可求出群集过程中的三个功能参数(Seq、G、T90％)。在生物组建水平中，群落水平高于种和种群水平，因而在群落水平上的生物监测和毒性试验比种和种群水平更具有环境真实性，为环境管理部门提供符合客观环境的结构和功能参数，作出科学的判断。第二十三页，共25页。种类多样性指数值<11～3>3.0严重污染 中等污染 清洁N：单位面积监测区收集到各类动物总个数。ni：单位面积监测区收集到第i种动物个数。S：收集到