生物监测在环境监测中的应用

摘要论述动物监测、植物监测、微生物监测在各环境监测中的作用，及它们在环境监测中的优越性和发展状况，提出生物监测存在的一些不足之处。展望生物监测在环境监测中的发展前景。

关键词生物监测 环境监测 应用

中图分类号 X835文献标识码 A文章编号2095-672X（2014）03-0191-03

Abstract： The effect and superiority and development status of animal， plant， microorganism monitoring in the monitoring of the environment was discussed. Puts forward some deficiencies exist in biological monitoring. The prospect of the development of biological monitoring in environmental monitoring.Key words： Biomonitoring；Environmental ；Monitoring；Application

前言

随着工、农业生产的发展，越来越多的外源污染物直接排放、转换、迁移进入环境，使我国环境污染加剧，已严重影响人类的生存。利用生物监测环境的污染情况已在世界范围内得到广泛的研究和应用。生物监测是利用生物分子、细胞、组织器官、个体、种群和群落等各层次对环境污染程度所产生的反应来阐明环境状况，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供根据。生物监测包括大气污染、水污染和土壤污染的生物监测[1]。

1动物在环境监测中的应用

在生物监测中，不同的生态类群从浮游生物到底栖动物的大部分海洋生物类群几乎都进行过监测污染的研究，对各种动物的研究也从没断过。研究结果表明：动物在环境监测中具有重要的作用，下面介绍几种动物监测在环境监测中的应用。

1. 1果蝇生物模型在室内空气污染监测中的应用

果蝇是一种真核多细胞生物，具有生存期短、繁殖量大、饲养简便、反应灵敏等优点，其代谢系统、生理功能、生长发育等同哺乳动物基本相似，故在进行环境污染物对健康危害等方面的综合性影响研究时可将其作为一种很好的生物材料。果蝇生物模型的原理是采用黑腹果蝇的生存试验来检测室内装潢环境对果蝇寿命的影响，以期建立一种监测室内装潢环境的果蝇生物模型用于综合评价室内空气污染。

在新装修居室内，主要空气污染源包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物、放射性元素等[2]。挥发性有机物主要来源于装饰材料、油漆制家具、胶合板以及化妆品、清洁剂等；放射性元素氡主要来源于房屋下面的泥土和石头以及水泥，混凝土之类的建筑材料。目前国内外较多的将耗氧量作为反映居室内还原性有机物污染的综合性指标，但仍缺乏更客观、更综合、更方便的生物性检测方法。为此我们选用果蝇的生存实验进行尝试。

实验结果显示：正常生存环境下，对照组雌雄果蝇的寿命分别为36～61d和42～64d；而实验各果蝇寿命均明显缩短，其中雌果蝇寿命缩短至23～37d不等，雄果蝇寿命缩短至23～35d不等。经统计学检验，各实验组雌雄果蝇平均寿命与对照组比较有显著性差异，而实验组间没有明显的差异。在半数死亡天数中，雄性果蝇各观察点比对照组少存活25～30d，雌蝇为19～23d。经测定，装修前后甲醛、苯、总挥发性有机物总量均超过国家规定标准；家具进场后此现象表现得更为明显[3]。

1.2两栖动物在环境污染生物监测中的应用

两栖动物由于其独特的生活史周期和生理学特性，作为指示生物的研究越来越广泛，人们对此研究的也比较深入。

两栖动物的发育和变态是一个十分复杂的过程，不仅包括外部形态的变化，还包括内部重新改建神经系统、消化系统和生殖系统等变化，同时也引起肝脏的酶、血红蛋白和视网膜色素发育的成熟。此外两栖动物的发育和变态受到荷尔蒙激素的控制，对化学物质引起的内分泌失调十分敏感。两栖动物与其他生物相比，两栖动物作为指示生物的优越性[4]主要表现在①独特的生活史周期；②特殊的生理学特性；③直观地行为反应。

综上所述，两栖动物可以很好反映其栖息地的环境质量，在其不受侵扰时，利用它们独特的叫声、行为、生理指标等很容易对环境质量进行监控，较好地符合指示生物的一般标准。

1.3卤虫在生物毒性监测中的应用

卤虫是海水养殖中的商品化饵料，来源稳定且易于在室内繁殖。卤虫应用于环境监测有如下优点：卤虫休眠卵可随时孵化，卤虫在肠道形成后的幼体对毒性敏感，孵化后最初几天的发育很快、发育阶段明显，不同发育阶段的形态指标易于观察。美国国家环保局把它列为排污的毒性试验生物。国内也有一些有关应用卤虫进行农药、废水等监测的报道。卤虫幼体对油田生产水的样品的毒性较为敏感，能区分出不同油田生产水样品的毒性浓度差异。油田生产水对卤虫幼体具有急性性毒性，且不同来源的生产水毒性存在差异，卤虫身长值和发育龄期的变化与油田生产水浓度的升高呈负相关[5]。

1.4鸟类在湿地生态系统监测中的应用

鸟类尤其是水鸟是湿地特有的高等生物类群。在中国，湿地鸟类共有15科160多种，和其它湿地脊椎动物相比有着明显的优势[6]。鸟类处于湿地生态系统食物链顶端，与人类所处的营养级最接近，因此鸟类作为指示生物对人类所面临的环境风险更有参考价值。

1.4.1鸟类在湿地水环境监测中的应用

湿地水位高低与水鸟的分布和种类组成相关。在鸟类繁殖期，水位的变化频率和强度可以在水鸟的繁殖成功率上得以体现，尤其是地面营巢的鸟类。虽然鸟类对湿地涨水和干涸有一定的耐受性，但是大量频繁的水淹会导致鸟类繁殖成功率急剧下降。鸟类繁殖成功率以及鸟类群落的组成和结构可作为湿地水位变化频率和强度的指标。

1.4.2鸟类在湿地典型污染物评价中的应用

重金属、有机杀虫剂等典型污染物质，由于其难降解性，可通过食物链在生物体内富集。富集的污染物在生物体内很容易被检测到，因而便于湿地环境污染的监测与评价。湿地鸟类是高级消费者，因此从环境中获取物质相对更多，"速率"更快，所以受到环境中污染物质的影响更为明显[7]。对南极不同种海鸟卵的研究显示，有机氯积累水平的差异取决于不同鸟种的生态习性，如活动范围、迁徙距离、觅食习性以及巢址选择等，最主要的是海鸟在海洋生态食物链中的位置，及其食谱的宽窄[8]。

1.5蚯蚓在土壤环境监测中的应用

蚯蚓喜潮湿的土壤环境，可利用皮肤呼吸，在氧分压低于21533kPa时也能维持正常呼吸，在暂时缺氧条件下利用体内糖元的嫌气进行分解，为生命活动提供能源，对环境变化具有较强的适应能力[9]。近年来，随着环境污染问题愈加恶化，环境工作者依据蚯蚓的自然生态功能，有意识地将它们应用到环境污染治理中，并已初步显示出其广阔的发展前景[10]。

蚯蚓的种群密度调查和群落结构分析可用于对污染土壤的生态功能进行动态指示，包括群落的结构与组成、物种的多样性与丰度、种群的生物量、成P幼蚓比率等。目前已有多种用于蚯蚓野外调查的采样技术与方法，除传统的手拣法外，国际标准化组织还推荐了福尔马林、芥子毒气和电击提取等方法。利用蚯蚓种群密度评价土壤污染的长期效应较为复杂，其结果受到多种生物和非生物因素的影响，波动性很大。要在种群水平上实现对污染土壤的监测与评价，还需要探索和积累更多有关布点策略、采样技术、鉴定方法、监测周期等基本知识，在弄清蚯蚓的物种分布特征、生活史和生活习性、发生世代、繁殖规律、响应机理等的基础上，通过构建合理的评价模型，不断验证和优化评价参数，才能最终实现在种群水平上对特定污染场地进行准确的监测与评价。

1.6土壤原生动物在环境监测中的应用

土壤原生动物具有丰富的种类多样性以及巨大的生物量，它们既参与了微生物所介导的物质循环和能量转化，也参与了动物对微生物的捕食作用，因此在土壤生态系统中具有十分重要的地位。作为指示生物，原生动物的优点可概括为：①原生动物没有保护性细胞壁，具有精巧纤薄的细胞膜，这使得这些赤裸裸的单细胞生物能直接暴露在水膜中，与周围环境或污染物相接触；②原生动物个体微小，许多种类生活周期仅几个小时，可在24h内得到结果，比其他任何真核生物监测系统更迅速；③原生动物的生理特征和细胞结构类似高等动物体，与原核生物相比它们对环境的反应更具有说服力；④原生动物可在极端环境条件下生存，对研究极端环境具有重要价值[11]。

土壤原生动物是农药污染的敏感指示生物，对评价农药（如杀虫剂、杀真菌剂和除草剂等）污染方面起到重要作用。土壤原生动物作为污染指示生物，对土壤中残留的有机污染物、农药以及重金属等的污染诊断有广泛的应用前景。

2植物在环境监测中的应用

2.1植物在环境监测中的应用

植物监测就是利用灵敏植物对环境变化的反应来监测污染的状况。不同的植物对同一污染物可以做出不同症状的反应，同一种植物也可以对不同污染物做出不同的症状反应。根据植物的不同反应症状，即能发现污染问题，判断污染强度和类型，估测大气中的污染物及其浓度，它是测定大气污染的可靠依据[12]。

2.1.1大气污染监测

不同的污染物质和浓度所产生的症状及程度各不相同，同种植物对不同污染物的反应也不一样。污染物对植物内部生理代谢活动产生影响，如使蒸腾率下降、呼吸作用加强、叶绿素含量减少、光合作用强度下降；进一步影响植物的生长发育，使生长量减少、植物矮化、叶面积变小、叶片早落及落花落果等。且植物吸收污染物后，内部某些成分的含量也会发生变化。因此，根据植物对环境污染的生物反应可以检测环境的污染状况[13]。

2.1.2水污染的生物监测

生物与它们生存的环境是相互依存、相互影响的统一体。水体受到污染后，必然对其中生存的生物在各个方面产生影响，生物也对此作出其不同的反应和变化。藻类种类繁多，分布广泛，可以生存在不同类型的水体，以及水体的不同生境之中。这是藻类可作为水质监测生物的重要条件。在水体污染的情况下，不仅水的物理化学性质会有所变化，而且水中的生物种类组成和数量及特征也会发生变化，因此水中生物的组成及种类变化可以用来监测水体健康状况[14]。

3微生物在环境监测中的应用

微生物监测是利用微生物资源对环境污染或变化所发生的反应，阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据[15]。

目前研究较多的是应用核酸探针、聚合酶链式反应技术（PCR技术）、生物传感器等生物高技术进行境检测。近年来，国内外有关核酸探针、PCR技术用于细菌、病毒检测的报道日益增多。非放射性核酸探针的灵敏度和特异性基本上达到了放射性同位素标记探针的水平，使核酸杂交技术检测各种微生物更为安全、方便、快速。国外已利用核酸探针来检测水环境中的致病菌，如大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌、耶尔森氏菌等腹泻性致病菌。核酸探针也可用于检测乙肝病毒、爱滋病病毒等病毒。PCR技术适用于目前尚不能培养的微生物检测，可用于土壤、沉积物、水样等环境标本的细胞检测。PCR技术检测环境水样中的肠道细菌和大肠埃尔氏菌灵敏度高，100mL水样中有一个指示菌也可检出，且检测时间短，几个小时内即可完成。随着技术的完善及成本的降低，今后核酸探针和PCR技术可能发展为一种快速可靠并可能代替常规水质微生物检验的方法。生物传感器在环境检测上的研究发展也很快，已达到应用水平。生物传感器是以酶、微生物、抗原或抗体等具有生物活性的生物材料作分子识别元件，将外界对其理化性质的影响转化成电磁信号，用于快速、精确、简便地检测特定污染物。目前已见报道的有用于水质监测的BOD传感器、硝酸盐微生物传感器、酚类及阴离子表面活性剂传感器和水体富氧化监测传感器，有利于大气和废气监测的亚硫酸、亚硝酸盐、氨、甲烷及CO2微生物传感器等。例如Karube等将丝胞酵母固定在直径为14mm的多孔膜上，再将该膜置于氧电极的Teflon膜上，使得固定菌夹在两膜之间，制成测定BOD的微生物传感器，传感器响应时间取决于样品类型，对乙酸溶液为8min，对葡萄糖溶液18min。而传统方法测定BOD通常需要5d[16]。

4展望

生物监测包括水、土壤和大气污染监测3部分，对于不同的环境介质，生物监测所侧重的方法就不同。生物监测具有实效性、综合性和敏感性等特点，在环境管理日趋法制化、科学化和定量化的今天，能反映整个时期环境因素改变的情况，以及各环境因素变化的协同和拮抗作用的结果。但生物监测所应用到的生物物种会因其生长环境只能做特定的监测，具有局限性，监测所得的数据精确度底，且有些应用还只是处于研究阶段，不能作为监测治理的依据。相信随着研究的深入与完善，努力拓展生物监测应用的范围以满足时代的要求，不久的将来生物监测会给环境监测带来更多更好的成果和解决的方法。

参考文献

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收稿日期：2014-3-5作者简介：沈娟（1979-），女，江苏苏州，苏州中咨工程咨询有限公司项目经理，硕士，水处理工程.