現代生物技術在環境監測中的應用探究

摘?要：隨著科學技術的不斷發展，工業化水平的不斷提升，我國環境遭到嚴重破壞。為此，我們需要加強環境監測工作，以保護環境。目前現代生物技術在環境監測中的應用越來越廣泛，它能有效提高環境監測的效果，成為環境監測工作中必不可少的重要技術。本文重點研究現代生物技術在環境監測中的應用優勢及具體應用情況，以期為提高環境監測質量提供理論依據。

關鍵詞：現代生物技術;環境監測;應用優勢;具體應用

21世紀，科學技術迅猛發展，社會各個領域在科學技術強有力的支持下也得到了快速發展。現代生物技術是生命科學技術發展而來的產物，它是一項通過對生物有機體進行有效研究的技術。該項技術為環境監測工作提供了技術支持，目前被廣泛應用的生物傳感技術、生物芯片技術等均對環境監測質量的提高起到促進作用。為了更好地滿足環境監測的新要求，更好地保護環境，本文針對各種現代生物技術在環境監測中的應用進行深入探討，希望為相關工作人員提供借鑒價值。

一、對現代生物技術的理解

（一）現代生物技術的定義

現代生物技術又叫生物工程，由多個學科構成，具有很強的綜合性。簡單來說，它是以現代生命科學（分子生物學、細胞生物學、免疫學、遺傳學等）為基礎，結合計算機技術、電子技術、工程技術等先進手段，利用生物有機體或其他組成部分，預期性地改變生物特性或制造新產品的一種高新技術。現代生物技術具有準確度高、反應靈敏、操作靈活等特點，使其在各個檢測領域具有廣泛應用。

（二）現代生物技術的研究內容與發展趨勢

現代生物技術以生物有機體為研究對象，以開發生物資源為研究目的，研究內容涉及酶工程、細胞工程、基因工程、微生物工程等，主要包括PCR技術、生物傳感器、生物酶、生物芯片等技術。該項技術的操作環境簡單，一般在常溫常壓的條件下對生物進行研究，不會對環境造成生物污染，進而提高資源利用率。就其應用領域而言，主要涉及環境監測、農作物與動物檢測、食物檢測等，并將在生物制造、生物處理工藝、海洋生物以及新能源領域發揮重要作用。基于該項技術開發的新產品具有純度高、可靠性強等特點，為今后的發展奠定了研究基礎。

二、現代生物技術在環境監測中的應用優勢分析

（一）節約成本，經濟實用

與傳統環境監測方式相比，現代生物技術具有節約成本、經濟實用的優勢。生物監測的原理是通過觀察生物個體、種群、群落等指標，并記錄這些指標對環境變化所產生的反應，進而來監測環境質量。而用于環境監測的植物或者微生物種類多、繁殖快、生長迅速，在其生長聚集區即可找到，取材方便，無須花錢即可使用，節約環境監測工作中的投入成本，經濟實用。

（二）破壞性弱，連續性強

運用現代生物技術進行環境監測的過程中，許多使用對象、數據多來自生物本身，如動物的排泄物、微生物群落、植物的枝葉等，對生態系統中的生物個體不會造成傷害。另外，現代生物技術還具有連續性強的特點，可利用其對環境污染進行連續的監測。傳統的環境監測手段常用定期采樣的方式，而這種方式具有即時性與片段性，只能反映采樣期間的環境污染情況。而通過現代生物技術能隨時采集環境中的各種信息，一定區域內生活的生物能全方位反映環境的變化特征。

（三）反應靈敏，準確度高

某些生物具有特有的生物結構，其對環境具有天然的感知力，對環境變化極其敏感，能快速甄別污染物，令傳統的環境監測手段策馬難及。人們對這些生物與環境之間的關系進行觀察、記錄和總結，并利用生物富集和生物積累等效應，提高生物尋找污染物的靈敏性，更好地進行環境監測。同時，利用現代生物技術得到的環境監測數據也具有較高的準確度。傳統的環境監測手段只能監測個別個體或某個特例在特定條件下的反應，而通過現代生物技術可對某種生物的整個群體進行監測，記錄整個監測群體對所處環境的反應，取得更加豐富的監測數據，進而更加客觀、準確地評價環境質量。

三、現代生物技術在環境監測中的具體應用

（一）環境監測中生物監測技術的應用

在土壤監測中常運用動物監測法、植物監測法、微生物監測法。動物監測法即利用土壤內的動物，如對土壤污染比較敏感的蚯蚓，來對土壤進行監測，通過分析蚯蚓體內某種成分的含量來間接檢測土壤中的物質成分的含量，進而確認土壤污染程度。植物監測法即依據植物的生長變化來監測土壤污染狀況，一旦土壤被污染，植物的新陳代謝會發生變化，呈現出不同的外在特征，如葉子枯萎、爛根、停止生長等，研究人員可對其進行研究，進一步確認土壤污染程度。微生物監測法即分析土壤中某種微生物群落的變化來判斷土壤的污染狀況。二是在水體污染監測中常運用微生物群落監測法、生物指示法。水體污染后，微生物敏感性較高，因此運用微生物群落監測法來收集微生物群落，準確判斷水體污染情況。生物指示法，就是以對水污染物比較敏感的無脊椎動物（如小顫藻、蚊幼蟲、顫蚓類等）為指示生物，通過分析它們的生命期的變化及其活動范圍的改變，來判斷水體污染情況。

（二）環境監測中生物發光檢測技術的應用

發光菌具有發光現象，對土壤中的重金屬極其敏感，它是生物發光檢測技術的重要組成部分，生物發光檢測技術可根據發光菌的發光強度來判斷土壤中的某些重金屬含量，進一步確定土壤污染情況。另外，要想快速準確檢測出土壤中的Zn、Cu的含量，還必須依靠熒光菌這一生物材料。與傳統的監測方法相比，該監測方法具有快速、簡便、靈敏度高等優點，在環境監測中的應用也日益廣泛。

（三）環境監測中PCR技術的應用

PCR技術又叫聚合酶鏈式反應，即在體外模擬DNA的天然復制過程，是DNA的一種體外擴增技術。PCR技術在環境監測中的原理是：利用PCR技術有效檢測PCR擴增產物的靶序列和模板核酸，分析環境中某種生物的DNA突變，并采取相關措施解決問題，從而保護環境。利用PCR技術來進行環境監測工作，既能有效檢測出環境中的病毒、病原體等有害生物，又能檢測環境中的特異性種群，還能測定基因表達。它具有高靈敏度、特異性強、快速簡便等優點，克服了傳統的監測方式中對樣品檢測時間長、難以分離培養的困難，在環境監測中的應用越來越廣泛，成為環境監測中不可或缺的重要手段。

（四）環境監測中生物酶技術的應用

生物酶技術主要包括生物酶抑制技術、酶免疫測定技術兩個方面。其中，生物酶抑制技術就是利用環境污染物（如農藥、化肥等）在外部對特定酶的抑制作用，并加入催化特定酶的顯色劑，通過顯色劑的變化來判斷環境中是否存在污染物或污染物存在的比例如何;酶免疫測定技術則是將環境污染物作為抗原，動物體內給予特定的免疫力抗體，根據抗原和抗體在動物體外進行的特異性反應，并加入類似跟蹤物的酶，以顯示抗原和抗體之間的免疫反應。與傳統監測方法相比，生物酶技術環境監測中的應用具有如下優點：一是生物酶技術能直接降解有機物，迅速除去環境中的污染物，提高處理環境污染的效率;二是生物酶技術具有針對性強、節約成本、綠色環保等優點，使得它在環境監測中的應用也越來越廣泛。

（五）環境監測中生物芯片技術的應用

生物芯片技術利用芯片能自動、快速、準確地檢測成千上萬的基因表達形式，使環境監測從根本上得到保證。一些比較敏感的細胞在環境污染物的影響下，可能會發生基因突變，而生物芯片技術可以找出突變基因，分析其與正常基因有何區別，并找出環境中污染物對敏感生物體產生何種影響，據此判斷環境污染物產生的生物效應。芯片上固定的樣品探針不同，致使生物芯片具有多樣性，主要包括細胞芯片、蛋白質芯片、基因芯片等，其中蛋白質芯片與基因芯片能提供更加廣泛地信息和數據，在環境監測中應用相對更加廣泛。生物芯片技術所運用的芯片具有較強的專一性、穩定性，將其運用于環境監測中，可快速檢測出環境中的污染微生物，進一步明確其對動植物、環境的污染。

（六）環境監測中生物傳感技術的應用

隨著計算機技術、電子信息技術的不斷發展，生物傳感技術也獲得高速發展，主要被應用于環境中酚類污染物、硝酸鹽、生化需氧量（BOD）的監測。生物傳感器由識別能力的感受器和換能器組成。生物傳感技術在環境監測中的原理是：待測物質進入生物活性材料（如抗體、酶、DNA、蛋白質等），經感受器進行分子識別，發生生物反應，產生特有信息，換能器將這些特有信息轉換為一系列電信號，并通過儀表放大設備將電子信號輸出，記錄結果，從而檢測出待測物質的濃度。與其他監測技術相比，生物傳感技術具有微型化及自動化、靈敏性強、準確度高、特異性強等優點，能快速、有效、準確地進行在線分析，并且可以檢測出極微量的環境污染物。目前BOD生物傳感器、硝酸鹽生物傳感器、甲烷生物傳感器等在環境監測中的應用前景廣闊。

（七）環境監測中金標免疫速測技術的應用

金標免疫速測技術又叫速測試紙條技術，是在克隆技術的基礎上發展而來的生物技術，該技術主要用來檢測環境中的農藥。金標免疫速測技術在環境監測中的原理為：用膠體金標記特異性抗體，促使農藥中的某些成分與膠體金的標記進行結合，再利用固化抗原對其進行檢測，根據檢測點顯色的深度來判斷農藥殘留的含量，以保證環境質量。金標免疫速測技術具有特異性強、節約成本、穩定性高等優點，在環境監測領域中得到廣泛應用。

四、結語

總的來說，現代生物技術是環境監測的重要手段，將其運用于環境監測工作中，能快速、準確判定環境的污染情況，有效提高了環境監測質量與效率。需要注意的是，現代生物技術在環境監測的過程中，其監測對象存在復雜性和不確定性，增加了環境監測的難度，這就需要我們加快研究，以生命科學的理論和實踐為指導，不斷創新現代生物技術，深入探究生物形態、數量、種類與生態環境之間的關系，積極研發先進的現代生物技術，進而有效發揮現代生物技術在環境監測中的作用，更好地促進環保事業的健康發展。

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作者簡介：宋國欣（1981—?），女，漢族，河北定州人，碩士，工程師，研究方向：環境檢測。