环境监测生物技术

摘 要：本文主要介绍了环境监测生物技术的各种方法,其中包括常规监测技术中微生物的应用,生物传感器、生物大分子标记物、微核技术及生物芯片技术在环境监测中的应用.

关 键 词：环境监测；生物传感器；生物大分子标记物；微核技术；生物芯片技术

中图分类号：X17文献标识码：A文章编号：1671-1297（2008）11-181-02

一、常规监测技术中微生物的应用

水体中的致病菌有可能引起各种传染病.因此,水质的细菌学检验对于保护人群健康具有重要意义.由于致病菌在水中存在的数量较少,直接监测比较困难,因此常选用间接指标即粪便污染的指示菌――大肠菌群作为代表.另外还有发光细菌法,污染物致突变的微生物监测,藻类与水质污染监测方式.

二、生物传感器

随着环境污染问题的日益严重,人们对能够连续、快速、在线监测污染物的仪器的需求也愈来愈迫切.生物传感器应运而生,它的出现使环境监测的连续化和自动化成为现实,并降低了环境监测的成本,其中酶传感器和免疫传感器在环境分析及环境检测等方面已经得到了广泛的应用.

(一)BOD微生物传感器检测仪(BODs)

生物化学需氧量(BOD)是环境监测工作中的一项重要指标,它表示水中污染物的综合污染程度.目前国内外普遍规定样品在20℃的温度中培养5d,分别测定培养前后的溶解氧,二者之差即为BOD5值,以氧的mg/L表示.但该方法操作较复杂,耗时长,且干扰因素多,结果准确度及重现性差,不能及时为环境管理和决策、科研、事故污染鉴定等提供科学依据,无法满足当前环境监测中快速测定的要求.因此,快速、准确测定水体中BOD一直是环境监测中的一大难题,而BOD微生物传感器检测仪就能满足这一要求,因此得到广泛应用.

(二)DNA生物传感器在环境污染监测中的应用

基于生物催化和免疫原理的生物传感器在环境领域中获得了广泛应用.近年来,随着分子生物学和生物技术的发展,人们开发了以核酸探针为识别元件,基于核酸相互作用原理的DNA生物传感器.该传感器可用于受感染微生物的核酸序列分析、优先控制污染物的检测以及污染物与DNA之间相互作用的研究,在环境污染监测中具有潜在的巨大应用前景.

(三)可检测化学制剂和生物制剂的生物传感器

美国田纳西大学（位于美国田纳西州诺克斯维尔）的研究人员利用由生物工程技术制成的、存在杂质时会发出蓝绿辉光的微生物,开发成功一种基于芯片的环境生物传感器样品.这种被称为生物发光型生物指示器IC（bioluminescentbioreporterIC,简称BBIC）的器件技术可在众多的应用（从航天器到反恐）中巧妙地检测出氨、锌等各类化学物质.

(四)光纤化学/生物传感技术

光纤技术与光谱分析技术的有机结合就构成了光纤传感技术.光纤传感技术突破了光谱分析的传统模式,光可由光纤直接导入样品,而样品不必放入光谱仪中就能进行测定.特别适用于环境污染物、生物药物,以及生产过程的原位、在线监测和对样品的无损测定.早在十几年前,人们就曾经预言：光纤传感技术的出现将不可避免地引起分析实验室及分析控制仪器的又一次革命.随着环境科学与生命科学的发展,对各种与人类生存环境密切相关的化学物质的测定和变化过程的监测,已显得特别突出和重要.由于FOC&BS具有实时、在线及远距离自动监测和对样品无损测定等特点,人们对它在海洋环境监测中的应用给予了较多的关注,特别是在溶解氧、pH、湿度和水质毒性等监测要素的应用中.

三、生物大分子标记物

生物大分子标记物是指生物体内的一些对外界环境变化敏感并能产生一些可检测变化的大分子物质,这些大分子物质能够反映环境变化对生物体的影响.随着社会对环境保护的日益重视和分子生物学技术的发展,将生物大分子标记物的检测应用到环境监测中已经成为一种趋势.生物大分子标记物检测由于其测定指标全面、准确、系统且具有特异性等优点,近十几年来作为污染物暴露和毒性效应的早期预警工具已被广泛应用于环境评价中.

核算分子标记物检测方法有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术及DNA芯片技术.

环境中的许多污染物能直接与生物体内的蛋白质发生反应从而对生物体产生影响,或者诱导(或抑制)生物体内一些基因的表达从而影响生物体内一些蛋白质的量.因此,生物体内的许多种蛋白都可以作为环境中有害物质暴露的生物标记物应用于环境监测中.

蛋白分子标记物检测方法有酶分子标记物检测、金属硫蛋白(Metallothionein,MT)的检测、热休克蛋白(HeatShockProtein,HSP)的检测及抗氧化剂防御系统的检测.

四、微核技术

随着工农业的快速发展,人类活动的加剧,以及错误的污染销毁办法,使得环境中有毒污染物的积累日益增加,这些污染物破坏了生态系统的平衡,并对人类的生存造成了极大的威胁.环境污染已经成为全球共同关注的一个热点问题.为了检测出已经存在或潜在的危害,各种环境污染监测技术应运而生.植物微核技术是根据遗传学上染色体畸变的原理而建立的一种环境污染的生物监测方法,在对大气、土壤、水环境中各种有毒污染物的遗传毒性检测方面得到了广泛应用.国内外大量的对比实验研究表明,该方法普遍适用于检测环境致突变物,已经成为环境污染监测的有效工具.

微核技术可用于监测大气污染,监测土壤污染,监测水污染,监测有机物污染,监测重金属污染,监测物理辐射污染.

五、生物芯片技术

微生物污染水源可导致多种疾病的爆发和流行,严重威胁着人类的健康.传统的细菌分离、培养鉴定技术,操作繁琐且耗时长,并且由于培养技术的局限使得一些微生物难以培养和检测,因此灵敏度很差；传统的一些分子生物学技术也存在着弊端,如免疫学方法和探针杂交技术存在特异性或敏感性的问题,常规PCR方法一次也只能检出一种微生物.由于生物芯片具快速、准确、无污染等优点,在水体微生物监测中越来越受到重视.生物芯片技术可用于控制水质、瞬时检测病原细菌、菌的基因表达水平及进行细菌检测和菌种鉴定.

结语

目前,中国的环境监测生物技术发展迅速,能用于诸多方面.但是在环保观念日益增强的今天,社会对环境评价的全面性和准确性的要求也日益增高,这就要求建立一个综合的、多手段的、多参数的环境监测体系以实现快速、高效、准确地对环境状况作出全面的评价.