水环境监测中生物监测技术的应用分析

陶丽平（郴州市环境监测站，湖南 郴州 423000）



水环境监测中生物监测技术的应用分析

陶丽平（郴州市环境监测站，湖南 郴州 423000）

生物监测技术的应用原则是当水环境污染物还没有达到危害生态系统的程度时，快速、高效的监测出有害物质，避免出现水环境污染问题。对此，本文首先介绍了几种常见的生物监测技术，然后对其在水环境监测中的具体应用进行了分析。

水环境监测；生物监测技术；应用

1　引言

新时期，我国工业化发展迅速，但是工业化发展给环境带来了很大的压力，尤其是我国水环境安全正在面临巨大的污染威胁。水环境监测是检测水环境质量和治理水环境的重要方式，通过水环境监测，能够及时找到污染物并进行治理，因此对于保障用水安全至关重要。

2　生物监测的特点

生态环境受到污染后，生物生长也会受到影响，将生物监测技术应用在环境管理中，能够取得显著的效果。生物在生长期间受环境影响严重，如果周围环境中含有污染物质，生物物种可能会出现病变或者基因突变的情况，但环境污染问题通常是在小范围内发生，在选择取样检测点时，要考虑实际情况，根据可能造成的环境污染，有针对性的选择测试点，这种能够确保结果与实际情况相吻合。生物检测能够反映一段时间内的环境变化情况，帮助环保工作人员明确检测现场存在的污染物质种类，有针对性的开展治理工作。例如，在对水体进行检测时，可以对内部生物生长情况进行检验，这样所得到的结果更全面。开展生物监测不能局限于检测区域内的物种，更要结合周边环境情况来进行，生态环境影响是相互的。

3　生物环境监测方法

3.1微生物监测法

微生物群落监测法是发展应用较早的生物监测方法，主要是监测微型生物（含细菌、真菌、藻类、原生动物等）在水环境中出现的物种频率或者相对数量，然后通过数学计算统计得出的分布指数，以此为指标评价水污染程度。研究人员通过利用聚氨酯塑料块为基质，采集水体中的微型生物，然后统计分析收集到的微生物群落各种参数，以评价水质的污染状况。我国研究人员通过对微生物群落监测法进行修正和改进，提出了与化学监测参数有显著相关性的四个生物学参数，即原生动物种数、植鞭毛虫百分比、多样性指数和异养性指数，发展和建立适用于我国生态环境的微生物群落监测方法，并成为我国第一个自行制订的生物监测标准。另外，通过改进微生物监测装置，采用瓶装聚氨酯泡沫塑料块消除海洋潮汐流和环流的影响，能够有效监测海水环境中的微型生物。

随着微生物群落监测法的发展，数学分析在微生物群落监测法发挥的作用也越来越明显。数学分析以及计算机应用的发展有利于在更大范围内揭示生物群落参数的变化规律，使微生物群落监测法的使用范围更加广泛，而且还能够保证监测结果的精确性。

3.2发光细菌监测法

发光细菌法是一种发展比较成熟的生物监测方法，目前已经被广泛应用于水环境监测中。通过发光细菌，能够监测出水样中大部分有毒物质。研究人员利用费氏弧菌的细胞发光特性，设计出一种水质毒性检测仪，可用来测定水环境污染物综合毒性水平，并且通过选用遗传改造的发光细菌Acinetobactersp.RecA作为指示物种，建立起污染物遗传毒性快速检测方法，通过这一方法，能够在3h内获得毒性评价结果。

发光细菌法在有机物及重金属等毒性物质监测领域有广泛的应用前景，但其本身也存在操作繁琐、误差较大等问题。电子技术的发展为发光细菌法的研究和应用提供了保证，结合荧光光度法、紫外分光光度法等仪器方法以及基因操作技术，发光细菌法将有更加广泛的发展和应用空间。

3.3生物行为反应监测法

生物行为反应监测是通过生物受到污染物质危害后所产生的趋利避害的行为反应或生理机能的变化，来评价水体污染情况，确定污染物安全浓度，并及时做出预警响应的方法。常用的环境监测水生生物主要有鱼类、双壳软体动物以及水蚤等，其中鱼类作为环境监测的指示生物最为常用。

斑马鱼是一种对水质非常敏感的热带淡水鱼，一旦水体发生污染，就会在几分钟内做出相应的行为反应，因此是一种非常好的环境监测生物。斑马鱼的基因与人类基因有较高的相似度，以斑马鱼为指示物得出的水质监测结果，多数情况下都适用于人类。研究人员采用半静态法以斑马鱼为受试生物研究重金属对水生生物的综合毒性作用，实验发现重金属离子Cu2+、Cd2+和Cr6+对斑马鱼具有的不同毒性作用，斑马鱼体内过氧化氢酶CAT活性与Cu2+、Cd2+和Cr6+浓度均具有显著的剂量-效应关系，因此可以用斑马鱼为指示生物来监测重金属污染。另外，还有采用鲤鱼、金鱼等作为监测生物的报道，根据鱼的呼吸变化指示有毒环境，研究人员发现在有污染物存在的情况下，鱼鳃呼吸加快且无规律。在进行生物毒性分级时，可以时间为变量，即通过多种小型组合鱼在污染源废水原液中的半致死时间为标准进行判断。

鱼类多用于淡水环境下的生物监测，而在海洋中一般利用双壳类生物活体对水体污染做出的生理或行为响应，国外已经取得较好的研究进展和应用示范。国外研究人员将电磁感应技术应用于贻贝双壳距离变化的监测作为水体毒性状况指示，通过高频电磁感应系统监测贝类运动，能够有效提高监测效率。

除了鱼类和双壳贝类，水蚤也常被用作生物监测的指示生物，水质预警监测系统使用光电检测器来测算出水蚤的位移能力，由此判断水蚤的生命活动，从而得知水质受污染状况。另外，水蚤的死亡率或繁殖能力也可作为污染物毒性的测试指标。

3.4底栖动物和两栖动物监测法

底栖动物和两栖动物也适用于生物监测的指示生物，利用指示生物在水体中的出现或消失、数量的多少来监测水质。用于底栖动物水质评价参数主要有 Saprobic指数、BI指数（BioticIndex）和群落多样性指数。其中，Saprobic指数和BI指数已经被欧美等国家列为重要的水质生物评价指数，但在国内尚缺乏类似的生物指数监测技术规范。例如：研究人员通过利用底栖动物完整性指数对太湖生态健康进行评价，发现连续观察采集数据可提高评价指数的可靠性和结果的合理性。利用两栖类动物行为以及生理指标也可以监控水体质量，尤其是其在发育过程中对环境因子变化敏感。

4　发光细菌法在水环境毒性监测中的应用实例

4.1对于突发性水质污染事件的应急检测

在发生地震、危险药品倾倒、投毒等突发性水质污染事件时，发光细菌法便捷性的优点就会得到体现。在污染发生后，利用发光细菌进行快速检测，能迅速对污染找到应急对策。一般进行一次发光细菌对污染物的检测，约需要15min～1h左右，检测周期比传统生物检测周期缩短很多。

4.2用于致癌物质生物毒性检测

含氮杂环化合物在食品工业、医药行业、石油工业所排出的废水中都可以检测的到。大多数含氮杂环化合物属于致癌、致突变、致畸变“三致”物质，难以被自然界的微生物所降解。利用发光细菌法检测时，选用发光细菌的暗光突变种，或用基因工程的技术，将发光菌的发光基因——lux基因转到检测“三致”试验的鼠伤寒沙门氏菌的细胞内，使其也能够发出荧光，而且检测时间由48h减少至12h，速度快，成本低。

4.3用于检测水中重金属生物毒性

研究人员研究了铜、锌、镉、汞4种金属对于青海孤菌（Q67菌株）的毒性作用。根据研究表明，这4种重金属对Q67菌株产生毒性的大小依次为汞＞镉＞锌＞铜。进行联合毒性试验表明，锌和镉混合对君主是拮抗作用，锌与铜则是加和作用，铜与镉、铜与汞、锌与汞、镉与汞均是协同作用。另外，研究人员还利用明亮发杆菌T3变种作为测试菌种，以Hg2+、As3+、Cr6+3者的EC50值分别为0.16mg/L、1.77mg/L和7.54mg/L，氧化乐果、敌敌畏的EC50分别为604.89mg/L和748.54mg/L，发光细菌的相对发光率与重金属的浓度和农药的体积分数呈负相关。研究人员通过基因工程手段获得的重组型发光细菌建立了一种监测地下水中As3+浓度的方法。该细菌在As3+的诱导下发出荧光，且在As3+的浓度处于10～100μg/L之间时，发光细菌的发光强度与As3+的浓度呈线性关系。

5　结语

随着工业用水、生活用水、农业用水不合理使用和排放的现象越来越多，水环境污染也越来也严重，水体监测和治理已经逐渐成为环境保护的重点。在水环境监测中，常见的生物监测技术有微生物监测技术、发光细菌监测技术、生物行为反应监测技术以及动物监测技术，在水环境监测中，应该根据实际情况合理选择具体的生物监测技术，确保其适用性和合理性，这样才能更加高效、准确的判断出水体污染情况。

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陶丽平（1969-），女，工程师，大专，从事环境监测工作。

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2095-2066（2016）09-0001-02

2016-3-12