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生物监测样例十一篇

时间:2023-03-07 15:17:38

序论:速发表网结合其深厚的文秘经验,特别为您筛选了11篇生物监测范文。如果您需要更多原创资料,欢迎随时与我们的客服老师联系,希望您能从中汲取灵感和知识!

篇1

前言

在社会快速发展过程中,工业的发展及人口数量的急剧增加使环境问题十分突出,同时环境问题也成为当前人们关注的焦点问题,对环境污染的治理和环境的保护成为当前社会发展过程中急需解决的重要的课题。针对于环境中的污染物质,可以采用先进的监测手段来对其对整个生态系统的影响进行全面反映,从而根据环境污染程度进行分析,以便于采取切实可行的治污措施。

1 生物监测的原理分析

在生物监测技术中,主要依托于生物学理论和生态系统理念,由于生物与环境之间具有非常紧密的关系,二者相互制约、相互影响、相互依存,而且生物与环境之间发生了密切的能量交换和物质交换,在环境受到污染时,则会迅速地进入到生物体内,发生蓄积和迁移等现象,严重影响生物在生物系统中的生长、发育、分布、生理和生化等指标。生物监测技术就是利用生物对污染反应来量化和分体环境的污染程度,从而实现对环境污染进行有效监测。

2 生物监测所具有的优点

2.1 连续性、持久性强

在对环境监测过程中,传统监测手段多为定期采样,并通过对所采样品进行分析来量化环境污染的程度,但这种定期采样的方法具有较强的即时性和片段性特点。而利用生物监测手段来对环境进行监测时,能够时刻监测环境中的细节,而且对环境中的各种变化信息进行随时采集,能够全方位反映自然环境中发生的污染。生物监测不仅具有较强的连续性,而且持续性非常明显。

2.2 破坏性弱

利用生物监测技术来对环境进行监测过程中,其数据多来自于植物枝叶、树皮、动物的排泄物及毛发等,不会对生态环境系统中的生物个体带来破坏。可以说利用生物监测环境其信息来源、使用对象及最终目的都是生物本身。

2.3 反应灵敏

利用传统的理化监测手段无法科学的发现和甄别长期污染物,但利用生物监测来寻找污染物则更具便捷性。而且通过分析生物富集和生物积累等效应,有利于更好的提高生物的灵敏性,对寻找污染物的速度和效率具有积极的作用。

3 生物监测在环境监测中的具体应用

3.1 生物监测在大气监测中的应用

在生态系统中,由于植物根系固定,同时污染物具有较强的敏感性,二者在生态系统中相互作用,这也使植物受到污染物的污染程度较大,特别是来自于大气的污染,更会对植物带来较大的影响。将生物监测技术在大气监测中进行灵活应用,能够更准确的实现对大气环境质量的监测,并对大气环境污染程度进行确定。当前生物监测技术通常用于监测大气中的二氧化硫含量、二氧化碳含量和大气中氟化物的含量,主要是针对不同植物的特性来对大气中有害物质进行监测,从而获得准确的监测结果。

3.2 生物监测在土壤监测中的应用

一旦土壤出现污染,则会对微生物、地下水及地表植物带来较大的影响,因此在利用生物监测技术对土壤监测过程中,所采用的生物监测方式大致可分为以下几种:

(1)植物监测。对于污染区域内的植物进行观察,针对被污染植物的习性和发育情况的变化、叶片表面情况、光合作用及新陈代谢等进行观察,从而来确保土壤污染的程度。

(2)动物监测。在对土壤采用生物监测技术进行监测过程中,由于蚯蚓长期的生活在土壤中,因此对于选取区域内的监测对象可以选择土壤中生存的蚯蚓。土壤作为蚯蚓的生存环境,一旦土壤中各元素发生变化,蚯蚓能够立刻察觉到,特别是对于土壤中的一些异常物质及有害元素,蚯蚓更具敏感性。另外,蚯蚓体内镉的含量与土壤中的镉的含量具有非常密切的关系,这也使土壤监测中蚯蚓发挥着非常重要的作用。

(3)微生物监测。这种监测手段指的是通过对土壤中微生物群落的变化进行观察分析,进而推断出土壤中污染程度的强弱。土壤污染物中,人的排泄物和污水是最主要的两类,通过对土壤中微生物结构与数量的变化进行分离统计,能够对土壤污染程度有直观和全面的认识。

3.3 生物监测在水体监测中的应用

(1)微型生物群落监测。微型生物群落是水体中非常重要的部分之一,并且对水体的情况有着非常敏感的反应。技术人员在实践中多采用聚氨酯泡沫塑料块进行微型生物的群落监测,这种方法在对水体污染进行监测的过程中具有更加准确、经济和快捷的优点。

(2)指示生物。指示生物的选取需要考虑生活习性是否规范、活动地点是否固定、生物周期是否虺さ任侍猓如果这些要求均能满足,这类生物即可作为良好的指示生物,并对水体的污染情况做出全面反映。常见的指示生物有鱼类、底栖类、贝类等等。

4 生物监测技术未来的发展趋势

生物监测技术作为一种重要的监测方法和手段,依据生物过程及对生物理化功能的分析和阐述来完成监测任务,其以现代生物工程技术作为生物监测技术的重要核心所在,将其在当前环境监测中进行有效应用,充分的发挥出生物技术的重要优势,使人们充分的认识到现代化科技的重要性。但在当前生物监测过程中,现代技术的水平还无法完全发挥出来,这就需要在生物监测技术未来发展过程中要关注于以下几方面的问题,从而更好的提高生物监测技术的水平。

其一,在生物监测技术应用过程中,未来要重视指示生物的选择,投入更多的精力来加大对指示生物的研究和分析,确保所选择的指示生物具有较强的敏感性,能够更全面、更充分地将环境污染情况反映出来,进一步提高生物监测结果的精确性。

其二,在生物监测技术发展过程中需要以生命科学作为重要的理论基础,因此未来要加大对生物科学的研究力度,以此来进一步对生物的相关生理特征进行了解,从而为选择指示生物提供重要的理论支持,为生物监测技术的发展奠定良好的基础。

其三,通常情况下所选择指示生物容易受到土壤、水资源、季节特征和病虫害等因素的影响,因此在具体监测过程中要提高其对比性,规范监测方式和手段,提高其标准化程度,更好的发挥出生物监测技术的优势。

5 结束语

近年来在科学技术快速发展的推动下我国生物监测技术水平也有了大幅度的提升,并在环境监测中应用得越来越广泛。由于生物监测技术具有传统监测技术所无法比拟的优势,这也使其在环境监测中具有非常好的应用前景,在提升环境质量方面发挥着越来越重要的作用。

参考文献

篇2

随着经济的不断发展与进步,环境污染越来越严重,如何有效的解决环境污染问题已经成为了当今社会主要讨论的话题,环境监测是解决环境污染问题的第一步,环境监测的主要目的是准确反映出环境的污染程度,而传统的环境监测方法一般使用化学或者物理方法进行监测,这种方式不仅比较浪费而且还会带来环境污染等问题的产生,因此,生物监测将会成为环境监测的主要方式。

1生物监测的概念以及分类

生物监测是指通过生物对环境污染所做出的反应进而来确定环境的污染程度。这种方式与传统环境监测方式存在着很大的不同,生物监测不仅可以减少监测成本,同时也避免了在监测过程中所产生的环境污染问题。生物监测根据不同的标准将会有不同的分类,如果生物监测根据生物生长环境的不同,可以分为两种类型,第一种生物监测类型为被动式生物监测,被动式生物监测主要是指根据生物所在的生活点进行环境监测[1]。第二种生物监测是主动式生物监测,主动式生物监测是指将生物放在指定点进行环境监测。如果生物监测根据生物所在的生活环境进行分类,可以分为大气生物监测、水体生物监测以及土壤生物监测[2]。

2生物监测的主要方法

生物监测作为环境监测的主要方式,存在着不同的监测方法。2.1生物群落监测方法生物群落监测方法是指通过生物群落的变化情况来确定环境污染状况,生物群落监测方法主要通过生物结构等的变化情况进行环境分析,例如,对水体进行生物监测,当水体里的相关生物呈减少甚至灭亡的趋势,而另外一些生物呈增长的趋势,这个时候可以通过相关生物群落的变化情况对水体进行相关的分析[3]。2.2污水生物系统监测方法污水生物系统监测方法是指水体被污染之后,污染将会随着水的流动在不同地方出现污染程度不同的情况,这个时候就可以通过不同地方污染程度的不同来确定环境污染状况。2.3微生物监测方法微生物检测方法是通过微生物的生长状况来反映环境污染程度,使用这个方法一般选用的微生物为可以发光的微生物,使用这种微生物可以很快的了解到环境污染状况。2.4生物监测方法每个污染点基本上都生长着一些生物,因此,对于各个地点的生物监测可以利用生物进行监测,这种方法主要利用的原理是通过研究生物的相关生物学变化,进而来确定研究点的环境污染程度。

3生物监测在环境监测中的相关应用

生物监测在环境监测中的相关应用主要包含三种环境,第一种环境是在大气中,大气中的生物监测以植物监测为主,一般植物对于环境污染的感应比较强烈,植物针对不同的环境污染程度,将会作出不同的敏感反映,生物监测过程中,可以根据植物的感应情况来确定环境的污染程度。第二种环境是在水体中,水体中生长着大量的微生物,可以根据生物群落的变化情况来确定环境污染状况,当水体里的相关生物呈减少甚至灭亡的趋势,而另外一些生物呈增长的趋势,这个时候可以通过相关生物群落的变化情况对水体进行相关的分析。同时在水体中进行生物监测工作,也可以利用测定水体生物叶绿素的含量来确定环境的污染程度,叶绿素是组成水体中生物的主要组成部分,通过对叶绿素含量的测定,可以了解到污染程度的大小,因此,可以利用这种方法进行生物监测[4]。第三种环境是在土壤中,土壤中生长着大量的生物和植物,由于食物链的作用使一些造成环境污染的物质从一种生物传到另外一种生物,生物监测过程中可以利用这个原理,在不同的地方选取相同的生物进行研究,通过分析生物体内相关物质的含量问题,来确定不同地点的环境污染状况。

4结语

环境问题成为当今主要要解决的问题,环境问题处理不当将会给人们的生活带来很大的影响,因此,生物监测也成为了主要任务,生物监测抛弃了传统的使用化学或者物理方法进行监测的方式,生物监测与传统环境监测方式存在着很大的不同,生物监测不仅可以减少监测成本,同时也避免了在监测过程中所产生的环境污染问题。本文以深入认识生物监测为主要目的,介绍了生物监测的概念以及分类、生物监测的主要方法以及生物监测在环境监测中的相关应用,以期为同行提供一定的借鉴。

参考文献

[1]石利戈.生物监测及其在环境监测中的应用[J].低碳世界,2014,(23):6-7.

[2]梁泉.生物监测及其在环境监测中的应用[J].资源节约与环保,2015,(08):94.

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中图分类号:X85 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2015)29-0057-01

工农业的迅速发展使越来越多的外源污染物直接转移到环境中,加重了环境污染程度,环境监测可以为环境污染程度提供一种客观的评价手段,在众多环境监测技术中,生物监测是敏感度最高、成本最低的监测技术,已在世界范围内得到广泛应用。

1 生物监测技术概述

1.1 生物监测的基本原理

生物监测的基础是生态系统的相关理论,即生物与其生活的周围环境是相互依存、相互影响、相互制约的关系。生物与生态环境之间不断进行着能量交换和物质交换,当生态环境受到污染后,生物体内部就会随之出现大量有毒物质,随着时间的迁移,这些有毒物质不断积累,导致生物生长指标、分布状况发生巨大变化。如当水资源被污染之后,水体中藻类细胞的光合作用就会出现异常。由此可见,通过合理运用生物对生态环境的各种反应就可以实现对环境污染状况的监测,这个应用的过程就是生物监测。

1.2 生物监测的应用优势

生物监测不仅是其他环境监测方法的补充,更能有效弥补其他监测方法的不足,这主要取决于以下应用优势:

①连续性。连续性指生物监测能够动态收集很长一段时间内的环境变化信息,从而提高环境状况分析的系统性。

②灵敏性。生态环境中的一些细小变化无法被理化监测技术所察觉,但是可以通过生物监测的日积月累和和生物富集效应放大这种改变,从而大大提高环境污染监测的敏感性。

③保护性。各种理化监测方法或多或少都会对环境产生一定的影响,但是应用生物监测的过程本身就是一种保护手段。

④经济性。生物监测无需投入技术、设备、资金等,而且操作起来更加简单,有效节省了人力物力。

2 生物监测在环境监测中的应用范围

2.1 水环境监测

水生生物与水环境之间的关系密不可分,水质受到污染,水生生物必然会受到影响,通过水生生物的一系列变化就可以直观监测水质污染状况。水环境监测中两种最常用的生物监测技术就是微生物群落监测和指示物监测。水体中的微生物群落可以敏感的反映出水质变化,如将泡沫塑料放入水体中,通过分析泡沫块收集到的微生物就可以得出监测结果。指示物监测法主要通过分析受污染水环境中缺失的敏感微生物来达到水质监测目的,由于指示物生存周期长、活动范围小,因此监测结果比较可靠。

2.2 土壤环境监测

土壤环境监测方法很多,可使用的生物种类包括植物、动物、微生物等,其中,最常使用的生物种类是动物,一般以蚯蚓为监测对象。蚯蚓在土壤环境中的敏感性较高,其体内重金属含量的变化可直观反映出土壤中农药、重金属等有害物质的含量。

此外,植物监测法的应用范围也比较广,这是因为土壤受到污染后植物生长会受到直接的影响,进而出现生长代谢异常,从而反映出土壤受污染情况。

2.3 大气环境监测

大气环境监测的目的在于分析大气质量及污染程度,在整个生态环境中,大气污染是影响范围最广的重要因素,大气环境监测主要是使用植物指示物作为监测对象,这是因为植物生长位置比较固定,因此管理起来更加方便,将植物作为监测对象可以更加直观的反映出大气环境状况。针对不同的污染因素可以采用不同的植物作为指示物,如二氧化硫指示物包括落地松、杜仲、水杉、地衣等,这些植物受到二氧化硫污染后,叶子表面会出现斑块状物质,叶子边缘也会逐渐变成土黄色。

氟化物指示物包括郁金香、杏、梅等植物,这些植物受到氟化物污染后,叶子形状会发生改变,叶面上也会出现浅褐色或红褐色伤斑。二氧化碳指示物包括烟草、番茄、秋海棠、向日葵等,这些植物受到过高浓度的二氧化碳污染后,叶脉上会出现不规则的伤斑,叶片颜色也开始发生改变,变为黄褐色、棕色等。

3 生物监测在环境监测中的具体应用分析

为进一步分析生物监测技术的具体应用特点,本文将举例说明几种比较常见的生物监测模型。

3.1 果蝇生物监测模型装修监测

果蝇是一种多细胞真核生物,具有生存期短、繁殖迅速、反应灵敏的特点,虽然果蝇生物结构简单,但是其生理功能与其他哺乳动物类似,因此经常作为环境污染综合性监测的首选生物材料。果蝇生物模型主要用于室内装修环境监测,通过分析果蝇在室内环境中的生存状态就可以评价室内污染情况。新装修的室内空气中一般包含甲醛、甲苯、二甲苯等有害物质,这些挥发性物质主要来自于装修材料和家具,国内外普遍将耗氧量作为还原性有机物污染的评价指标,但是缺乏一种简捷有效的检测手段,因此,需要建立果蝇生存模型。

果蝇生存模型需要设置对照试验,生活在正常环境下的果蝇寿命在36~54 d之间,平均寿命为43 d±3 d,而生活在刚装修完毕环境下的果蝇寿命在23~35 d之间,平均寿命为29 d±2 d,通过统计学检验可以看出,实验组和对照组组间比较差异显著。经测定发现,实验组检测空间装修后空气中的甲醛、苯等有机物含量均超过国家标准,由此可以看出,果蝇生存模型的监测效果比较好。

3.2 卤虫生物监测模型毒性监测

卤虫是水产品养殖中的一种常见饲料,来源稳定,其在环境监测中的优势主要取决于不同生长发育阶段的形态特征明显,易于观察,卤虫幼体对毒性异常敏感,因此美国国家环保总局将其列为毒性试验生物。国内也有应用卤虫进行废水毒性监测的报道,但相对而言较少。卤虫幼体对油田生产水样品的敏感度较高,由于卤虫生长发育的身长值与毒物浓度呈负相关,因此,通过分析卤虫发育龄期可准确区分出样品毒性差异。

4 结 语

生物监测可用于不同生态系统的环境监测,与其他环境监测方法相比,具有连续性、保护性、灵敏性、经济性等几大优势,其主要用于水环境、土壤环境、大气环境监测,单项技术应用范围较广。在环境污染日益严重的今天,加大环境监测可以及时发现存在的环境问题,从而提出解决对策,因此,加大环境监测对于强化环境整改力度具有重要意义。由于生物监测发展时间较短,仍然存在一些问题,但随着多学科领域的相互渗透和交融,生物监测技术的灵敏性和可靠性比较得到显著提升,其在环境监测中的地位也将更加突出。

参考文献:

[1] 戴舒雅,余俭,丁波,等.生物监测在水环境监测中的应用及发展趋势 [J].污染防治技术,2013,(5).

[2]张平,利用生物监测技术监测水平环境污染的研究进展[J].北方环境,2011,(8)

[3] 许凡.发光菌法测定生物综合毒性与其在环境监测中的运用[J].环 境,2011,(S2).

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中图分类号:Y52 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)10-0229-01

环境监测工作是环保工作的基础,监测的目的是将环境所存在的问题及时、准确地反映出来,进而根据这些表象制定相应的管治方法,实现对生态环境的改善和保护。

一、生物监测技术的原理及其重要性

生物学和生态系统是生物监测技术的理论基础,生物与其所处环境之间相互约束和依赖,时刻都将能量和物质不断交换,当生物所生存的环境受到污染时,环境中的污染物也会在生物的体内进行积累和转移,从而影响生物的生长发育情况和各项指标也产生差异性的变化。

环境工作的开展基础就是环境监测环节,随着近几年我国的环境问题日益恶化,如何加强环境监测工作的力度和提高监测的准确性成为了我国环保部门主要研究的问题。生物监测技术能够将环境的污染情况和污染物真实地反映出来,且生物技术的操作也较为简单方便,所以在环境监测工作中生物监测技术的应用较为广泛。生物监测技术对于环境监测有着十分重要的意义,其重要性主要表现在以下几个方面:其一,环境的一大组成部分就是生物,生物的生长状态和生理表现可以反映出所处环境的变化,提高了环境监测工作的时效性;其二,生物监测技术所选取的指示生物可以就地取材,在一定程度上降低了监测工作的资金投入,提高了环境监测工作的经济性;其三,生物监测技术能够帮助监测人员了解到环境变化的规律,因为生物监测工作实现了对环境情况的长期监测,能够为监测人员制定相应的环保措施提供有力的理论和实际数据。

二、生物监测技术应用与环境监测工作的实例

(一)监测土壤中的污染物

生物监测技术在监测土壤污染工作中的的监测方法有三种,分别是微生物、动物和植物的监测,动物监测法中选择动物的环节是其中最为重要的工作环节。一般情况下都会将蚯蚓选作为监测对象,因为蚯蚓对于土壤有较强的敏感性,对于土壤的有害元素和农药残留有较为敏感的感知。同时,土壤中镉元素的含量在一定程度上能够通过蚯蚓体内的镉含量反映出来,所以在使用动物监测法对土壤中的污染物进行监测时应当选用蚯蚓作为研究对象,通过对蚯蚓的表象体征等方面的研究来了解土壤中微量元素和农药的含量,实现对土壤中污染物的监测。

通过对被污染的土壤区域内的植物进行监测和研究来对土壤的污染情况进行分析和判定的监测方法就是植物监测法,通常情况下,植物所生长区域的土壤出现被污染的情况后,植物的生理代谢等方面就会产生异常情况,并以不同的表现形式展现出来,比如植物枯萎、死亡和叶片出现伤斑等都是所处土壤被污染的情况表现。

通过对土壤中的微生物群落进行研究的来实现对土壤污染的监测的方法就是微生物监测法,经过大量研究,可以发现造成土壤污染的污染物主要有工业的废水、污水及人类和动物的排泄物。这些污染物会对土壤中的各种微生物生长繁殖造成影响,这些微生物主要是细菌、霉菌和放线菌,所以可以将土壤中的微生物进行分离,并通过对其数量和结构的判断和分析来了解土壤的污染状况,实现对土壤中污染物的监测。

(二)监测水资源中的水体污染物

利用生物监测技术对水体中的污染物进行监测主要有两种监测方法,分别是微生物群落监测法和指示生物法,在应用不同的监测方法时,其需要注意的环节也各不相同。

微生物群落监测法是通过对水体中微生物群落的监测实现对水体污染情况的监测,水体中的一大组成部分就是微生物群落,其能够对水体的污染做出敏感的反映。使用率较高的监测方式便是聚氨酯泡沫法,就是在需要监测的水域中放入聚氨酯泡沫块,以此来进行微型生物的收集工作,此种监测方法的特点就是成本低,且其监测效果和结果都较为贴近实际情况,因此此种方法也可应用于监测工业废水和污水的工作当中。

经典的水体监测方法就是指示生物法,所选用的监测生物的特点是活动地点固定并且生命周期较长,这种特点的生物能够将水体的污染情况充分反映出来,通常情况下,应用率较高的的动物是鱼类、底栖动物及浮游生物,其中无脊椎类动物拥有最高的应用率。若水体的污染情况较为严重,则可以选用小颤藻和蚊幼虫以及颤蚯类生物作为监测方法中的指示生物。

(三)监测大气中的污染物

植物的生长状况可以将大气的污染情况反映出来,因为植物对空气中的有害物质存在着较为敏感的感知,并且由于植物的生长位置是相对固定不变的,因此其监测工作的难度也大大降低。通常情况下,会选用以下植物进行监测来完成对大气中污染物的监测工作。最初,要进行二氧化硫的监测,一般选用苔藓、水杉、地衣和落叶松等植物进行监测,这几种植物在受到二氧化硫气体的污染后,其维管束和叶片的边缘就会出黄色或红棕色的伤斑,其伤斑的状态一般为块状;然后进行氟化物的监测,一般选用郁金香、梅、金线草、大蒜和葡苔藓等植物进行监测,当大气中含有氟化物的污染源时,上述植物的就会出现尖形的叶片,且其叶片上会分布一些红褐色和浅褐色的伤斑;最后在进行二氧化碳气体含量的监测,一般选用向日葵、番茄、柑橘、烟草和秋海棠进行监测,当空气中的二氧化碳含量过高时,这些植物则会出现不规则的叶脉,且其叶脉上会出现伤斑,伤斑的颜色多为棕色和黄褐色,有时也会出现白色的伤斑。通过对以上这些植物的监测,可以间接地对大气中的二氧化碳含量、氟化物和二氧化氯的存在与否进行测定,从而判定大气的污染情况。

三、生物监测技术未来的发展趋势

生物监测技术是阐述生物过程及分析其理化功能的监测方法和手段,其技术核心是现代生物工程技术,这是一种近几年才新兴的监测技术,也是人们根据以往的经验对知识和技术总结而出的成果。将生物监测技术应用于当前的环境监测工作当中,让人们真正认识了在现代化的科技社会中生物技术所具有的优势,但是当前的技术水平仍然不能将生物监测的优势完全发挥出来,因此在生物监测技术的未来当中应当着重注意几个方面的问题:其一,在应用生物监测技术时其指示生物的选择,应对指示生物投入更多的精力进行研究和分析,选择出极具敏感性并且能将环境污染情况充分反映出来的生物,全面提升生物监测的结果准确性和精确性。其二,生物监测技术的主要支持理论就是生命科学,所以只有加强对生命科学的研究力度,充分了解生物的相关生理特征,为选择指示生物提供坚实的理论支持,才能使生物监测技术在未来能够更好的发展。其三,一般情况下,我们所选择的指示生物都较容易受到土壤、水资源等外界环境的影响,也容易被季节特性和病虫害等因素影响,所以在进行监测时要将其对比性提高,使监测方式和手段更加标准化,充分发挥生物监测技术的实际价值和社会意义。

结语

生物监测技术在我国各领域内的应用已经初见成效,愈发的被人们所重视,并且生物监测技术的发展前景也十分广阔,应当继续加强对生物技术的研究和应用,提高我国的环境监测水平,进而改善我国的生态环境。

参考文献

[1] 潘玲武.水污染生物监测研究[J].资源与人居环境,2011(03).

[2] 于春来,卢振兰,王洪平,李明明,寇世伟.生物监测及其在线监测在水环境污染中的应用[J].北方环境,2011(Z1).

[3] 胡旭刚.论水污染生物监测和检测方法[J].中国水运(下半月),2011(05).

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二、生物芯片技术

虽然生物芯片技术上世纪末就已经诞生,但其在近几年方得到突破性发展和实质性提升,严格来说,其属于一种新型生物技术。在环境监测中,该技术具有非常高的表达水平,能够在短时间内对大量基因变化情况进行详细检测,并将其有效表达出来,为监测人员提供科学有效的参考依据。当前,针对生物芯片上所使用探针的不同,可以将常用生物芯片技术分为组织芯片、基因芯片、蛋白质芯片以及细胞芯片等集中芯片技术。在生物芯片技术应用初期,所应用技术主要为基因芯片和蛋白质芯片,在监测过程中,监测人员可以通过对基因芯片上的DNA的变化情况或者是蛋白质芯片上蛋白质的变化情况,对所监测污染物的存在情况和对生物所造成的影响进行判断。虽然蛋白质芯片和基因芯片是基于DNA基础上而诞生的一种监测技术,但是在应用性和信息反应高效性上却具有一定缺陷。为此,美国生物学家进一步研发出了新型的组织芯片和细胞芯片,相对于以往的蛋白质芯片和基本芯片,其能够更加高效而全面的反映出所监测污染物的整体变化情况,为监测人员提供更加复杂和庞大的应答信息,帮助监测人员对污染物的存在情况和可能引起的生物变化进行更加精确的判断。当前,在基因监测方面,组织芯片和细胞芯片的应用率要远比基因芯片和蛋白质芯片的应用率要高,在环境监测中的应用效果也更好。

三、PCR技术

PCR技术,指的是聚合酶链式反应技术,其主要应用原理是在生物体外对特殊DNA进行复制,对指定的DN段进行放大处理。通常情况下,在环境检测中应用该技术,需要先对特定DN段进行选定,并使其在95°高温条件下,在生物体外进行变性,生成DNA单链。然后,在60°C条件下,使引物与DNA单链按照碱基互补配对原则进行有效结合,结合之后,再将温度调至72°,该温度下DNA聚合酶活性最高,使DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链。PCR技术的灵敏性和统一性都比较高,因此,在环境监测中,其多应用于对特异种群和特殊菌株进行跟踪检测,进而对环境中的污染物信息进行扑捉和判断。

四、生物传感器技术

在当前的环境监测中,生物传感技术应用的也较为广泛。与传统化学传感器以及分离分析技术相比,生物传感器不仅灵敏度更高和成本更低的特点,还能够在复杂的体系中对污染物进行快速、连续监测,精确性更高。当前,生物传感技术已经被广泛的应用在水质监测中,并且能够对水质中的BOD、阴离子表面活性剂、pH值以及水体富营养化等相关监测目标进行有效监测。

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中图分类号:X131.2文献标识码: A

一.引言

最近几年来,我国环境监测领域逐步将生物监测技术应用到实际监测工作中。生物监测通过采用单独的生物体、种群、群落等对环境造成破坏、污染后发生的反应,利用生物学原理对环境污染情况进行分析、评价。生物监测技术具有敏感性、连续性、经济性等特点,被广泛应用到水环境污染监测中。

二.生物监测的原理及优越性 生物监测是从生物学角度出发,利用生物体、种群或群落对环境污染变化所产生的各类反应,对环境污染状况进行评价和监测的技术。20世纪初,相关人员提出了“污水生物系统”,通过不断发展和完善,使得生物监测技术得到初步发展。20世纪50年代后期,世界上许多国家开始在本地区内利用生物来监测水质和大气污染。随着生物监测技术的逐步发展,利用生物指数来评价水质污染被广泛推广,并逐渐成为环境监测的重要组成部分。

生物监测水环境污染的科学依据是:在天然水域中,各类水生物之间、生物同生存的水环境之间都存在相互制约、相互依存的处于相对稳定平衡的状态,如果水体受到污染,必然导致水环境发生变化,而水域中的各类水生物必然会发生不同的反应,生物监测利用生物体内或外在表现上的某些物质含量变化,显示水域中污染物种类、污染程度及污染物对水体的综合危害。同传统化学监测、物理监测相比,生物监测对于以人为主体的生物系统更有综合、直接的指示作用。

三. 水环境污染监测中的生物监测方法

1、生物指数法。

生物指数法是利用筛选指示生物或生物类群和水体质量的相关性,综合考虑指示生物和污染物之间的关系,达到区分不同污染程度的水体的目的。水生态系统中,水生物结构组成、生物类群种类、生物数量等相关因素都会随着水体污染程度变化而发生变化,通过研究此类变化数量化,同水体质量建立相关联系,就能有效评价水体质量、能监测水环境污染情况。生物指数法,主要包含相似性指数、多样性指数及生物指数三种生物学指数,通过对三种生物学指数的评价,监测水体情况。

2、种类多样性指数法。

种类多样性指数法同生物指数法较为类似,通过利用数理统计法,采用数值来计算生物群落种类、表示生物个体数量,达到评价环境质量的目的。种类多样性指数法能够定量反映生物群落结构、水生物种类及数量、生物群落种类组成比例的变化信息,具有较为直观的比较作用。

3.微型生物群落监测法。

微型生物群落监测法是利用泡沫塑料块来作为人工基质,实现收集水体中的微型生物群落的作用,通过测定收集的群落结构、相关参数来评价水环境质量。采用室内毒性试验方法,来预报工业废水以及化学品对受纳水体中的微型生物群落的毒性强度,采用原生动物和藻类对水环境质量进行监测。

4、生物毒性试验。

生物毒性试验又称之为生物测试,主要是利用生物受到水环境中的污染物质的毒害,发生的生理机能变化,达到测试污染状况的方法。生物测试主要分为流水式生物测试和静水式生物测试。采用生物毒性试验可以反映较多重要信息,主要被应用于对污染源的监测中。采用此种方法能够监测有害物质进入周围环境时发生的改变及监测毒性分布情况,对有害物质的制度性、何种条件下毒性最强、致毒性如何、接受生态系统的影响程度、对生物产生的影响等都可实现监测。利用生物毒性试验,可以侦察和寻找污染源,便于评价水环境污染程度,有利于确定污染物排放标准等具有使用价值的项目。

5、生物残毒测定。

生物残毒测定又称水生生物法,该方法主要是利用生物含污量对水体进行监测和评价。当水环境中放射性物质、有机农药、重金属含量较低时,采用常规监测方法较为困难,同时水环境中许多水生物都具有较强的富集能力,采用生物残毒测定,根据生物体内含有污染物的残留量来推断水体污染情况,评价水环境质量。

四. 生物监测在水体污染中的典型应用 1.指示生物法。

指示生物法属于生物监测技术在水环境污染监测方法中最经典的应用。该方法对水环境中是否存在敏感的污染物种类,分析目前水环境中污染物存在情况,达到对水环境监测的目的。指示生物法自身具有相对较长的生命周期,具有相对固定的活动地点,能够相对轻松的将水环境中的污染物所造成的影响全面反应出来。根据水环境具体情况使用鱼类、浮游动物、底栖动物、水生生物等进行监测,一般普遍采用没有脊椎的动物,当水环境污染较为严重时,采用指示生物法时可选择使用蚊幼虫、颤蚓类及小颤藻。

2.微型生物群落监测法。

微型生物群落监测法属于水环境质量监测的重要组成部分,采用此种方法的主要优点是对于水环境中污染物造成污染时,具有较强的敏感性。微型生物群落监测法使用聚氨酯泡沫塑料块,利用水体中投入具有聚氨酯物质的泡沫塑料块,收集水体中的微型生物,与别的生物群落监测方法对比,该方法具有迅速、经济、准确等优势,在监测工业废水方面也同样合适使用。

3.原生生物在水环境污染监测上的应用。

原生动物是组成自然水域的重要生态类群之一,其生活环境较为广泛,由原生动物组成的复杂种类,聚合成为水生态系统中完整的生态单元,原生动物类群显示了水生生态系统的功能和系统结构特征,可以显示环境变化的反应和群落的稳定性。原生动物的数量较大、种类较多,在水生态系统中占据较多的生态位。原生动物类群的改变,可以直接或间接影响其他生物类群的丰度和分布,能在很大程度上影响食物网的形成。原生动物类群能对藻类、细菌和有机颗粒物进行吸收和摄食,直接进行能量转化,通过摄食作用,促进有机物的分解、刺激水体中细菌和藻类的生长,可以加速水环境中的能量转换和物质循环。

4. 鱼类在水环境污染监测上的应用。

在水环境污染监测中,鱼类是研究最广泛的物种,同时也是应用最为广泛的水生动物。在水环境污染监测中,鲫鱼、剑尾鱼、斑马鱼是最具代表性的淡水鱼类,鲫鱼具有分布广、适应性强等特点、剑尾鱼在生物监测中应用最为广泛。在水环境中,二氯苯酚低浓度长期暴露对鲫鱼肝脏抗氧化系统的影响时发现,超氧化物歧化酶(SOD)可以作为水体受到二氯苯酚污染的早期监测指标。除此之外,利用单细胞凝胶电泳技术检测镉对鲫鱼淋巴细胞DNA的损伤时发现,鲫鱼淋巴细胞的DNA损伤与氯化镉浓度之间存在着明显的剂量-效应作用,因而可以成为一个较好的水环境指示指标。

五.结束语

随着科学技术的逐步发展,环境问题将越来越被受到重视。在水环境污染监测中,利用生物监测技术能够客观反映环境变化情况和环境质量对生态系统的影响,便于实施连续监测,对及时调整环境治理方案,确保生态功能具有较好作用。

参考文献:

[1] 刘伟成 单乐州 谢起浪 林少珍 生物监测在水环境污染监测中的应用 [期刊论文] 《环境与健康杂志》 ISTIC PKU -2008年5期

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2具体应用

2.1基因工程技术

基因工程技术是根据重组优势基因或基因工程菌处理污染物。该技术的优点在于能够将目的基因构建出来,高效表达代谢通路中的目的和意义,具有效率高、环保、清洁的优点,不会产生二次污染。

2.2电泳分离纯化技术

在电泳分离纯化技术中,聚丙烯酰胺凝胶电泳和琼脂糖凝胶电泳是比较常见的电泳。该技术的优点在于能够有效分析自然环境或废水处理系统中的生物动态性和多样性。

2.3DNA探针技术和PCR技术

将这两种技术的联合使用,能够快速、灵敏地检测水环境中的大肠杆菌。

2.4酶蛋白标志

物酶蛋白标志物被广泛应用于水体污染的监测中,它具有广泛性、警示性和特异性,能够真实地反映污染物的累积作用。

2.5免疫检测技术

该技术主要是通过抗体和抗原之间的特异反应,在反应物上标志相应的示踪物,用定量测定或定性测定的方式快速检测抗体或抗原。

2.6生物传感器技术

生物传感器技术主要是使用生物传感器转化生物反应,使其成为电信号。固定化酶和固定化细胞核是生物传感器技术的基础,当前常用的生物传感器有免疫传感器、组织传感器、微生生物传感器、细胞传感器、酶传感器和细胞膜电位传感器等。

2.7生物毒性实验

由于大量使用各种外来化学制剂,这些外来化学制剂具有致突变、致癌、致畸性的特性,会在生物体内富集,而常规的化学检测方法并不能直接反应其毒害性。在生物毒性试验法中,使用最多的检测手法就是利用细菌,它具有反应快、费用低、保存方便和生长繁殖快的特点。

3存在的问题

3.1生物监测指标体系尚未形成

由于我国生物监测技术起步比较晚,虽然在一些重要环节设置了相应的指标,例如许可证发放、排污收费和环境质量定量考核等,但是,尚未形成法定化的生物监测指标体系。这就意味着,不能合法地应用一些生物监测指标监测水环境污染。

3.2缺少统一的生物监测方法标准

目前,我国尚未出台国家级的生物监测环境标准,制约了我国生物监测适用的解释和使用,严重影响了生物监测技术的推广。

3.3生物监测过于复杂

在不同地域,同类生态系统中的同种生物具有不同的污染物耐受性,即使同一生物,在其不同的生长阶段也有不同的污染物耐受性。因此,要想做好水环境污染的监测工作,不仅要充分考虑水体特征,还要制订合理的生物监测方案。这就涉及到了样本数量、测试样本和测试频率的选择。

4前景展望

尽管在应用生物监测技术的过程中还存在一些瓶颈和问题,但是,这项技术在水环境污染监测领域具有广阔的发展前景,具体表现为以下2点:①随着监测技术的不断发展,生物监测技术的精确性、快速性和灵敏性将得到进一步的提高。单一的理化检测并不能客观评价水环境污染,而污染物对水环境的影响并非全部都是快速的,有一些污染物还需要多种物质的结合和长期累积。这时,就需要发挥生物监测的作用,客观评价水环境污染的情况。②制订环境标准。生物监测技术通过污染物在生物体内的不断累积,产生遗传效应和生物机能变化,进而制订水质标准制。在此过程中,监测技术可以选择合适的检测条件和受试生物,制订更符合人类健康标准的污染无排放标准和水质标准,从而进一步推动水环境污染监测工作的发展。

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随着工业和农业的污染日渐严重,发现一些地方待出现污染可能为时已晚,周围的生物或者是人类已经遭受到污染,因此我们需要一种以小见大的方式来了解污染源或者是污染程度,按照目前环境污染的趋势,如果能从细微处发现污染的源头并且进行制止,那么对于整个环境都是有好处的。这时候生物监测的出现可以说是救人于水火之中,它是利用生物对于环境改变的反应来监测环境的变化的,一旦环境发生了不利于生物生长的数据变化,这些生物就会表现出不同于以前的反应,这样就能通过这些反应来预测环境的污染程度。而目前现有的监测方式在这个时期还不能监测出任何的问题,可见生物监测的出现弥补了很多现有监测手段的不足。水环境污染主要来自未经处理随意排放的工业废水、生活污水,水环境周围堆放的生活垃圾、工业废弃物,大量使用农药、化肥和除草剂的农田污水,过度开采、砍伐造成的矿山污水和水土流失等。

1 生物监测及特点

生物监测是指通过水生生物对水环境污染产生的变化表明污染程度,从而为环境的管理、保护和治理提供可靠、科学的参考依据。水生生物对水环境污染产生的变化包括生物个体或群落的性质、数量、生理特征及健康状况等。生物监测按照不同的监测指示、结构水平和分析技术可分为毒理学方法、生理学方法、生态学方法等。进行生物监测的生物可以选择水蚤、豆芽、海藻和斑马鱼等。进行生物监测的设备可以选择便携式、实验室用及在线式。

生物监测具有经济实用、生物放大、评价客观和灵敏性较高等特点。生物监测的监测过程中不需要进行连续取样,不需要对仪器进行反复维修及保养,减少了传统监测工作的复杂性和繁琐性,生物监测可以实现大范围内连续布点,克服传统监测布点的局限性,在一定程度上减少了监测费用。传统监测方式对慢性毒性污染及污染较轻的水环境监测较为困难,在生物监测中,可以借助食物链将水环境中的污染物质进行聚集,将污染放大,进行综合、全面监测。传统的环境监测对多种污染不能全面的、客观的进行评价,生物监测可以通过生物的各种反应及变化对多种污染进行较为全面的、客观的评价和监测。生物监测中生物能够对环境污染造成的变化迅速反应,灵敏度较高,监测结果更可靠、准确。

2 生物监测的类型

2.1 根据生长环境不同生物的反应不同

生物监测也分为主动监测和被动监测,有的生物对于环境的改变不会适应,于是可能就出现大量的死亡或者迁徙,这样我们就可以了解到当地的环境发生了污染,还有一种生物会随着环境的污染,抗体增强,但是性状会发生改变,比如说可能机能会发生变异,环境中的毒素可能直接改变生物的构造,使它们变成了另一种生物,这样的变异也可能造成毁灭性的危害。

2.2 按照生物的种族进行分类

每种生物所处的生长环境都是不同的,有的是在水里,有的是在陆地,还有的是飞行的,我们根据这种生长环境的不同把生物监测分为动物监测、植物监测、微生物监测。各种不同的环境中的生物都是环境良好的指示剂,他们都可以根据生物的不同反应来判断生长环境的变化。比如鱼类,蚯蚓,以及一些指示性的植物。

2.3 按照生物所处的环境不同分类

生物所以存的生存环境是不一样的,因此我们分为大气水体和土壤的监测。比如地衣是对大气变化最敏感的植物,一旦大气里含有的物质比例发生变化,它的性状也会改变。

2.4 按照生物学层次进行划分

这个划分相对比较专业,一个是根据生物群落或者个体形态进行判断,另一个是进行生物测试,或者毒性测试等。还有一个是根据一些生态性数据或者是体内存留的行为测试。

3 生物监测在水环境污染监测中的具体应用

3.1 应用底栖动物的生物监测

底栖动物是在对水环境污染进行生物监测时主要的选择生物。底栖动物具有生活史较长、分布较广、易于辨认、体形大、行动能力较差等特点,可分为甲壳动物、淡水寡毛类、水生昆虫和软体动物 4 类。在我国,有学者在对水环境进行生物污染监测时选择河蚬进行监测和评价,研究发现河蚬体内汞含量与水环境中的汞含量和污染源距离有关。法国、美国和英国等国在对海洋污染进行生物监测时选择牡蛎、贻贝进行监测和评价。

3.2 应用原生生物的生物监测

原生生物具有种类复杂、数量较多、生活范围较广等特点。原生生物群落出现的变化与食物网的构成有一定联系,原生生物对细菌、有机颗粒和藻类等的吸收和摄取,并在体内进行能量转换,从而间接或直接的对其他生物群落的丰度和分布造成影响。原生生物对食物的摄取还对细菌、藻类等的正常生长具有刺激作用,对水环境中的能量转换和物质循环具有加速作用,对有机物组织的正常分解具有促进作用。

3.3 应用藻类的生物监测

藻类是水环境中的最初生产者。由于不同藻类对重金属、营养盐的反应和需求程度不同,因此,可以通过水环境中藻类的化学成分、种类和丰度等对水环境的综合水质进行判断。藻类的选择应当按照不同藻类的特异性及耐受性合理选择,例如来丝藻、微囊藻等富营养化藻类,羽文藻、短缝藻等耐酸性藻类。水环境中的藻类一旦吸收了污染物质,例如重金属等,会对藻类正常的生理功能和生长代谢造成影响,导致生理功能下降,生长代谢紊乱等,使藻类体内的细胞色素减少,对藻类的光合作用具有抑制作用,从而引起藻类体内组织出现坏死、细胞发生畸变等,污染物质吸收过量或污染浓度较高时还会导致藻类中毒,甚至出现死亡等严重后果。

3.4 应用两栖动物的生物监测

蛙类、蝌蚪是常见的两栖动物。两栖动物的皮肤渗透能力较强,能够依靠皮肤呼吸。由于两栖动物能够在水环境和陆地环境中生存,因此在对水环境及陆地环境的污染进行生物监测时可以选择两栖动物进行监测。美国等国家对两栖动物生物监测研究较早,我国开展较晚。国内有关学者研究表明,两栖动物可以用于重金属严重污染的水环境生物监测中,也可以用于农药、杀虫剂污染严重的水环境生物监测中。

3.5 应用鱼类的生物监测

剑尾鱼、鲫鱼、斑马鱼是生物监测中应用较多的鱼类。鲫鱼适应性较强,分布范围较广。国内有关学者研究表明,长期生活在二氯苯酚浓度较低水环境中的鲫鱼,鲫鱼体内肝脏的抗氧化系统会受到一定影响,另外,水环境中的氯化镉浓度也与鲫鱼的淋巴细胞 DNA 损伤程度有关。剑尾鱼的应用是在近几年兴起的。

4 结束语

与传统的监测方法不同,生物监测在对环境污染进行判断时主要利用生物对污染物质的敏感性及其反应。随着生物监测在我国的大力发展和研究,辽宁、北京和湖北等地都采用生物监测对水环境进行监测,均取得了极大的成果。本文从生物监测及特点、生物监测的具体应用 2 方面对生物监测在水环境污染监测中的应用进行研究。关于生物监测未来发展方向等方面的研究仍值得广大学者深入探讨。

参考文献:

[1]周元清,曾艳,周丽清,等.生物监测在环境污染监测中的应用研究[J].云南环境科学,2012(15).

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林业是我国的基础产业,事关国家的经济发展和环境安全。林业的可持续性发展离不开营林技术的不断进步,本文结合笔者经验,围绕有害生物监测预报技术进行阐述,供业内人士参考指正。

1内蒙古林业有害生物发生的特点

(1)近年来,内蒙古根河病虫害发生率整体呈上升趋势,尤其是冬天气温上升且降雪量少的情况下,越冬害虫剧增。比如,在阿尔山和乌尔旗汗虫害较为严重;落叶松鞘蛾轻度发生,模毒蛾,稠李巢蛾等虫害中度发生。(2)杨树蛀干害虫基本得到控制,但个别虫害仍呈局部上升发展的趋势,比如青杨楔天牛虫害的面积递增迅猛。(3)鼠害整体上仍呈上升态势,由于对棕背平进行了专项治理,危害得到控制,莫氏田鼠、大林姬鼠、黑线姬鼠发生也呈下降趋势,近年来,由于补植补造场地增多,高山鼠害危害面积呈上升趋势,尤其是个别地块高山鼠兔危害十分严重。(4)病害发生趋势趋于平稳,松针红斑病、落叶松早落病经过有效治理基本控制,桦树黑斑病发生呈上升趋势。

2内蒙古林业有害生物防治现状

近年来,内蒙古根河市林业有害生物防治工作逐步从过去的单一防治走向了系统防治,不仅构建了监测预警、检疫御灾以及防治减灾体系,同时也全面加强了防治检疫机构队伍建设。主要体现在:进一步控制了内蒙古根河市林业有害生物发生面积和危害程度,缓解了危险性有害生物严重扩散蔓延的趋势,有效防控了外来的有害物种灾害,降低了有害生物成灾率,提升了灾害测报准确率。越来越完善的有害生物防治体系为有效保护内蒙古林业建设成果,维护生态建设提供了可靠的保障。

3内蒙古林业有害生物监测预报技术

3.1监测预报工作的硬件和软件建设

采用新技术和新设备来武装林业有害生物监测预报体系,提高监测预报的水平。一方面在监测点配备和完善各种调查取样、通讯交通以及信息传输等设备,来构建系统全面的林业有害生物监测预报网络;另一方面要及时更新监测和预报技术的相关软件,完善各项监测对象的测报办法和相关标准,推动测报系统能越来越规范化、标准化、科学化。

3.2宏观趋势预报和微观生产预报

林业部门在进行监测预报工作的过程中,既要做好宏观的趋势预报,同时也要做好微观的生产性预报。尤其要重视基层的生产,避免防治工作被动和流于形式,丧失了防治的有利时机,为防治工作提供科学依据,也为防治指导工作发挥先导作用,有效避免病虫害造成巨大的损失。

3.3加强林业有害生物检疫

要做好造林苗木检疫工作,通过建立无检疫对象的林木种苗基地为新造林地提供优良的种苗资源,有效预防病虫害的发生。同时要加大造林苗木在产地和运输过程中的苗木检疫工作力度和执法力度,不仅在苗木栽植前进行严格的消毒和杀虫处理,同时要加强木材调运的复检工作和检疫工作。在木材抵达目的地后,由当地的林业检疫部门进行检疫后方可使用,一旦在检疫过程中发现林业有害生物,应及时进行集中烧毁处理,避免有害生物灾害发生。

3.4数据利用和管理

随着林业有害生物监测预报技术的不断发展,数据和资料也日益增多,为林业技术人员学习和掌握有害生物的知识提供了重要的信息和参考。为更高效地识别和诊断有害生物,做好病虫害的防治,要做好各类有害生物样本的信息资料的管理,存储清晰,定期维护,为后续林业部门有害生物防治措施和决策的建立提供可靠的信息技术支撑。

3.5林业有害生物诊断

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随着经济与人口的快速发展,环境污染导致生态系统功能退化,以致引起生物多样性降低,物种的分布与群落组成发生了巨大的变化。与此同时,分子水平上研究污染过程中污染物在生物体内的吸收与迁移不断受到人们的关注。PCR技术具有快速、灵敏、简便等优点,在环境监测领域方面的应用日趋显现。

1 PCR技术

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction;PCR)是一种用于放大扩增特定的DN段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制,PCR的最大特点,是能将微量的DNA大幅增加。目前PCR技术在微生物学、医学等方面已得到较好的应用[1]。这种技术具有简便、快速、灵敏的特点,已广泛应用于基因获取、基因定点突变、DNA序列分析、医学诊断、基因检测等方面。PCR技术也成为微生物领域重要的监测手段,在此基础上发展起来的Real-time PCR(实时荧光定量PCR技术),以Power SYBR Green(荧光标记染料)和熔解曲线为基础,可用于检测不同的核苷酸序列;相对于普通PCR,荧光定量PCR(RT-PCR)能对样品中的目标生物进行相对或绝对定量,且灵敏度高,可重复性强,便于实验结果的比较等诸多势。

近年来,实时定量PCR技术开始在环境领域中显示巨大生机。迅猛发展的PCR技术使生物监测深入到分子水平,形成了一系列可依据多种分子技术来进行生物监测的分子学方法。如荧光定量PCR可以用来检测环境中的微生物在河流中随季节的变化情况。荧光定量PCR还可以用来检测地表水和饮用水中致病菌的含量。对于微生物,特别能快速监测具有高效去除营养物质能力的微生物,荧光定量PCR能快速监测[2]。如利用PCR技术能定量污水处理厂一级硝化处理后混合液悬浮固体中总细菌、硝化螺菌属数量、氨氧化细菌数量,从而可以实时掌握污水处理情况。法国国家研究中心从活动热泉附近的一个沉积物核中提取DNA来研究原生动物物种进化关系,利用测得的DNA序列数据构建系统进化树时,发现沉积物中至少含有两种遗传组成上与已知原生生物差异极大的细菌,发现了许多新原生生物世系。这些发现为水生生物基因学分类开创了先河,也将推动基因学在更广泛的领域得到应用。2003年初,Hebert等[3]首次提出了DNA条形码的概念。DNA条形码技术(DNA barcoding)是通过对一个标准目的基因的DNA序列进行分析从而进行物种鉴定的技术,用DNA序列作为标记来与物种信息建立一一对应关系。DNA条形码是指利用短的标准DNA序列的核苷酸多样性进行物种的鉴定和快速识别。

2 在水生生物监测领域的应用

目前水生生物监测主要包括水体中微生物、浮游动物、底栖动物等类群的监测,通过野外观测水体中指示物种、群落结构组成和多样性,了解和掌握实际水体中环境污染的状况。全世界每年有2亿5千万人感染水源性疾病,因此而死亡的人数为1千万-2千万。这要求对水体中致病菌进行准确检测,以保证后续工作的正常开展。研究者[4]发现PCR技术对星状病毒的检测比电镜技术更为灵敏,并可鉴定这一病毒的不同血清型。

随着高通量测序技术的发展,以及人们对PCR技术的研究的深入,PCR技术能够从单个环境样品中获取DNA。在水生生物监测方面,当前国际上美国EPA,加拿大环保署以及欧洲的一些科研单位正在开展PCR技术在水生生态监测中的应用研究;在我国,水生生物监测仍使用传统的形态学镜检,目前仅有少数研究利用分子生物学技术[5-6],更没有形成一定的体系,以前行业规范。

3 PCR技术用于水生生物监测的优缺点

相对于之前的监测方法,PCR技术具有四大优势:(1)操作过程快速简便,非专业分类学者也可利用PCR数据库完成鉴定工作,(2)易于构建统一鉴定标准,(3)成本低,(4)易于质量控制。

相对于传统的监测方法,PCR技术的不足:(1)假阳性问题,当不相关的核酸分子中存在与模板非常相似的碱基序列时,PCR很可能做出假阳性的结果,这要求在引物的设计上要更为严格、更为细心。(2)质控问题,由于PCR灵敏度高,要求实验过程中不能带入干扰物质,无菌操作环境。(3)前期投入成本高,PCR鉴定水生生物多样性,需先构建本土物种PCR基因数据库,这要求投入大量的人力、物力、财力。

尽管如此,相信未来随着人们研究的不断深入,技术方法的不断优化,PCR技术将会给水生生物监测注入新的生命力。

参考文献:

[1]张瑾.“聚合酶链反应(PCR)原理”的教学设计[J].生物学通报,2013,48(11):29-31.

[2]Rochelle PA. Comparison of primers and optimization of PCR conditions for detection of Cryptosporidium parvum and Giardia lamblia in water.Appl[J].Environ Microbiol,1997, 63:106-114.

[3]Hebert PDN,Cywinska A, Ball SL, de Waard JR.2003.Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences,2003,270: 313-321.

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我院2010年10月正式使用新的脉动真空灭菌器,常规采用化学、物理和生物监测三种方法对灭菌效果进行监测。灭菌物品时每锅均进行物理、化学监测,每周进行生物监测,有植入物时每锅进行生物监测。2012年8月19日接到检验科的电话通知8月16日每周生物监测不合格,我科立即启动了灭菌物品追溯召回程序,随即报告院感科陈波、护理部主任陈志丹。并进行了原因排查分析,现报告如下。

1.材料

1.1材料 采用艾斯牌压力蒸汽灭菌生物指示剂,自制的生物监测包

1.2方法 将生物指示剂放在自制的生物监测包中央,置于灭菌器最难灭菌的位置,执行正常的装载过程,灭菌完后,将包一起送到检验科,由检验科人员做生物培养。

2.结果

2.1 生物监测合格率,我院从2010年10月—2012年8月16日每周生物监测做82次,植入物生物监测60次,共做142次,不合格1次,合格合格率99.29%。