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[摘要]將環(huán)境監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)技術(shù)與微生物技術(shù)進(jìn)行了比較。簡(jiǎn)述了糞大腸菌群、發(fā)光菌、鼠傷寒沙門(mén)氏菌、藻類(lèi)、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物在環(huán)境常規(guī)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和作用。對(duì)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、生物酶技術(shù)、生物傳感器技術(shù)、生物芯片等現(xiàn)代微生物環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了介紹。探討了微生物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，核酸探針、PCR技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)也廣泛的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，顯示出了良好的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]微生物；環(huán)境監(jiān)測(cè)，現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)光菌；生物傳感器；核酸探針

目前，我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)仍以常規(guī)化學(xué)監(jiān)測(cè)為主，如化學(xué)需氧量、生化需氧量、LAS、揮發(fā)酚等常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，可以較好地反映出環(huán)境中污染物的量，是一個(gè)量化的指標(biāo)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)河水的環(huán)境質(zhì)量，但卻無(wú)法反映出水體中污染物對(duì)生物的影響。由于微生物對(duì)環(huán)境的變化及其敏感，生物監(jiān)測(cè)能夠克服傳統(tǒng)的用物理、化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)的缺點(diǎn)，可以直觀的對(duì)累積效應(yīng)等做出評(píng)價(jià)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的使用物理和化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的不足，在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中表現(xiàn)出特殊的意義，成為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要組成部分[1-2]。生物監(jiān)測(cè)就是利用生物對(duì)水體、大氣、土壤污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)來(lái)判斷水體污染狀況的一種水體污染監(jiān)測(cè)方法。根據(jù)生物個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1環(huán)境監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)技術(shù)與微生物技術(shù)的對(duì)比

在環(huán)境理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)中，利用到化學(xué)監(jiān)測(cè)方法和物理監(jiān)測(cè)方法。主要針對(duì)環(huán)境污染物的性質(zhì)、含量、來(lái)源以及分布狀況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要用到操作復(fù)雜的儀器和設(shè)備。其中有一部分監(jiān)測(cè)方法得出的結(jié)果并不能較好地反應(yīng)水體的污染程度。例如制藥工業(yè)廢水，處理后的廢水化學(xué)需氧量達(dá)標(biāo)排放，但受某些大分子、難降解殘留藥物的影響，處理后的廢水具有顯著的生物毒性[3]。利用微生物進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)是近年來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)的新方向。通過(guò)研究微生物對(duì)環(huán)境污染以及環(huán)境變化的反應(yīng)來(lái)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，其操作方法簡(jiǎn)單，并且環(huán)境樣本很難受到外界污染影響。利用微生物進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)有非常多的優(yōu)勢(shì)，具有可靠性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、直觀作用強(qiáng)的特點(diǎn)：包括影響作用直接、能夠十分有效地進(jìn)行環(huán)境污染物探查和篩選，可以做到對(duì)污染物長(zhǎng)期毒性的早期預(yù)報(bào)，同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，可以在較短的時(shí)間內(nèi)使污染物對(duì)生物的影響得到顯現(xiàn)。利用微生物進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)雖然比物理、化學(xué)監(jiān)測(cè)有更多的優(yōu)勢(shì)，但缺乏固定的標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，監(jiān)測(cè)結(jié)果的應(yīng)用具有局限性等[4]。

2微生物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1大腸菌群與環(huán)境監(jiān)測(cè)

水質(zhì)情況與人們的健康息息相關(guān)，檢測(cè)水中的細(xì)菌情況對(duì)保護(hù)人類(lèi)的身體健康起到重要的作用。然而由于水體中的致病菌數(shù)量通常很少，很難直接檢測(cè)出來(lái)，通常利用大腸菌群這種間接顯示糞便污染的指標(biāo)來(lái)檢測(cè)。測(cè)定大腸菌群的方法是發(fā)酵法以及濾膜法這兩種方法。在我國(guó)水質(zhì)檢測(cè)中，用兩種方法來(lái)表示大腸菌群的數(shù)量，第一種是大腸菌群數(shù)，即1L水中含有的大腸菌群數(shù)量；第二種是大腸菌群值，指的是從水中檢測(cè)出的1個(gè)大腸菌群數(shù)的最小水樣體積數(shù)，數(shù)值與水中含有的大腸菌群呈現(xiàn)反比特征。

2.2發(fā)光細(xì)菌用于環(huán)境監(jiān)測(cè)

發(fā)光細(xì)菌是一類(lèi)能運(yùn)動(dòng)的格蘭仕陰性兼性厭氧桿菌，如費(fèi)舍爾弧菌或者國(guó)產(chǎn)青海鹽湖菌。這些菌種含有發(fā)光成分，在一定條件下會(huì)發(fā)出藍(lán)綠色或者明亮的可見(jiàn)光。當(dāng)發(fā)光細(xì)菌遇到有毒物質(zhì)時(shí)，由于影響到了細(xì)菌的新陳代謝，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)變?nèi)跎踔料?，這種發(fā)光強(qiáng)度的變化可以通過(guò)發(fā)光檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)[5-9]。各種液體中的有毒物質(zhì)可以通過(guò)發(fā)光細(xì)菌來(lái)監(jiān)測(cè)，氣體或者土壤中的有毒污染物可以通過(guò)吸收或者浸泡的方式將其轉(zhuǎn)移到水體中，再來(lái)監(jiān)測(cè)其給發(fā)光細(xì)菌帶來(lái)的影響。

2.3鼠傷寒沙門(mén)氏菌檢測(cè)物質(zhì)致突變性與致癌性

根據(jù)調(diào)查研究顯示，人類(lèi)的癌癥有占據(jù)八成到九成是來(lái)自于環(huán)境影響，化學(xué)因素是最主要的環(huán)境因素?，F(xiàn)階段全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)七萬(wàn)多種化學(xué)物質(zhì)，其中有一成化學(xué)物質(zhì)會(huì)致癌?；衔锏难杆僭黾樱瑢?dǎo)致傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已經(jīng)難以適應(yīng)新環(huán)境的需要。隨著技術(shù)的不斷革新，縱觀全世界，目前已經(jīng)有上百種快速測(cè)試的方法，應(yīng)用最為廣泛的測(cè)試方法是致突變?cè)囼?yàn)，其結(jié)果能夠顯示化學(xué)物質(zhì)的致突變型及其潛在的致癌性。

2.4藻類(lèi)對(duì)水質(zhì)污染的監(jiān)測(cè)

所謂藻類(lèi)監(jiān)測(cè)是指利用水中藻類(lèi)植物來(lái)觀察和斷定水體污染的狀況。由于水體污染會(huì)帶來(lái)水體在物理和化學(xué)條件上的變化，這兩種變化會(huì)直接作用于水藻狀態(tài)的改變，通過(guò)對(duì)水藻種類(lèi)以及數(shù)量構(gòu)成，加上它們對(duì)有毒物質(zhì)積累所表現(xiàn)出來(lái)的生理反應(yīng)以及生化反應(yīng)，來(lái)準(zhǔn)確地判定水體污染程度及污染性質(zhì)。雖然通過(guò)物理監(jiān)測(cè)和化學(xué)監(jiān)測(cè)能夠檢測(cè)出水體中污染物的類(lèi)別以及含量大小，但是也存在很多缺陷，包括不能斷定這些有毒物質(zhì)是否對(duì)生物有機(jī)體有影響，化學(xué)監(jiān)測(cè)結(jié)果只能反映取樣的瞬間情況，等等。因此，借助藻類(lèi)監(jiān)測(cè)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)可以更為準(zhǔn)確地判斷水體污染情況，從而判斷環(huán)境污染的發(fā)展趨勢(shì)[10~12]，用其作為水質(zhì)污染的指示生物還是非常合適的。

2.5底棲無(wú)脊椎水生動(dòng)物對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)

水體中分布著較多無(wú)脊椎底棲動(dòng)物，主要以節(jié)肢動(dòng)物門(mén)昆蟲(chóng)綱幼蟲(chóng)為主、甲殼綱也常見(jiàn)，軟體動(dòng)物門(mén)的瓣鰓綱、腹足綱，環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)的寡毛綱、蛭綱也很普遍。底棲生物均有一定的耐污能力，即耐污值。通過(guò)監(jiān)測(cè)底棲動(dòng)物種類(lèi)和數(shù)量，根據(jù)耐污值進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，具有較好直觀性，也能反映出水環(huán)境質(zhì)量的長(zhǎng)期變化，克服了常規(guī)理化指標(biāo)只能評(píng)價(jià)瞬時(shí)水環(huán)境質(zhì)量的缺陷[13~14]。

3微生物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）是現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)工具，這種技術(shù)目前已經(jīng)在中國(guó)廣泛運(yùn)用，并衍生出諸如逆轉(zhuǎn)錄、定量、競(jìng)爭(zhēng)、多重等在內(nèi)的較多種類(lèi)。PCR技術(shù)主要是檢測(cè)無(wú)法培養(yǎng)的微生物，將傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法棄之不用，用來(lái)檢測(cè)包括土壤、水分、沉積物等在內(nèi)的各種環(huán)境標(biāo)本。該技術(shù)具有便捷、迅速的特點(diǎn)，且具有極強(qiáng)特異性和較高靈敏度，使環(huán)境監(jiān)測(cè)效率大大提高。

3.2生物酶技術(shù)

生物酶技術(shù)主要包括生物酶抑制技術(shù)和生物酶免疫技術(shù)這兩種。其中前者是利用諸如重金屬以及農(nóng)藥等在內(nèi)的環(huán)境污染物對(duì)特定酶的抑制作用，加上顯色劑，通過(guò)觀察顯色情況來(lái)判定酶是否受抑制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)。后者是結(jié)合了免疫技術(shù)同現(xiàn)代測(cè)試手段，將抗原抗體的免疫反應(yīng)和酶的高效催化作用巧妙地結(jié)合在一起，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)法、間接法以及雙抗體夾心法等方法，根據(jù)抗原抗體的特異性反應(yīng)，利用現(xiàn)代光學(xué)分析儀器進(jìn)行顏色變化的檢測(cè)。生物酶技術(shù)由于操作簡(jiǎn)單迅速、靈敏度高、穩(wěn)定性好以及特異性強(qiáng)等特點(diǎn)，受到環(huán)境監(jiān)測(cè)的廣泛運(yùn)用。

3.3生物傳感器

生物傳感器是借助生物的一系列反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)和分析的一套系統(tǒng)。幫助其進(jìn)行功能性識(shí)別的原元件包括微生物、酶、抗原或抗體等具有生物活性以及固定化的生物學(xué)元件。將外界對(duì)生物造成的理化性質(zhì)方面的影響通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)為電信號(hào)，然后由信號(hào)放大裝置將其進(jìn)行放大，從而完成監(jiān)測(cè)。從生物分子識(shí)別的角度分析，包括細(xì)胞傳感器、組織傳感器、免疫化學(xué)傳感器、微生物傳感器、酶?jìng)鞲衅饕约癉NA傳感器等。具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積構(gòu)造小，可以進(jìn)行隨時(shí)隨地的連續(xù)監(jiān)測(cè)；造價(jià)和使用成本較低，方便擴(kuò)大宣傳和推廣；所需樣品數(shù)量少，也無(wú)需樣品預(yù)處理，并且不需要再額外添加別的試劑。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法操作復(fù)雜、準(zhǔn)確率低，也不能夠及時(shí)地反映水質(zhì)狀況，利用生物傳感器就可以有效地避免這些缺陷帶來(lái)的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)化提供了可能。

3.4生物芯片技術(shù)

生物芯片技術(shù)是根據(jù)分子間特異性相互作用的原理，將生命科學(xué)研究中不連續(xù)的樣品檢測(cè)、分析過(guò)程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，然后與標(biāo)記好的待測(cè)生物樣品中靶分子雜交，通過(guò)儀器對(duì)雜交信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行定性和定量分析。生物芯片具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括操作方便快速，具有非常好的特異性和平行性，全程自動(dòng)化檢測(cè)，沒(méi)有任何污染，并且檢測(cè)過(guò)程不需要太多的樣品或者試劑，生物芯片技術(shù)主要應(yīng)用于大批量篩選環(huán)境樣品與對(duì)其的分析研究中。

4微生物用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

目前研究較多的是應(yīng)用核酸探針、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)(PCR技術(shù))等，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。非放射性核酸探針的靈敏度和特異性已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，并廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中志賀氏菌、耶爾森氏菌、糞大腸菌等腹瀉性致病菌的監(jiān)測(cè)。PCR技術(shù)適用于土壤、沉積物等不能培養(yǎng)微生物的監(jiān)測(cè)，且檢測(cè)時(shí)間短，短時(shí)間內(nèi)即可以完成測(cè)試。科技的不斷進(jìn)步，使用成本會(huì)逐漸降低，今后核酸探針和PCR技術(shù)有希望取代常規(guī)水質(zhì)微生物檢驗(yàn)的方法。生物傳感器在環(huán)境檢測(cè)上的研究發(fā)展也很快，已達(dá)到應(yīng)用水平。李宗義等人[15]認(rèn)為微生物傳感器能適應(yīng)寬范圍的pH和溫度，使用壽命長(zhǎng)、分析時(shí)間短、價(jià)格相對(duì)較低等特點(diǎn)，有利于大氣和廢氣監(jiān)測(cè)的亞硫酸、亞硝酸鹽、氨、甲烷及C02微生物傳感器等。

5總結(jié)

利用微生物進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)有優(yōu)勢(shì)也有不足。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和分子生物學(xué)技術(shù)的革新，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)的工作人員以及生物學(xué)工作者應(yīng)不斷探索研究，使微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷改善和豐富，同時(shí)配合其他環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)及方法，發(fā)揮出不同監(jiān)測(cè)手段的不同優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好地為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供科學(xué)、有效的技術(shù)支撐，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)給環(huán)境科學(xué)帶來(lái)更多的貢獻(xiàn)和作用。

參考文獻(xiàn):

[1]鄭玨雅.利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染的研究進(jìn)展[J].科技與創(chuàng)新,2015(11):80~81

[2]張平.利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染的研究進(jìn)展[J].北方環(huán)境,2011,23(8):65~67

作者：馬林娟 單位：平鄉(xiāng)縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站