生物監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中的應用研究

張明杰

摘 要：生物監(jiān)測是應用于環(huán)境監(jiān)測領域的一門新興技術，是指利用生物個體、種群或群落對環(huán)境污染或變化所產生的反應，從生物學角度對環(huán)境污染狀況進行監(jiān)測和評價，具有長期性、連續(xù)性、綜合性及靈敏性等特點。文中綜述了生物監(jiān)測的原理、特點及應用和未來的發(fā)展趨勢進行了系統闡述。

關鍵詞：生物監(jiān)測；水環(huán)境監(jiān)測；應用

0 引言

理化檢測技術能夠準確地進行定量和定性，因而正確評價水環(huán)境和準確鑒定水污染事件時，可以其成果作為依據。然而，理化檢測僅僅只能對污染短時間內的情況進行監(jiān)測，而難以實現長時間的連續(xù)監(jiān)測，在水環(huán)境監(jiān)測中達不到理想的效果，同時，在對水質變化特點與將來的變化趨勢等方面的把握上存在嚴重不足。為有效解決理化檢測技術存在的問題，進而產生了生物監(jiān)測。生物監(jiān)測即為通過全面使用生物反應對環(huán)境變化進行評價的一門科學，并且能實現在環(huán)境質量控制程序中的有效應用。

1 生物監(jiān)測的原理

生物和環(huán)境之間相輔相成，具有緊密的聯系和影響，在環(huán)境中，改變了各種理化條件，因而會對在這一環(huán)境當中生活的生物遭受一定的影響，并且生物體內部生理功能和種間關系也會受到進一步影響，生態(tài)平衡被打破，反過來生物又會對環(huán)境產生影響?？梢妰烧咧g的聯系，正是由于生物和環(huán)境兩者之間存在協同進化與一致性，所以為環(huán)境質量生物監(jiān)測奠定良好的生物學基礎。在各類文獻資料中，對生物監(jiān)測的定義不一致。聯合國環(huán)境規(guī)劃署作出的界定即為對具有生命的生物體所受到的人為壓力的靈敏度的測定；美國國家環(huán)保局也給出了定義，即為利用具有生命的活著的生物體對環(huán)境影響進行的測定。實際上為同一原理，也就是通過水生生物個體、種群與群落的數量、性質、健康情況、生理特點等的變化將水環(huán)境質量的變化展現出來，明確環(huán)境污染的具體情況，并基于生物學的視角有效監(jiān)測與評價環(huán)境質量。

2 生物監(jiān)測的特點

在水環(huán)境監(jiān)測中，理化監(jiān)測具有操作便捷、高效快速的優(yōu)勢，然而對于水環(huán)境質量整體監(jiān)測和評價來說，理化監(jiān)測又存在較大的限制，難以將污染的綜合性和對生物毒性產生的影響全面細致地展現出來。而長時間持續(xù)不斷地生物監(jiān)測的效果更好，更具直觀性，能高效全面地展現影響和變化。相比一般的理化監(jiān)測方法，生物監(jiān)測的主要特點如下：（1）在某一范圍之內生活的生物能全面地展現長時間形成的污染情況，而理化監(jiān)測僅僅針對取樣這一階段內的污染情況，生物監(jiān)測能實現連續(xù)長時間的監(jiān)測有效性。（2）一些生物對部分污染物具有極高的敏感度，能監(jiān)測出細致的微量污染物形成的反應，而這些反應往往甚至是精密儀器都難以監(jiān)測出來，同時會存在對應的受損傷的效應，產生直觀的效果。（3）在生態(tài)系統中，通過食物鏈可以將微量有毒物質予以富集，當到達該食物鏈末梢時，可將污染物濃度提高到數萬倍。（4）因為一種生物對不同的污染物產生反應而表現出不同癥狀，所以生物監(jiān)測更具多樣性，監(jiān)測功能更加多樣化。（5）理化監(jiān)測只能監(jiān)測特定條件下水環(huán)境中污染物的類別和含量，而生物監(jiān)測可以反映出多種污染物在自然條件下對生態(tài)的綜合影響，更加客觀、全面地監(jiān)測和評價水體質量。

3 生物監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

3.1 群落監(jiān)測

第一，水環(huán)境評價。在水體環(huán)境整體評價中，生物監(jiān)測擁有巨大的優(yōu)勢，利用水生生物群落和類別的變化，能充分了解在長期和短期時間內，水體質量的變化情況。例如，二十世紀就是年代，歐洲一些國家的植物營養(yǎng)素對其水庫產生了極大的污染和破壞，在那個時候，迅速展開了對水庫中各個時期生物的類別和構成的研究，對水體變化情況進行充分了解，進而加快凈化了水庫，極大影響著水庫的應用功能；歐洲許多個國家都貫穿著萊茵河，長時間遭受嚴重污染，嚴重侵害了河流中的生物，經過各個國家共同的不懈努力，該河水體質量得到極大改善，原先消失的生物又重新在河道中出現。水生生物具有顯著的指示作用，不僅能從整體上展現采取環(huán)保舉措所達到的效果，而且能使人們對環(huán)境質量有更全面的了解。

第二，水域宏觀規(guī)劃。水生指示生物會隨環(huán)境的變化而出現一定的反應，以此可掌握水體的質量和類型，應將其有針對性地利用起來。比如，如果水體中生長著較為旺盛的藻類，就可以放養(yǎng)一些鰱魚、羅非魚等魚種。此類魚的餌料主要為藻類。這樣不僅可增加魚的產量，還能逐步減輕水體的富營養(yǎng)化程度，同時，也可以減少餌料的投入量。通過觀察和監(jiān)測水體中水生生物的群落結構，了解相應水域水體的類別和性質，可宏觀規(guī)劃水域，確定水體的相應功能，最終達到合理劃分水域功能的目的。

3.2 生物測試

生物測試即為使用實驗的手段，對生物所受到環(huán)境的污染和影響進行研究和監(jiān)測，進而對水體的質量與受污染的情況進行準確評價，其主要應用在以下兩方面：（1）對水中植物營養(yǎng)素和生長刺激激素的情況進行監(jiān)測；（2）對生物散發(fā)的毒性進行監(jiān)測。在宏觀與非定量評價中，群落監(jiān)測使用較多，然而在對水體的質量與受污染情況進行檢測時，必須以生物測試為依據。其包括以下兩方面：第一，生物傳感器。固定化細胞核和固定化酶技術應用于生物傳感器之中，并把生物學元件當做是功能性識別原件，根據相關規(guī)律把識別和感知為目的的被測物轉變?yōu)榭勺R別的信號。它的工作原理是在生物組分與待測對象之間生成相互作用，借助于電子組分檢出待測對象，并對其轉化，最終成為可以測量的電子信號。通常情況下，可以將生物傳感器劃分為多種類型，比如細胞傳感器、免疫傳感器和DNA傳感器等，這樣劃分的依據是識別元件構成材料的差異。第二，制訂環(huán)境標準。在水環(huán)境中生長的生物個體因食物鏈和生長需要，會在水環(huán)境中積累各種成本。在生物測試應用中制訂水質標準時，必須將污染物在生物體內的累積對生物生理機能和遺傳效應產生的毒害納入考慮范圍內。目前，我們已經在飲用水中分離和鑒定了超過2000種有機化合物，但采用理化監(jiān)測無法識別這些化合物對人體的危害。而通過應用生物監(jiān)測技術合理選擇受試生物和監(jiān)測條件，制訂出的水質標準會更加合理、嚴格。此外，還可結合不同的水體，對污染物排放標準進行差異化的制訂。

4 生物監(jiān)測發(fā)展趨勢

4.1 分子生態(tài)毒理學

分子生態(tài)毒理學采用現代分子生物學方法與技術，研究污染物及代謝產物與細胞內大分子，包括蛋白質、核酸、酶的相互作用，找出作用的靶位或靶分子，并揭示其作用機理，從而能對在個體、種群、群落或生態(tài)系統水平上的影響作出預報，具有很大的預測預報價值。一般來說，監(jiān)測MT的方法比監(jiān)測組織中金屬總量更可行，因為這種方法可以將胞內具有顯著毒理效應的金屬結合片段與不可利用的金屬絡合物區(qū)分開來。因此貽貝消化腺上皮細胞中的溶酶體膜的穩(wěn)定性和金屬硫蛋白的含量的測定可以作為水體環(huán)境有毒物質變化的早期警報。近年來，生物體內膽堿脂酶活性的測定已經成為海水和淡水水體污染的一種監(jiān)測工具。由于環(huán)境中的有機磷農藥和氨基甲酸鹽殺蟲劑與底物乙酰膽堿的分子形狀類似，能與酶酯基的活性中心發(fā)生不可逆的鍵合從而抑制酶活性，因此它可以用來評價有機體在殺蟲劑和毒害神經的污染物質中的暴露程度。

4.2 有效運用生物傳感器

生物傳感器技術能在研究環(huán)境中低濃度污染物與沉積物中污染物上獲得廣泛應用，發(fā)揮其在研究上巨大的潛力，生物傳感器即為集生物學、化學與物理學為一體的全新裝置，能結合生物的酶、亞細胞器以及細胞或組織對污染的反應，進而轉換形成電信號，經過放大系統展現出來，再利用計算機系統處理檢測信號，實現監(jiān)測的自動化。目前，這種生物傳感器技術可以對水質的BOD進行快速監(jiān)測。當然，生物傳感器的應用在未來將向著高性能化、微型化、智能化和專業(yè)化方向發(fā)展。

5 結語

由于不斷深入開展環(huán)境保護工作，生物監(jiān)測技術水平的日益提升，在將來環(huán)境監(jiān)測尤其是水環(huán)境監(jiān)測中，生物監(jiān)測的作用尤為顯著，并能得到廣泛應用和普及。生物監(jiān)測作為能對綜合毒性進行評價的一種良好的方法，在將來的研究和應用中會引起人們的高度重視，特別是在監(jiān)測新型毒性物質方面，其將發(fā)揮至關重要的作用。

參考文獻

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（作者單位：偃師市環(huán)境保護局）