水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)分析

李迎迎

（徐州市新沂環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 新沂 221400）

伴隨我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科技發(fā)展速度也相對較快，人們的生活水平隨之不斷提高，人們愈發(fā)重視自身的身體健康，但同時，生態(tài)環(huán)境也遭受到了較為嚴重的破壞。水環(huán)境中污染物逐漸增多，對水質(zhì)的影響越來越嚴重。如今，生物監(jiān)測技術(shù)與之前相比已經(jīng)有了很大的進步，可有效監(jiān)測各類環(huán)境，找出影響環(huán)境整體質(zhì)量的多種要素。為了有效地發(fā)揮出水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)的作用，監(jiān)測人員將該技術(shù)運用到水環(huán)境監(jiān)測中，可有效探測出不同生物體受污染程度，幫助相關(guān)部門更好地制定出改善水環(huán)境質(zhì)量的有效對策。

1 生物監(jiān)測技術(shù)的基本原理

生物體自身與其生存的客觀環(huán)境是密切相關(guān)的，它們彼此互相影響，相互制約，相互依存。當某種污染物進入到生物賴以生存的客觀環(huán)境中，被這些生物細胞所吸收進而在生物體內(nèi)發(fā)生一系列遷移、聚集、繁殖等新陳代謝過程。生物體隨之受到污染，出現(xiàn)一些相應(yīng)疾病的癥狀。生物敏感性監(jiān)測診斷技術(shù)其實就是人們利用某些生物對各種污染物成分或環(huán)境變化過程中所產(chǎn)生的一系列敏感性生理反應(yīng)，對環(huán)境污染程度進行判斷的另外一種醫(yī)學方法。舉例來說，水環(huán)境長期受到嚴重污染、侵襲時，生活棲息在水域中的許多魚類生物的反應(yīng)是十分的敏感的，其呼吸頻率強弱變化很明顯，當某些污染物累積達到或超過一定限制濃度時，魚類生物就會逐漸出現(xiàn)缺氧中毒，甚至死亡的現(xiàn)象。這時，我們可以進一步通過觀察魚類鰓的變化，來分析判斷其受外來污染物影響前后呼吸運動頻率的變化特征，以分析判斷這些污染物釋放的生物毒性。

2 生物監(jiān)測技術(shù)的工作機制

在水環(huán)境中存在不同種類的生物體，如微生物類、藻類與魚類等。水環(huán)境與水生物帶有極強的依附性，若水環(huán)境發(fā)生改變，會對水生物的生存空間產(chǎn)生極大影響。在水環(huán)境遭受污染后，生物在吸收此類污染物質(zhì)后又以食物鏈的形式間接傳染給人類，給人體健康帶來較大威脅。為此，相關(guān)人員要重視生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)利用生物監(jiān)測技術(shù)快速分析與監(jiān)測水生物的具體變化，并準確監(jiān)測水生物體內(nèi)的污染物種類與污染程度，該類監(jiān)測技術(shù)的準確性較高。從目前的實際情況來看，運用生物監(jiān)測技術(shù)可精準反映出水環(huán)境內(nèi)每項污染物的實際情況和發(fā)展趨勢，且具有投入成本低、反應(yīng)速度快等優(yōu)勢，在應(yīng)用該項技術(shù)的過程中，相關(guān)人員需對該環(huán)境下的污染物濃度進行精準的數(shù)值計算，并結(jié)合監(jiān)測標準找出不同污染物給環(huán)境造成的影響[1-2]。

3 生物監(jiān)測技術(shù)存在的問題

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，如今的生物監(jiān)測技術(shù)存在的問題已經(jīng)不能和之前同日而語。雖然生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，但是目前來看其自身還存在較多的問題亟待改善，這些問題也使得生物監(jiān)測技術(shù)的使用受到一定的限制。

3.1 生物監(jiān)測法不統(tǒng)一

雖然生物監(jiān)測能夠充分反映出區(qū)域環(huán)境問題以及水資源問題，但是由于其自身的特點與性質(zhì)，導致它在使用的過程中會受到自身和技術(shù)方面的限制，甚至如今的生物監(jiān)測方法仍然不統(tǒng)一，使得生物監(jiān)測在當前環(huán)境監(jiān)測中的作用受到一定的影響，只能當做引導性的監(jiān)測方法。從目前針對生物群落的監(jiān)測來看，它沒有對范圍和量化標準進行明確的規(guī)定，雖然一些先進國家已經(jīng)建立相應(yīng)的評價體系，但是由于生物分布不夠穩(wěn)定，同時還會受到一些其他因素的影響，使得評價僅在一些固定的區(qū)域有效果。盡管生物監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)ξ廴疚餄舛茸鞒龇磻?yīng)，準確獲得一些污染數(shù)據(jù)和信息，但是由于一些其他因素的影響以及自身的特性，使得其在使用中還存在較多的問題，不能將其自身的優(yōu)勢全部發(fā)揮出來。

3.2 生物監(jiān)測的復(fù)雜性

復(fù)雜性是生物監(jiān)測技術(shù)的明顯特點，而且生態(tài)系統(tǒng)中的同種生物在不同環(huán)境及不同區(qū)域都會受到不同的影響，它們對于污染物的承受能力也有所不同，在不同的時間以及生物的各個生長階段會形成不同的反應(yīng)。相關(guān)工作人員應(yīng)深刻了解生物監(jiān)測技術(shù)復(fù)雜性的特點，并根據(jù)這種特點合理地將其有效運用在當前的環(huán)境監(jiān)測中，并提出科學的生物監(jiān)測方案。相關(guān)工作人員需要結(jié)合實際情況進行調(diào)查，同時還要分析不同區(qū)域的生物動態(tài)，明確生物自身所處的生長階段。生物監(jiān)測過程中所獲取的大量數(shù)據(jù)和信息，是保證數(shù)據(jù)有效性和可靠性的前提。

3.3 監(jiān)測結(jié)果未得到有效應(yīng)用

生物監(jiān)測結(jié)果能夠幫助我們縮小污染區(qū)域與范圍。環(huán)境對于生物的成長有一定的銜接性，環(huán)境污染是具有隱蔽性的，在短期內(nèi)很難發(fā)現(xiàn)，而且污染物具有持久性、復(fù)雜性等特點，只依靠簡單的技術(shù)很難對污染物進行細節(jié)分析。生物監(jiān)測需要長期運用才有效果，生物監(jiān)測技術(shù)在使用過程中結(jié)合其他監(jiān)測技術(shù)運用效果更加理想，但就目前的實際情況看，并沒有將這一工作有效落實，缺少對區(qū)域環(huán)境的整體評價，沒有對監(jiān)測結(jié)果進行有效的應(yīng)用[3]。

4 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的實際應(yīng)用

4.1 微生物監(jiān)測技術(shù)

4.1.1 聚合酶鏈反應(yīng)

聚合酶鏈反應(yīng)作為微生物監(jiān)測技術(shù)中的一種，在采用聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)時，其能夠解決傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測問題，具體可以通過以下幾個步驟進行：首先，相關(guān)人員應(yīng)借助高溫條件將水環(huán)境中的DNA進行適時整合，將其轉(zhuǎn)化為單鏈形式，在該類溫度中單鏈與聚合酶鏈反應(yīng)會形成互補配對。其次，工作人員應(yīng)及時調(diào)整溫度，將水環(huán)境中的溫度轉(zhuǎn)化成與聚合酶鏈反應(yīng)、DNA相適應(yīng)的溫度，DNA內(nèi)部的聚合酶會根據(jù)磷酸到五碳糖的方位來完成互補，繼而生成一套互補鏈。最后，完成聚合酶的提煉工作。將該類物質(zhì)放置到聚合酶鏈反應(yīng)中，可適時觀測到不同微生物體內(nèi)的污染物類型，該類方式的關(guān)鍵性內(nèi)容為溫度管控。在實際應(yīng)用聚合酶鏈反應(yīng)的過程中，監(jiān)測人員應(yīng)利用重復(fù)性控制、溫度變性控制來有效控制微生物合成的DNA，從而有效完成微生物污染的監(jiān)測工作。

4.1.2 生物傳感技術(shù)

在實驗室利用生物傳感技術(shù)試驗期間，工作人員要熟練運用對某種生物物質(zhì)變化高度敏感的便攜式測試計量儀器，快速將在微生物樣本體內(nèi)發(fā)生的藥物濃度值轉(zhuǎn)化輸出為生物電信號，該測試技術(shù)采用的測試核心設(shè)備皆為高精度生物傳感器。在一組正常功能的生物傳感器陣列內(nèi)，其所主要配備的功能識別類元件為信號采集放大轉(zhuǎn)換裝置、性能檢測識別類元件與物理化特性換能器組等，各項裝置具備的功能元件皆同時具有微生物自動監(jiān)測、轉(zhuǎn)換信息與實時接收有關(guān)生物變化信號的能力，此類微生物傳感器一般可長期固定在某特定微生物功能器官結(jié)構(gòu)中，進而有效增強其整體靈敏度，有效完成對微生物的監(jiān)測，并獲得適宜的監(jiān)測效果。生物傳感技術(shù)能適時簡化污染監(jiān)測中的多項步驟，切實保證了水環(huán)境污染的治理效果得到高效改善。一般來講，在應(yīng)用生物傳感技術(shù)的過程中，參與測試的人員應(yīng)明確監(jiān)測原則，也就是建立敏感反應(yīng)機制，找出生物敏感材料的制備方法，在進行化學物質(zhì)到電流的轉(zhuǎn)化時，需利用性能較佳的信號處理電路，從而有效提升分子識別效果，增強微生物監(jiān)測水平[4]。

4.2 發(fā)光細菌的監(jiān)測技術(shù)

4.2.1 發(fā)光細菌的種類

發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)也是生物監(jiān)測技術(shù)中的一種。發(fā)光細菌為在正常的水環(huán)境條件中體內(nèi)帶有熒光性質(zhì)的細菌，在海洋環(huán)境中該類細菌的分布較廣泛。發(fā)光細菌的主要名稱為革蘭氏陰性類細菌，其具有極強的厭氧性，在其端部有著若干鞭毛，不存在孢子與莢膜，此類細菌內(nèi)部的霍亂弧菌與青?；【紝儆诎l(fā)光細菌。相關(guān)人員需借助發(fā)光試驗來監(jiān)測此類細菌。具體來說，在開展實際監(jiān)測時，相關(guān)人員需將溫度調(diào)整到與該類細菌相適應(yīng)的條件，從而保證發(fā)光細菌能夠積極發(fā)揮作用。

4.2.2 以發(fā)光細菌為主的監(jiān)測技術(shù)原理

在監(jiān)測發(fā)光細菌的過程中，相關(guān)人員應(yīng)找出該類細菌監(jiān)測工作的發(fā)光機理，雖然目前發(fā)光細菌的種類較多，但發(fā)光機理都是相同的，可減輕工作人員的監(jiān)測負擔。針對發(fā)光細菌內(nèi)的發(fā)光機理，其內(nèi)部的長鏈脂肪醛與單核酸在進行分子態(tài)氧化還原時，會遭受細菌中熒光素酶的催化效應(yīng)，在反應(yīng)過程中形成的能量會適時釋放出綠藍色光，此類光并非為滲透反應(yīng)中出現(xiàn)的ATP或是以能量為基礎(chǔ)的質(zhì)子梯度，而是在反應(yīng)能量中出現(xiàn)的光，因此，利用該光的形態(tài)與顏色，監(jiān)測人員可精準判斷發(fā)光細菌的類型與具體特征，為此類污染物質(zhì)的解決提供了有效途徑。

此外，在應(yīng)用發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)的過程中，若該技術(shù)遭遇有毒污染物，其發(fā)光強度會受到不同程度的抑制，其毒性大小、污染物成分與抑制的效果呈現(xiàn)負性相關(guān)，相關(guān)污染物會借用發(fā)光反應(yīng)酶與發(fā)光代謝來形成抑制性關(guān)系，相關(guān)人員可借助發(fā)光強度的變化來完成污染物的監(jiān)測工作。

4.3 生物行為反應(yīng)下的監(jiān)測技術(shù)

在運用生物行為反應(yīng)類監(jiān)測技術(shù)時，相關(guān)人員可依照不同生物的反應(yīng)行為來判定其內(nèi)部的水體污染，確認污染物的污染濃度，并設(shè)置適宜的預(yù)警機制。一般來講，監(jiān)測人員在探測水體的污染程度時可適時評估該水環(huán)境中各類生物的生理變化與反應(yīng)行為，常見的指示性生物為水蚤與魚類。斑馬魚屬淡水魚的一種，其對水質(zhì)有較高的要求，也就是說可將其當作與水環(huán)境監(jiān)測相關(guān)的指示生物，將該魚類當作指示性生物后，監(jiān)測人員可運用半靜態(tài)法來探究該水體中可能存有的有毒性物質(zhì)，重金屬離子會對斑馬魚造成不同程度的損傷，表現(xiàn)在其體內(nèi)的過氧化氫酶與毒性，因而利用斑馬魚可適時探測出該水體的污染程度。相關(guān)人員在開展指示生物的監(jiān)測時需保證持續(xù)性，即二十四小時不間斷地進行監(jiān)測，精準發(fā)現(xiàn)并分析其對應(yīng)的活動路徑，從而使監(jiān)測工作變得更為精準。在進行正常的水環(huán)境監(jiān)測期間，若發(fā)現(xiàn)生物存有異常反應(yīng)，除了要進行及時記錄外，還要制定適宜的預(yù)警系統(tǒng)，借用該系統(tǒng)來發(fā)出警告信號[5]。

4.4 底棲動物類監(jiān)測技術(shù)

在研究海洋生物體內(nèi)的污染時，監(jiān)測人員應(yīng)找出適宜的指示生物，比如，在生物反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)中利用高頻電磁感應(yīng)可精準探測出水蚤與魚類體內(nèi)的污染程度，而在使用兩棲動物或底棲動物類監(jiān)測技術(shù)時，可將多項指數(shù)看作指示類生物，如多樣性群落指數(shù)、生物指數(shù)與腐殖質(zhì)指數(shù)等，該類指數(shù)的變化會給水環(huán)境造成較大影響。比如，監(jiān)測人員為了解兩棲動物體內(nèi)的污染物質(zhì)，在應(yīng)用相關(guān)監(jiān)測技術(shù)時選取了腐殖質(zhì)指數(shù)，借助對該項指數(shù)的評價來了解當前的水體環(huán)境。在提取腐殖質(zhì)指數(shù)的過程中，監(jiān)測人員利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)搭建起適宜的生物物體監(jiān)測平臺，利用多項創(chuàng)新技術(shù)找出不同生物體內(nèi)的腐殖質(zhì)，再借用相關(guān)試驗對該類指數(shù)進行評估，嚴格控制監(jiān)測過程中的各項環(huán)節(jié)，避免相關(guān)環(huán)節(jié)的遺漏，利用該類監(jiān)測技術(shù)，有效增強了評估指數(shù)的合理性、可靠性。此外，監(jiān)測人員還可利用生物活性來研究水環(huán)境中的污染狀況，借助不同類型的傳感器技術(shù)完成生物體內(nèi)的探測，通過對其體內(nèi)高分子的分析，提升水環(huán)境評價的精準度。

4.5 基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)是指在環(huán)境污染處理中將相應(yīng)的基因進行改良或重組，再對污染物進行處理，它可以高效地提升微生物的降解能力，來降解一些污染物，再通過氧酶和雙氧酶對污染物進行處理，對石油等污染物的處理具有較好的效果?；蚬こ碳夹g(shù)利用DNA重組技術(shù)將基因轉(zhuǎn)入到受體植物體內(nèi)，再利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)降解一些污物。該項技術(shù)具有極高的穩(wěn)定性，同時能夠改變污染物的調(diào)控方式，高效地加強污染物的代謝，提高污染物的分解效率，積極地發(fā)揮其自身的作用。

4.6 電泳分離純化技術(shù)

電泳是當前核酸研究中比較常見的方法，同時也是基因工程比較常見的一項技術(shù)。電泳分離純化可以利用電場進行銜接，從而將電離子與電性形成相反的電極移動，該現(xiàn)象被稱之為電泳。在日常生活中，比較常見的電泳包括瓊脂凝膠電泳和聚丙烯酰胺電泳。其中單細胞電泳是利用生物學的變形條件形成整體結(jié)構(gòu)的改變，這樣使得解鏈形成不同的程度的連接，再通過分子標記進行全面檢測。如果運用單細胞凝膠電泳技術(shù)對細胞進行檢測與修復(fù)，則會出現(xiàn)一些其他的問題。一般情況下該項技術(shù)可以運用于微生物的處理，可以對自然環(huán)境情況進行及時的分析，還可以針對一些廢水進行處理，及時分析出生物的動態(tài)情況以及種類樣數(shù)。

4.7 生物傳感器技術(shù)

生物監(jiān)測技術(shù)是環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中運用最為廣泛的一項技術(shù)。它能將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為信號，再將信號傳遞給生物傳感器。它利用了生物學的各項原理，能夠更好地去識別監(jiān)測物體。它利用識別和感知對監(jiān)測目標進行鑒別，并通過相應(yīng)的規(guī)律實現(xiàn)各部分的轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)器件和裝置的調(diào)整。生物傳感器一般分為細胞膜傳感器、酶傳感器以及細胞傳感器等，其工作原理是通過微生物形成一種混合菌種的微生物電極。由于水中物質(zhì)降解代謝反應(yīng)，導致水中的微生物內(nèi)外呼吸方式發(fā)生 變化，一般可以根據(jù)電流信號情況來進行鑒別。生物傳感器還能鑒定一些金屬類的污染物，利用檢測的方式對金屬情況作出分析，以此確保金屬的元素內(nèi)容。

5 結(jié)論

綜上所述，我國一直踐行的是可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略，我國的每一位公民應(yīng)該認識到生態(tài)環(huán)境保護的積極意義和重要作用，并積極加強對生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與研究，進而實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的改善與提高。