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[摘要]將環境監測傳統技術與微生物技術進行了比較。簡述了糞大腸菌群、發光菌、鼠傷寒沙門氏菌、藻類、底棲無脊椎動物在環境常規監測中的應用現狀和作用。對聚合酶鏈式反應技術、生物酶技術、生物傳感器技術、生物芯片等現代微生物環境監測技術進行了介紹。探討了微生物用于環境監測的發展趨勢，核酸探針、PCR技術等先進技術也廣泛的應用于環境監測，顯示出了良好的應用前景。

[關鍵詞]微生物；環境監測，現狀；發展趨勢，發光菌；生物傳感器；核酸探針

目前，我國的環境監測仍以常規化學監測為主，如化學需氧量、生化需氧量、LAS、揮發酚等常規化學指標的監測，可以較好地反映出環境中污染物的量，是一個量化的指標，根據這些數據來評價河水的環境質量，但卻無法反映出水體中污染物對生物的影響。由于微生物對環境的變化及其敏感，生物監測能夠克服傳統的用物理、化學指標評價水質的缺點，可以直觀的對累積效應等做出評價，彌補傳統的使用物理和化學指標評價環境質量的不足，在環境監測工作中表現出特殊的意義，成為環境監測的重要組成部分[1-2]。生物監測就是利用生物對水體、大氣、土壤污染或變化所產生的反應來判斷水體污染狀況的一種水體污染監測方法。根據生物個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應闡明環境污染狀況，從生物學角度為環境質量的監測和評價提供依據。

1環境監測傳統技術與微生物技術的對比

在環境理化指標監測中，利用到化學監測方法和物理監測方法。主要針對環境污染物的性質、含量、來源以及分布狀況等進行監測，需要用到操作復雜的儀器和設備。其中有一部分監測方法得出的結果并不能較好地反應水體的污染程度。例如制藥工業廢水，處理后的廢水化學需氧量達標排放，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]。利用微生物進行環境監測是近年來環境監測的新方向。通過研究微生物對環境污染以及環境變化的反應來進行環境監測，其操作方法簡單，并且環境樣本很難受到外界污染影響。利用微生物進行環境監測有非常多的優勢，具有可靠性好、穩定性強、直觀作用強的特點：包括影響作用直接、能夠十分有效地進行環境污染物探查和篩選，可以做到對污染物長期毒性的早期預報，同時具有較強的實時性，可以在較短的時間內使污染物對生物的影響得到顯現。利用微生物進行監測的技術雖然比物理、化學監測有更多的優勢，但缺乏固定的標準，監測技術相對來說較為復雜，監測結果的應用具有局限性等[4]。

2微生物用于環境監測的相關監測技術

2.1大腸菌群與環境監測

水質情況與人們的健康息息相關，檢測水中的細菌情況對保護人類的身體健康起到重要的作用。然而由于水體中的致病菌數量通常很少，很難直接檢測出來，通常利用大腸菌群這種間接顯示糞便污染的指標來檢測。測定大腸菌群的方法是發酵法以及濾膜法這兩種方法。在我國水質檢測中，用兩種方法來表示大腸菌群的數量，第一種是大腸菌群數，即1L水中含有的大腸菌群數量；第二種是大腸菌群值，指的是從水中檢測出的1個大腸菌群數的最小水樣體積數，數值與水中含有的大腸菌群呈現反比特征。

2.2發光細菌用于環境監測

發光細菌是一類能運動的格蘭仕陰性兼性厭氧桿菌，如費舍爾弧菌或者國產青海鹽湖菌。這些菌種含有發光成分，在一定條件下會發出藍綠色或者明亮的可見光。當發光細菌遇到有毒物質時，由于影響到了細菌的新陳代謝，發光強度會變弱甚至熄滅，這種發光強度的變化可以通過發光檢測儀進行檢測[5-9]。各種液體中的有毒物質可以通過發光細菌來監測，氣體或者土壤中的有毒污染物可以通過吸收或者浸泡的方式將其轉移到水體中，再來監測其給發光細菌帶來的影響。

2.3鼠傷寒沙門氏菌檢測物質致突變性與致癌性

根據調查研究顯示，人類的癌癥有占據八成到九成是來自于環境影響，化學因素是最主要的環境因素。現階段全世界已經發現七萬多種化學物質，其中有一成化學物質會致癌。化合物的迅速增加，導致傳統的檢測方法已經難以適應新環境的需要。隨著技術的不斷革新，縱觀全世界，目前已經有上百種快速測試的方法，應用最為廣泛的測試方法是致突變試驗，其結果能夠顯示化學物質的致突變型及其潛在的致癌性。

2.4藻類對水質污染的監測

所謂藻類監測是指利用水中藻類植物來觀察和斷定水體污染的狀況。由于水體污染會帶來水體在物理和化學條件上的變化，這兩種變化會直接作用于水藻狀態的改變，通過對水藻種類以及數量構成，加上它們對有毒物質積累所表現出來的生理反應以及生化反應，來準確地判定水體污染程度及污染性質。雖然通過物理監測和化學監測能夠檢測出水體中污染物的類別以及含量大小，但是也存在很多缺陷，包括不能斷定這些有毒物質是否對生物有機體有影響，化學監測結果只能反映取樣的瞬間情況，等等。因此，借助藻類監測所具有的獨特優勢可以更為準確地判斷水體污染情況，從而判斷環境污染的發展趨勢[10~12]，用其作為水質污染的指示生物還是非常合適的。

2.5底棲無脊椎水生動物對水環境質量的監測

水體中分布著較多無脊椎底棲動物，主要以節肢動物門昆蟲綱幼蟲為主、甲殼綱也常見，軟體動物門的瓣鰓綱、腹足綱，環節動物門的寡毛綱、蛭綱也很普遍。底棲生物均有一定的耐污能力，即耐污值。通過監測底棲動物種類和數量，根據耐污值進行水環境質量評價，具有較好直觀性，也能反映出水環境質量的長期變化，克服了常規理化指標只能評價瞬時水環境質量的缺陷[13~14]。

3微生物用于環境監測的現代監測技術

3.1聚合酶鏈式反應技術

聚合酶鏈式反應技術（PCR）是現代分子生物學的基礎實驗工具，這種技術目前已經在中國廣泛運用，并衍生出諸如逆轉錄、定量、競爭、多重等在內的較多種類。PCR技術主要是檢測無法培養的微生物，將傳統分離培養法棄之不用，用來檢測包括土壤、水分、沉積物等在內的各種環境標本。該技術具有便捷、迅速的特點，且具有極強特異性和較高靈敏度，使環境監測效率大大提高。

3.2生物酶技術

生物酶技術主要包括生物酶抑制技術和生物酶免疫技術這兩種。其中前者是利用諸如重金屬以及農藥等在內的環境污染物對特定酶的抑制作用，加上顯色劑，通過觀察顯色情況來判定酶是否受抑制，從而實現對環境污染物的監測。后者是結合了免疫技術同現代測試手段，將抗原抗體的免疫反應和酶的高效催化作用巧妙地結合在一起，通過競爭法、間接法以及雙抗體夾心法等方法，根據抗原抗體的特異性反應，利用現代光學分析儀器進行顏色變化的檢測。生物酶技術由于操作簡單迅速、靈敏度高、穩定性好以及特異性強等特點，受到環境監測的廣泛運用。

3.3生物傳感器

生物傳感器是借助生物的一系列反應進行檢測和分析的一套系統。幫助其進行功能性識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元件。將外界對生物造成的理化性質方面的影響通過信號轉換元件轉為電信號，然后由信號放大裝置將其進行放大，從而完成監測。從生物分子識別的角度分析，包括細胞傳感器、組織傳感器、免疫化學傳感器、微生物傳感器、酶傳感器以及DNA傳感器等。具有很多優點：體積構造小，可以進行隨時隨地的連續監測；造價和使用成本較低，方便擴大宣傳和推廣；所需樣品數量少，也無需樣品預處理，并且不需要再額外添加別的試劑。傳統的檢測方法操作復雜、準確率低，也不能夠及時地反映水質狀況，利用生物傳感器就可以有效地避免這些缺陷帶來的不利影響，從而實現環境自動監測，為環境監測自動化提供了可能。

3.4生物芯片技術

生物芯片技術是根據分子間特異性相互作用的原理，將生命科學研究中不連續的樣品檢測、分析過程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化學分析系統，然后與標記好的待測生物樣品中靶分子雜交，通過儀器對雜交信號的強度進行定性和定量分析。生物芯片具有多種優點，包括操作方便快速，具有非常好的特異性和平行性，全程自動化檢測，沒有任何污染，并且檢測過程不需要太多的樣品或者試劑，生物芯片技術主要應用于大批量篩選環境樣品與對其的分析研究中。

4微生物用于環境監測的發展趨勢

目前研究較多的是應用核酸探針、聚合酶鏈式反應技術(PCR技術)等，國內外對其進行了廣泛的研究。非放射性核酸探針的靈敏度和特異性已經達到了較高的水平，并廣泛應用于水環境中志賀氏菌、耶爾森氏菌、糞大腸菌等腹瀉性致病菌的監測。PCR技術適用于土壤、沉積物等不能培養微生物的監測，且檢測時間短，短時間內即可以完成測試。科技的不斷進步，使用成本會逐漸降低，今后核酸探針和PCR技術有希望取代常規水質微生物檢驗的方法。生物傳感器在環境檢測上的研究發展也很快，已達到應用水平。李宗義等人[15]認為微生物傳感器能適應寬范圍的pH和溫度，使用壽命長、分析時間短、價格相對較低等特點，有利于大氣和廢氣監測的亞硫酸、亞硝酸鹽、氨、甲烷及C02微生物傳感器等。

5總結

利用微生物進行環境監測有優勢也有不足。隨著經濟發展和分子生物學技術的革新，從事環境監測和環境保護的工作人員以及生物學工作者應不斷探索研究，使微生物監測技術不斷改善和豐富，同時配合其他環境監測技術及方法，發揮出不同監測手段的不同優勢，取長補短，更好地為環境監測工作提供科學、有效的技術支撐，推動環境監測給環境科學帶來更多的貢獻和作用。

參考文獻:

[1]鄭玨雅.利用生物監測技術監測水環境污染的研究進展[J].科技與創新,2015(11):80~81

[2]張平.利用生物監測技術監測水環境污染的研究進展[J].北方環境,2011,23(8):65~67

作者：馬林娟 單位：平鄉縣環境監測站