環(huán)境生物技術(shù)在水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、116116環(huán)境生物技術(shù)在水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用于彥勤韋海波可尊（廣西省桂林市永?？h環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 541800）116【摘 姜】生物技術(shù)又稱生物工程它是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)利用生物 有機(jī)體戎其紐成部分以及工杭技水原理，發(fā)展新產(chǎn)品戲斷工藝的一 種綜合性科學(xué)技水體系.水體一旦受到污染水環(huán)境發(fā)生變化各種 水生生物會(huì)對(duì)此產(chǎn)生不同反應(yīng)從而構(gòu)成水體汚染監(jiān)測(cè)的生物學(xué)報(bào) 本文主要從生物群落.細(xì)苗學(xué)及#理學(xué)三方面對(duì)環(huán)境生物技術(shù) 衣水污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述并展望了生物技術(shù)未來(lái)的發(fā)展 方向和前景.【關(guān)鍍?cè)~】環(huán)境生物技術(shù)水環(huán)境U汚嫩監(jiān)測(cè)；應(yīng)用1引 S環(huán)境生物技術(shù)（Environmental Biotechnolog

2、y EBT ）是主要由牛 物技術(shù)工程學(xué)、環(huán)境學(xué)和生態(tài)學(xué)組成的一門(mén)新羽邊緣學(xué)科是 玄接或間接利用生物體或生物體的某些組成部分或機(jī)能建立降 低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝或者能夠高效凈化環(huán)境污染 及同時(shí)生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術(shù)系統(tǒng)。環(huán)境生物技術(shù)涉及到荃 因工程、酶工程、發(fā)酵工程、細(xì)胞工程.水處理工程生態(tài)工程等 各層次的工程與技術(shù)，并奧基于眾多學(xué)科的基礎(chǔ)理論.直主要研 究?jī)?nèi)容主要包括4個(gè)方面：0降解污染物的工程菌和抗污染型轉(zhuǎn) 基因植物的相關(guān)研究；環(huán)競(jìng)友好材料生物合成技術(shù)的相關(guān)研 究：危險(xiǎn)性化合物的降解和污染場(chǎng)地的生物補(bǔ)救研究；廢物 強(qiáng)化處理技術(shù)研究.應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的經(jīng)典生物技術(shù)主要有以下幾種方法：用細(xì)

3、劇總數(shù)及糞便污染指示菌（大腸埃希氏菌、克術(shù)伯氏蔭竽監(jiān)測(cè) 水質(zhì)，用鼠傷塞沙門(mén)氏菌檢測(cè)物質(zhì)致突變性與致癌性，用發(fā)光細(xì) 菌快速檢測(cè)環(huán)境奉物；通過(guò)測(cè)定水中藻類（席用硅藻、柵藻小球 漢等的生長(zhǎng)竄來(lái)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)或物質(zhì)的霉性檢測(cè)。上述方法在 操作及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)上均已成熟巳普追使用。如楊第波等利用生物 發(fā)光技術(shù)對(duì)冶金類行業(yè)廢水的綜合急性霧性進(jìn)行評(píng)估試臉試 驗(yàn)結(jié)果表明：用生物霉性指竊評(píng)估廢水污染程度捋標(biāo)敏悠簡(jiǎn) 單易行，既彌補(bǔ)了當(dāng)前我國(guó)在污染源監(jiān)督監(jiān)測(cè)管理上的不足 乂 能保證廢水的安全排放在生態(tài)環(huán)境保護(hù)上兵右獨(dú)待的不可替 代的作用.2水環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)2.1生物群落的監(jiān)測(cè)Kolwitz和Marson 1909年提出的污

4、水生物系統(tǒng)為運(yùn)用指示 生物評(píng)價(jià)水體污染和水體自凈狀況莫定了基礎(chǔ).1949年P(guān)atrick 曾把所調(diào)査生物分成7類，然后將務(wù)站的動(dòng)物種類平均數(shù)作為 100% 再計(jì)算每站各類動(dòng)物沖類所占百分比并制圖，評(píng)價(jià)水體受 汚悄況分為清潔河流、半清潔河漁、污染河淤及收污染河流。 1955年Bede首次提出以生物指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水體污染的程度。1960 年Goodniit等提出了污染指數(shù)，也就是顫蚓類個(gè)體數(shù)卅在整個(gè) 底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物個(gè)體數(shù)址中所占的可分比。若污染指數(shù)達(dá) 80%或更多時(shí)表明冇嚴(yán)垂的冇機(jī)污染或工業(yè)污染低于60%表 明水體大體上悄況曼好 1964年King和Bel【用水生昆蟲(chóng)和靠毛 類濕重的比值來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)

5、此法可用于評(píng)價(jià)有機(jī)污染和某些冇 話廢水的污染。1968年Cairns等提岀一種快速評(píng)價(jià)水質(zhì)的生物 學(xué)方法即連續(xù)比較耆數(shù)法。該方法不需分類檢索僅根據(jù)動(dòng)物外 表的顏色、大小、形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)確定生物之間的差異再根據(jù)類別 和密度兩方面估計(jì)生物的變化以確定水體污染狀況。20世紀(jì) 70年代美國(guó)Cairns教授創(chuàng)立了 PFU法 80甸:代初沈芬將PFU 法引入中國(guó)并進(jìn)行了修正和創(chuàng)斯.PFU法適用于原生動(dòng)物.漠類 對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)此方法可鑒別水體是冇機(jī)污染還是璉性污染。 1991年任淑智利用底棲動(dòng)物群落對(duì)京津及鄰近地區(qū)的河流進(jìn)行 了水質(zhì)評(píng)價(jià)并據(jù)此劃分了河流竽級(jí)。2.2 水污染的細(xì)笛學(xué)監(jiān)測(cè)1954年P(guān)atrick等指岀

6、細(xì)菊和其它異養(yǎng)生物通常較啊污染. 而水生周叢生物砕藻群體等白養(yǎng)生物對(duì)污染反應(yīng)較敏感。1965 年Hobbie和WrigM指出在富營(yíng)養(yǎng)的和有機(jī)質(zhì)豐自的溪流和江河 中細(xì)餡的攝取動(dòng)力學(xué)待別是對(duì)葡斛衲的攝取可以提供一個(gè)有 效的功能檢驗(yàn).1967年Bartsch等指出在廢水出口下游水中耐 污肅和其它異養(yǎng)生靭的生物斌常大址堆加I，這個(gè)特征可以在生 物監(jiān)測(cè)中應(yīng)用1978年Tempos運(yùn)用觀察菌落生長(zhǎng)餡況的方法. 以9種不同培養(yǎng)基測(cè)定了不同工業(yè)廢水對(duì)犬腸桿曲的毒性，同時(shí) 選擇性地檢測(cè)了廢水中9種主耍金屬的含fib結(jié)果表明抑菌圈的 大小與總的金屬含社冇關(guān)。L8T等研究表明水體當(dāng)營(yíng)養(yǎng)化由 氨荃細(xì)歯的大雖繁殖引起該

7、細(xì)菌細(xì)胞體內(nèi)含有藻氛素其顯示 的熒光光譜不同于其他物質(zhì)，用對(duì)該熒光敏感的物理轉(zhuǎn)換器能 檢測(cè)幅基細(xì)慚的濃度從而預(yù)報(bào)水休的富件養(yǎng)化。發(fā)光細(xì)菊由于 其獨(dú)待的生理待征而被作為一種較理想的指示生物。1966年發(fā) 光細(xì)菌首次被用于檢測(cè)空氣樣品的毎物。Beckman公司依據(jù)該 原理制作了污染物急性毒性生物測(cè)仮儀一Microlox（徴再檢北 儀）,Ncichciscl曾用該法判斷污水經(jīng)適當(dāng)處理后帝物的降解情況 及處理效果2.3 水汚染的奉理學(xué)監(jiān)測(cè)水生生物產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)可用負(fù)類雖類.藻類等其中以徴類的毒 性實(shí)驗(yàn)應(yīng)用較廣。Johnels等1967年最早用中子活化法分析研究 C斑狗魚(yú)（Esox lucius L）及-些其

8、他水生動(dòng)物體內(nèi)汞的含址及其 與污染的關(guān)系發(fā)現(xiàn)偵體汞含忻有明顯的地區(qū)差異。Calms等 1970年利用光電原理研究鋅對(duì)金色活動(dòng)取式的影響并口在同 年還研究了鋅對(duì)大翻車魚(yú)的心率和呼吸率的影響。1974年Sil bcrgeld發(fā)現(xiàn)小里淡水魚(yú)鏢勢(shì)（Etheostoma nigum）血液中的創(chuàng)豹糖 對(duì)低濃度的有機(jī)氯農(nóng)藥狄氏劑敏感。我國(guó)長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所1975 年論述了長(zhǎng)江、珠江、嫩江水質(zhì)污染對(duì)創(chuàng)類形響；周永碩1984年 研究了汞、銅.鎘、六六六和硫磷等對(duì)食蚊徴生長(zhǎng)的影響）葛古琦1990年估算了水污染對(duì)淡水漁業(yè)的的響。Henderson等1960年提出浮游動(dòng)物對(duì)毎物的反應(yīng)有時(shí)比佰類 更為敏感。1968年P(guān)a

9、trick等已經(jīng)證明硅藻和大3?無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì) 產(chǎn)物的敏感性通常比魚(yú)類高。Bedford 1968年提出雙殼類對(duì)有 機(jī)氯農(nóng)藥有很強(qiáng)的富集能力因而圧水體冇機(jī)氯農(nóng)藥污染極理 想的檢測(cè)器。Clarke 等 1974 年提出一種ft (Corbicula manillcnsis) 是某時(shí)間間隔內(nèi)水中低濃度鉛的極好的監(jiān)測(cè)器可免除水中鉛 含址因廢水排放、洪水或干早的影晌而波動(dòng)致使貫接測(cè)定水樣 發(fā)生誤花1974年Navrot等發(fā)現(xiàn)海產(chǎn)貝類Patela vulgsta體內(nèi)銀. 貢、傑、鋅含植明顯與環(huán)境中相應(yīng)含就冇關(guān)。1974年Caims指出 原生動(dòng)物在評(píng)價(jià)污染方面的十人優(yōu)點(diǎn)綜合報(bào)逍了各類毒物對(duì) 原生動(dòng)物的影響由

10、于以上原因許多壽性試驗(yàn)用也類以外的無(wú) 脊椎動(dòng)物、藻類水生植物等其他生物來(lái)進(jìn)行。3環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展目前，研究較多的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的生物島技術(shù)包括生物傳 感器、核酸探針、聚合酸式反應(yīng)技術(shù)(PCR技術(shù))及酶免疫監(jiān)測(cè)等. 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)核酸探針.PCR技術(shù)用于細(xì)菌、病毒檢測(cè)的報(bào) 道日益增多。3.1生物傳爲(wèi);8技術(shù)生物傳感器技術(shù)是指用固定化生物體內(nèi)功生物組成作為嫩 感元件的傳感器.口前廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)及環(huán)境工程監(jiān)測(cè)中 生物傳感器技術(shù)包括BOD生物傳感器、屮烷生物傳感器、乙醇生 物傳感器、測(cè)定氨生物傳感器.亞硝酸生物傳感器、氧電極 ORP 生物傳感器、歯濃度檢測(cè)器、底物及代謝濃度檢測(cè)器等這些生 物

11、傳感器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不僅克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法繁瑣準(zhǔn)確性 差、不能及時(shí)反映水質(zhì)狀況缺點(diǎn)，還為自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)、污水處理 設(shè)施連續(xù)在線檢測(cè)抿供了可能因而為箱個(gè)水處理字業(yè)的白動(dòng) 化打下了基礎(chǔ)3.2 PCR技術(shù)PCR技術(shù)即聚合瀚鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase chain Reaction),是在 體外合成待異性DNA片段的方法可以快速擴(kuò)增目的基因DNA 或RNA片段，是對(duì)莖因克降分子雜交和序列分析等分子生物學(xué) 方法的豐富和發(fā)展.】990年Williams等在PCR術(shù)圧礎(chǔ)上改用以 多雙引物獲得了多態(tài)性DNA擴(kuò)增片段并以此創(chuàng)做生物標(biāo)記物， 建立了 RAPD( Ramdom Amplified Poly morph

12、ic DNA)方法為基因 組研究奧定了基礎(chǔ)擴(kuò)大了 PCR的應(yīng)用范的。PCR技術(shù)口前在 環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要有環(huán)境中病源微生物的檢測(cè)、進(jìn)入自然 環(huán)境中的基因工程菌的檢測(cè)，以及環(huán)境微生物基因克隆中PCR 技術(shù)的應(yīng)用等。PCR技術(shù)的應(yīng)用提高了環(huán)境微生物檢測(cè)技術(shù)的 局限性及檢測(cè)速度克服了傳統(tǒng)培養(yǎng)法的種種缺陷并且可以克 隆傳統(tǒng)方法無(wú)法人丁培養(yǎng)的重要微生物的基因。該技術(shù)今后的 應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。3.3礫免疫監(jiān)測(cè)酶免疫監(jiān)測(cè)(enzyme irmnunoassay EIA)是根據(jù)抗原抗體反應(yīng) 具有島度的待異性以陽(yáng)作為標(biāo)記物與已知抗體結(jié)合但不影 響其免疫學(xué)待性，然后將酶標(biāo)記物的抗體作為標(biāo)準(zhǔn)試劑來(lái)鑒定 未知抗原。

13、胡聯(lián)免疫吸附檢M (enzyme linked immunosorbent assay .ELIAS)是目前最席用的監(jiān)測(cè)方法，它是根據(jù)EIA原理而發(fā)展 的一種固相免疫技術(shù)，梵試劑金基于競(jìng)爭(zhēng)吸附方法，可分別供實(shí) 驗(yàn)室和野外測(cè)試.Kroemer等開(kāi)發(fā)了最新的自動(dòng)化EIA監(jiān)測(cè)方 法可在水樣測(cè)試中采用流動(dòng)注射法(flow injection analysis, FIAL) 將特定的抗體固定在膜上試劑由時(shí)間控制的泵輸入并通過(guò)檢 測(cè)膜透過(guò)膜的溶液進(jìn)行酶產(chǎn)物的熒光測(cè)定.每個(gè)樣品檢測(cè)完畢 后臓自動(dòng)更換。3.4 從皎探針核酸探什是通過(guò)制備待丘菌種DNA序列的待定的核酸熒光 探針來(lái)檢測(cè)環(huán)境中的特異性污染物質(zhì)以此分

14、析和辨認(rèn)污染源 構(gòu)成和污染物來(lái)源，以及生物發(fā)光菌(Bioluminescent bacterium)、級(jí) M(Cyanobacteria)、鹵索呼吸菌(Halorespiring bacterium)、苯乙烯降 斛苗和蘭貽R(Bhie mussels)水體中冇雷物和海水凜類的爆發(fā)。4小結(jié)總之生物技術(shù)作為一項(xiàng)有效的環(huán)境污染治理措施受到越 來(lái)越多的關(guān)注其在生物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染治理、生物修復(fù)技術(shù)方 面都巳得到廣泛應(yīng)用，并取得了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。生物監(jiān)測(cè) 法從先前以生物的個(gè)體、器官等作為“探針”，發(fā)展到今天分子生 物學(xué)的髙新技術(shù)將分子水平的“探針”應(yīng)用到對(duì)環(huán)境污染物進(jìn)行 測(cè)定表明了生命科學(xué)與環(huán)境工程迅速

15、的同步發(fā)展的趨勢(shì)，生物 技術(shù)的應(yīng)用將是未來(lái)環(huán)境保護(hù)中一個(gè)重要發(fā)展方向.【參考文飆】叮劉淑梅淑芬壞境生物技水的研究現(xiàn)扶及發(fā)展越勢(shì)J環(huán)境料 學(xué)與住理.200530(4):44-462 張志杰張維平.環(huán)境汚染生物益測(cè)與評(píng)價(jià)M中國(guó)環(huán)境科學(xué)出3 草擁靈分子生物學(xué)技水及其在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用研無(wú)進(jìn)展 J 河池學(xué)嚨學(xué)扌2005.25( 2)：1 6.4 楊弟濃尋生物發(fā)光技術(shù)在評(píng)估廢水煤合念牲4性中的應(yīng)用J遼 寧城鄉(xiāng)環(huán)岌科技 2000.20(3兒33355 吳邦燦環(huán)戍Jtt測(cè)技術(shù)M.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.1995:12.6 徐*篷水生晁蟲(chóng)與水用的生物益測(cè)J.M陽(yáng)農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)2001.18(1),66-707J.執(zhí)恩斯尋箸.曾鳳中于亞平譯水污染的生揚(yáng)監(jiān)測(cè)M中國(guó)環(huán) 境料學(xué)出皈社 1989：28張芝勃利用微生物評(píng)價(jià)水倉(cāng)的研究進(jìn)展J上海環(huán)境科學(xué).2001 20(6):259-262.9王建龍生物傳感氏在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中