水環境監測中生物監測技術的應用

文_李燕

運城市生態環境局鹽湖分局

1 生物監測技術機制分析

水環境中有大量的生物體存在，種類豐富，如魚類、藻類、微生物類和其他的動物植物類，部分水域內也有很多的浮游生物存在。在不同的水域中，生物也有著不同的種類，但是所有的水生物都和水環境之間具有相互依存的關系，水環境變化將會對其產生很大程度的影響，使其遷徙與繁殖都發生變化。如果水環境被污染，其中的生物便會吸收這些污染物，而這些污染物將會通過食物鏈的形式直接進入到人體，進而對人體健康帶來諸多威脅。

為實現水環境質量的良好監測，避免嚴重的水環境污染問題所導致的不利影響，可以通過生物監測技術來進行水生物變化的快速監測與分析，并對水生物體內污染物的種類及其累積程度做到準確檢測。這種監測技術有著超高的準確性，甚至會比專用的科學檢測儀器更加精確，同時其檢測效率也非常高。在傳統的水環境監測技術中，通常僅僅能檢測到一種污染物，且耗費時間長，成本投資高。但是通過生物監測技術的應用，便可對水環境中的各種污染物情況加以準確反映，且反映速度快，投入成本低。但是該技術在具體的應用過程中也存在一定程度的不足，如無法對污染濃度作出精確的數值計算，且不具備系統性的監測標準，同時也不能夠準確區分環境因素以及污染物因素的具體影響。由此可見，該技術依然存在較大的進步和發展空間，需要相關專家和學者進行進一步的研究。

2 生物監測技術的主要特征分析

在生物的生長過程中，環境因素會對其產生非常重要的影響，尤其是水生物。如果水環境中存在污染物，生物便會出現相應的病變或出現基因突變現象，但是這樣的情況的發生范圍通常都比較小。因生物監測技術的取樣點主要根據實際情況而定，測試點非常有針對性，所以其監測結果也就更加符合實際情況。生物監測技術所反映出的是水環境在一段時間內的變化情況，這樣便可為環保單位現場污染情況和污染物種類的明確提供更加科學準確的幫助。生物監測技術的應用并不僅僅局限于對區域污染物物種的檢測，更是與周邊環境結合所進行的檢測，以此來確定水環境和生態環境之間的相互影響作用。

3 生物監測技術在水環境監測中的應用分析

3.1 微生物監測技術的應用

3.1.1 PGR技術

PGR 技術是聚合酶鏈式反應的簡稱，該技術不僅可以讓水環境微生物傳統監測的局限性問題得以有效解決，也可以擺脫傳統監測中微生物培養方式的約束，對重要的微生物DNA 進行克隆。憑借著這些優勢，該技術已經在水環境監測中得到了廣泛應用。在該技術的具體應用中，首先通過對高溫條件下體外DNA 的整合來使其變為單鏈，而引物在一定溫度條件下將會和單鏈之間進行堿基互補配對。然后再將溫度調整到適合DNA聚合酶反應的溫度，DNA 聚合酶就會按照從磷酸至五碳糖的方向來實現互補，進而形成互補鏈。將聚合酶的制造作為基礎來進行PGR 技術的應用，其中最為關鍵的內容就是溫度控制。所以在具體應用中，應通過溫度的變性控制以及重復性控制等方式來進行微生物DNA 合成的有效控制，以此來實現各種微生物種類的檢測。表1 是該技術具體應用中的溫度控制情況。

表1 該技術具體應用中的溫度控制情況

3.1.2 生物傳感技術

生物傳感技術的主要應用原理是借助于對生物物質極為敏感的檢測儀器將水體中微生物濃度值轉變成電信號來進行監測的一種技術。在該技術的具體應用中，生物傳感器是其核心設備，生物傳感器的識別元件主要包括微生物等的性能識別元件、理化換能器和信號放大裝置等，其主要功能是對監測到的微生物信號進行接收和轉換。這種傳感器可在生物體某些功能或者是器官中固定，然后成為具有足夠靈敏度的傳感器，以此來達到良好的微生物檢測效果。通過該技術的應用，可以讓傳統水體污染監測中的工作步驟得到進一步的簡化，有效保障了水環境污染處理中相關設施操作的有序進行，實現水環境污染治理效果的進一步提升。生物傳感技術的應用見圖1。

圖1 生物傳感技術的應用示意圖

3.1.3 酶免疫檢測技術

在水體微生物的具體監測過程中，酶免疫檢測技術是一種非常先進且有效的監測技術，該技術在抗原或者是抗體等微生物檢測中十分常用，其主要的應用原理是將相互關聯的酶作為基礎，對免疫復合物進行酶催化反應測定，這樣就可以讓抗體被固定到一個帶有表面涂層的塑料板上，只要將這個塑料板進行簡單的洗滌，就可以將免疫復合物和其他組分輕易分離，以此來實現免疫復合類微生物的有效檢測。通過該技術的應用，可以讓水環境中的微生物得到更深層次的探索。同時，因為該技術可以對抗體進行整合，所以借助于該技術，可以在并不影響水環境免疫特征的情況下實現抗原的有效檢測。

3.2 發光細菌監測技術的應用

3.2.1 發光細菌及其分類

所謂發光細菌，指的就是在生理條件正常的情況下可以發射出可見熒光的一種細菌，這種細菌在海洋環境中的分布較為廣泛，其他淡水水體環境中也會有分布。此類細菌為革蘭氏陰性細菌，具有兼性厭氧特征，沒有莢膜和孢子，端部有若干根鞭毛。在對此類細菌進行監測的過程中，主要通過pH 在6 ～9.3 之間的NaCl 和濃度為0.3%的甘油對其進行發光試驗。在這種細菌中，青海弧菌、霍亂弧菌以及發光異短桿菌為淡水水體中的發光細菌，其余的都是海洋中的發光細菌。表2 是其主要的特征參數。

表2 發光細菌主要特征參數

3.2.2 發光機理分析

對于發光細菌而言，每一類細菌都有著相同的發光機理，即分子態的氧化還原態黃素單核酸以及長鏈脂肪醛的過程中，由于受到了細菌熒光素酶的催化作用，讓反應所生成的能量中釋放出了藍綠色光，其發光強度波長處在450 ～490nm 之間，這種光并不是通過能量建立起的質子梯度以及滲透反應所合成的ATP，僅僅是從反應能量中釋放出來的光。

3.2.3 發光細菌監測技術的應用原理分析

因為水環境中的污染物會對發光細菌本身的發光強度產生很大的影響，所以借助于靈敏度足夠高的光電測量系統，便可以進行有效測定。發光細菌檢測技術所應用的剛好是這種測定方法。在一定條件下，發光細菌發光強度將會保持恒定，而在其生理條件正常的狀態下，這種細菌所發出的光呈藍綠色，其波長在450 ～490nm 之間。但是如果發光細菌遇到了有毒污染物，在這些物質的干擾作用下，其發光強度將會遭到抑制，抑制效果和有毒污染物的成分及其毒性大小之間呈線性負相關。有毒污染物主要通過兩種途徑來抑制發光細菌的發光強度，一是對其發光反應酶產生直接干擾，二是對其細胞中與發光相關的代謝產生抑制。因此，在具體的水環境監測過程中，只要有毒污染物對發光細菌產生了影響，就可以通過其發光強度具體變化情況來進行污染物檢測。

3.2.4 發光細菌監測技術在水環境監測中的具體應用

在進行水環境的監測過程中，發光監測技術的主要應用表現在兩個方面，其一是對水質狀況進行測定，因為我國很多地方的水環境都存在不同程度的污染，而僅僅通過簡單的一些污染監測指標和技術還遠遠無法達到滿意的監測效果。因此，為有效監測水體環境的實際污染狀態，并使其毒性得到綜合評價，讓水體實際的污染負荷及其生物學效應之間的關系得以正確表示，就需要借助于這種技術來進行水環境的生物毒性檢測。其二是對工業廢水進行毒性測定，如果一個水域中含有工業廢水，在污染到了一定的程度之后，水環境內的生物便會中毒，進而出現行為異常、代謝紊亂、細胞組織變化乃至于死亡現象。在對此類水體進行污染監測的過程中，借助于發光細菌監測技術，便可讓工業廢水中的有毒污染物種類、毒性大小和不同物質之間的相互作用得以有效明確，為水環境治理奠定更加科學的基礎。

4 結語

借助于微生物監測技術以及發光細菌監測技術，可以對水環境中的污染情況做到及時發現，并有效確定污染物的組成、嚴重程度等，以此來為后期的水環境污染治理提供科學、全面的參考。通過這樣的方式，才可以全面提升水環境監測質量，滿足水環境監測實際需求，促進水環境監測工作和生態保護工作的良好進展。