陳玉芳(大興安嶺地區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，黑龍江加格達奇 165000)

生物技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

陳玉芳
(大興安嶺地區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，黑龍江加格達奇 165000)

通過介紹微生物監(jiān)測技術的出現(xiàn)、應用及當前利用的主要方式，探討微生物在環(huán)境監(jiān)測方面，主要包括探究生態(tài)監(jiān)測技術，維持現(xiàn)行生物技術，開發(fā)新的生物能源，監(jiān)測儀器向組合化發(fā)展，從環(huán)境監(jiān)測到環(huán)境預防，發(fā)展完善生物環(huán)境保護技術等幾方面。

生物技術；環(huán)境監(jiān)測 ；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

環(huán)境污染問題日益加劇，采用合理有效的監(jiān)測方法刻不容緩。隨著科學的進步，人類同呼吸，共命運，環(huán)境問題已經(jīng)成為全球化問題，環(huán)境問題的全球化促使各國聯(lián)合起來研究更為有效的環(huán)境監(jiān)測方法。水污染導致魚蝦大量死亡，居民用水緊張，而水是人生命中不可或缺的物質(zhì)，沒有水就無法生存。環(huán)境污染、大氣污染導致居民肺部疾病發(fā)生率顯著增長。霧霾、PM2.5等都嚴重威脅人類健康，特別是剛出生的嬰兒，肺部發(fā)育尚不健全，極易受到空氣污染的干擾；土壤污染導致農(nóng)作物大量減產(chǎn)，不僅無法保證居民的溫飽問題，而且不利于經(jīng)濟的發(fā)展，導致國家經(jīng)濟頹廢，無法向前發(fā)展，因此，環(huán)境問題是一個世界性、全球性的問題。如何開發(fā)便捷、高效的環(huán)境監(jiān)測方法，為環(huán)境保護提供技術依據(jù)，成為環(huán)境監(jiān)測工作者追求的目標。

微生物監(jiān)測是利用微生物資源對環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應，闡明環(huán)境污染狀況，從生物學角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。環(huán)境微生物技術是利用微生物來提高環(huán)境質(zhì)量的技術，其內(nèi)容不僅包括防止污染物進入環(huán)境，修復被污染的環(huán)境和使廢物資源化，還包括環(huán)境的微生物監(jiān)測和控制技術，其快速便捷，可綜合反映出環(huán)境污染的真實狀況。

1 環(huán)境監(jiān)測在生物技術上的應用現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境監(jiān)測在生物技術上的應用背景

1.1.1 微生物處理污水技術

19世紀末，微生物進行污水處理，并取得了階段性勝利，從此，生物技術處理環(huán)境問題開始發(fā)展起來。生物技術所采取的生物凈化措施確實發(fā)揮了極好的作用。生物技術是通過微生物工程、細胞工程、酶工程以及基因工程進行環(huán)境生物處理。而微生物處理污水技術，是利用微生物，對動植物體、對物質(zhì)原料進行生產(chǎn)加工，以達到凈化環(huán)境的作用。

1.1.2 生物凈化

生物凈化是通過微生物工程或細胞工程降解和破壞污染物的分子結構，利用微生物工程技術原理，可對重金屬、塑料薄膜等垃圾進行分解，吸附重金屬中的有害物質(zhì)，消除重金屬污染，還可提出貴重金屬［1-3］。

1.2 生物監(jiān)測水污染

水污染的指示生物有浮游生物（原生動物、藻類）、魚類、微生物等，通過監(jiān)測這些生物體內(nèi)的污染物含量，來判斷水環(huán)境污染指數(shù)。根據(jù)河流長度，設置上、中、下游各個斷面，采樣地點視水寬、水深等來確定。對湖泊入湖區(qū)、中心區(qū)、清潔區(qū)設置監(jiān)測斷面，監(jiān)測水生物體內(nèi)污染物含量［4，5］。目前，在我國，用于水環(huán)境監(jiān)測的生物主要有斑馬魚和發(fā)光菌等。斑馬魚用于水環(huán)境污染監(jiān)測時間較長，可以對急性毒性、慢性毒性及突變性進行監(jiān)測，特別是對慢性毒性的監(jiān)測效果較好，污染物的相關毒性在斑馬魚身上有較好的表現(xiàn)［6，7］。發(fā)光菌法是目前發(fā)展較好的微生物監(jiān)測方法，利用發(fā)光的微生物菌種對水質(zhì)的生物毒性進行監(jiān)測，特別是對急性生物毒性，發(fā)光菌遇到強毒性廢水，光亮急劇減弱或消失。但發(fā)光菌菌種較貴，再加上運輸途中需要冷凍保溫，限制了其大規(guī)模的推廣和應用［8-10］。

1.3 生物監(jiān)測空氣污染

1.3.1 利用植物監(jiān)測

各類污染物質(zhì)都有其代表植物，二氧化硫指示植物有白楊、云杉、地衣等，乙烯的指示植物有番茄、黃瓜等，監(jiān)測方法是將污染物指示植物以盆栽的形式放置在空氣中，一段時間后觀察植物葉面，查看枯黃情況與程度，得出污染物受害癥狀及程度。但是，植物用于環(huán)境監(jiān)測主要表現(xiàn)為長期、累積性污染，如植物對于重金屬的吸附和積累、有機物致使植物發(fā)生基因突變或抑制其生長，特別是對重金屬的積累評價，可得出長期的污染效應，但對于突發(fā)性污染表現(xiàn)效果不佳。

1.3.2 動物監(jiān)測

最簡單直接的方法就是通過觀察動物種群遷徙情況來判斷空氣污染情況。比如，大型鳥類、昆蟲大量遷徙是因為不堪忍受空氣污染，需要尋找適合自己棲息的環(huán)境。同時，生態(tài)環(huán)境的變化，也會導致動物發(fā)生遷徙行為，遷出自己原有的棲息地，特別是大量物種的遷徙，需要引起警惕。

2 生物用于環(huán)境監(jiān)測存在的問題

目前，我國已廣泛應用生物技術對環(huán)境污染進行監(jiān)測，如常規(guī)的糞大腸菌群監(jiān)測、細菌總數(shù)監(jiān)測、底棲生物監(jiān)測、浮游藻類監(jiān)測等，技術相對成熟。但對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的評價技術方法相對欠缺，不能很好的利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對相關污染情況進行評價。同時，我國利用生物對環(huán)境污染開展監(jiān)測技術仍處于較低技術水平，DNA技術，發(fā)光菌技術等先進技術開展較少，僅限于水平較高的一級站及相關科研單位。在人員方面，生物監(jiān)測技術要求技術人員具有較高理論和操作水平；在成本方面，生物監(jiān)測相對于傳統(tǒng)理化檢測，且監(jiān)測成本較大，對于規(guī)模較小的縣市級三級站，運行成本較高，不利于大規(guī)模開展。

3 環(huán)境監(jiān)測發(fā)展趨勢

3.1 探究生態(tài)監(jiān)測技術

探討最合適有效的環(huán)境監(jiān)測方法。環(huán)境監(jiān)測包括化學監(jiān)測、物理監(jiān)測、生物監(jiān)測及生態(tài)監(jiān)測，不同環(huán)境問題應運用不同的監(jiān)測方法，以達到最佳目的。生物技術監(jiān)測采用的是微生物工程、細胞工程等進行監(jiān)測，監(jiān)測費用不高，且可以達到效果，還可以分解產(chǎn)生其他有利產(chǎn)物，是現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測方法中較為適用的一項監(jiān)測方法。如利用著生藻類和底棲生物對水質(zhì)進行評價。藻類和底棲生物均具有一定的耐污能力，利用其耐污能力轉化為耐污指數(shù)，結合理化指標進行綜合評價，可以得到較好的水環(huán)境質(zhì)量評價效果［11-14］。目前，著生藻類的應用已經(jīng)較為廣泛，但由于技術水平的差異，大面積推廣還存在較大困難。

3.2 維持現(xiàn)行生物技術

維持現(xiàn)行生物技術是當前的目標，隨著科技的進步，實現(xiàn)該目標的可能性隨之提高?，F(xiàn)行生物技術包含微生物工程、細胞工程、酶工程、基因工程。這多項工程已被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測領域，且作用突出。利用微生物工程技術對土壤中重金屬的吸附作用，吸附重金屬中的金、銀、汞等物質(zhì)，消除重金屬的污染，提取重金屬中的貴重金屬；微生物治理水源污染，對水源進行凈化；微生物處理農(nóng)用塑料薄膜、白色垃圾作用顯著；微生物農(nóng)藥代替?zhèn)鹘y(tǒng)不易分解的化學農(nóng)藥，不僅保護環(huán)境，保護土壤，而且有利于居民的身心健康。

3.3 開發(fā)新的生物能源

現(xiàn)行的生物能源或許不能滿足日益加劇的環(huán)境問題，在新的環(huán)境問題出現(xiàn)前，各個國家應該站在一起，共同應對，共同研究新的能源，以解決環(huán)境問題。微生物技術在環(huán)境問題上運用繁多，在研究環(huán)境問題時，應有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛，在研究中多問幾個為什么，多做試驗，只有經(jīng)過長期不斷的努力，研究才能最終達到預期目的。比如，開發(fā)分子生物技術，也就是以重組DNA的方式解決環(huán)境問題。利用DNA技術，分析環(huán)境功能對生物的影響，可以直接反應出污染對生物體產(chǎn)生的影響及作用，且較為直觀［15］。

3.4 監(jiān)測儀器向組合化發(fā)展

生物技術不是萬能的，只是在環(huán)境監(jiān)測和解決環(huán)境問題方面效果比較顯著而已。生物技術運用較為廣泛，但也不能涵蓋方方面面，因此，在著重發(fā)展生物技術的前提下，要發(fā)展其他技術?？梢允够瘜W技術、物理科學技術、3S技術等協(xié)調(diào)配合，共同發(fā)揮作用，合力解決環(huán)境監(jiān)測問題。

既然在環(huán)境監(jiān)測時，生物技術與化學物理等技術相結合，因此，在技術層面也要相互配合，技術上涉及科研人員的分配、測試儀器的相互配合，組合發(fā)展，有利于提高環(huán)境監(jiān)測準確率。

3.5 從環(huán)境監(jiān)測到環(huán)境預防

利用生物技術對環(huán)境進行監(jiān)測和治理，解決大都是較明顯的環(huán)境問題，一旦環(huán)境極度惡化，生物技術及其他技術的作用會逐漸減弱。治理污染告一段落后，科研人員應及時總結思考，環(huán)境問題能否預防？環(huán)境治理是重預防還是等到問題出現(xiàn)、惡化后再采用生物技術解決？技術發(fā)展到一定階段，要提升技術的發(fā)展空間，使其發(fā)揮更大的作用。從治理污染到環(huán)境問題的預防，這是個艱辛的過程。但隨著科技的進步，環(huán)境保護的方式會逐漸準變?yōu)橐灶A防為主，主力為輔，將環(huán)境污染扼殺在萌芽狀態(tài)。

3.6 發(fā)展完善生物環(huán)境保護技術

環(huán)境污染從治理到預防，都離不開生物技術，未來生物技術對環(huán)境保護將發(fā)揮不可替代的作用。環(huán)境保護的方法較多，針對不同的環(huán)境問題，要實行不同的保護方法。針對化學農(nóng)藥問題，可以開發(fā)微生物等生物農(nóng)藥，或低殘留、化學物質(zhì)含量少的農(nóng)藥；針對大氣污染問題，要從源頭解決，工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，要先通過生物技術對污染物質(zhì)進行吸附、降解再排入空氣中；針對汽車尾氣排放，要從汽車的零件著手，安裝尾氣凈化設備，使尾氣經(jīng)過凈化后再排入空氣中。

4 結語

目前，環(huán)境監(jiān)測的常規(guī)方法已較為成熟，如何開發(fā)快速、便捷的環(huán)境監(jiān)測方法，將生物監(jiān)測技術應用的日常的環(huán)境監(jiān)測中，是需要科技工作者不斷探索和開發(fā)的?？萍脊ぷ髡咭粩嗯Γ股锉O(jiān)測技術早日應用到環(huán)境監(jiān)測中，與理化指標相結合，全面真實地反應環(huán)境質(zhì)量狀況。

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Biotechnology Application Status and Development Trend in Environmental Monitoring

CHEN Yu-fang
(Da Hinggan Mountains area Environmental Monitoring Stations,Heilongjiang Jiagedaqi 165000)

The emergence and application status of microbiological monitoring techniques, the main way the current utilization. Discusses trends in environmental monitoring of microorganisms, including the separate use of microbial monitoring and microbiological monitoring and analysis methods and instruments, the combination of routine testing, the use of animals, plants and micro-organisms trends environmental monitoring.

Biotechnology; Environmental monitoring; Current situation;Trends

X832

A

2096-0387（2015）01-0068-03

陳玉芳（1967-），女，黑龍江大興安嶺人，學士，高級工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測。