李迎迎
(徐州市新沂環(huán)境監(jiān)測(cè)站,江蘇 新沂 221400)
伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,科技發(fā)展速度也相對(duì)較快,人們的生活水平隨之不斷提高,人們愈發(fā)重視自身的身體健康,但同時(shí),生態(tài)環(huán)境也遭受到了較為嚴(yán)重的破壞。水環(huán)境中污染物逐漸增多,對(duì)水質(zhì)的影響越來(lái)越嚴(yán)重。如今,生物監(jiān)測(cè)技術(shù)與之前相比已經(jīng)有了很大的進(jìn)步,可有效監(jiān)測(cè)各類(lèi)環(huán)境,找出影響環(huán)境整體質(zhì)量的多種要素。為了有效地發(fā)揮出水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的作用,監(jiān)測(cè)人員將該技術(shù)運(yùn)用到水環(huán)境監(jiān)測(cè)中,可有效探測(cè)出不同生物體受污染程度,幫助相關(guān)部門(mén)更好地制定出改善水環(huán)境質(zhì)量的有效對(duì)策。
生物體自身與其生存的客觀環(huán)境是密切相關(guān)的,它們彼此互相影響,相互制約,相互依存。當(dāng)某種污染物進(jìn)入到生物賴(lài)以生存的客觀環(huán)境中,被這些生物細(xì)胞所吸收進(jìn)而在生物體內(nèi)發(fā)生一系列遷移、聚集、繁殖等新陳代謝過(guò)程。生物體隨之受到污染,出現(xiàn)一些相應(yīng)疾病的癥狀。生物敏感性監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)其實(shí)就是人們利用某些生物對(duì)各種污染物成分或環(huán)境變化過(guò)程中所產(chǎn)生的一系列敏感性生理反應(yīng),對(duì)環(huán)境污染程度進(jìn)行判斷的另外一種醫(yī)學(xué)方法。舉例來(lái)說(shuō),水環(huán)境長(zhǎng)期受到嚴(yán)重污染、侵襲時(shí),生活棲息在水域中的許多魚(yú)類(lèi)生物的反應(yīng)是十分的敏感的,其呼吸頻率強(qiáng)弱變化很明顯,當(dāng)某些污染物累積達(dá)到或超過(guò)一定限制濃度時(shí),魚(yú)類(lèi)生物就會(huì)逐漸出現(xiàn)缺氧中毒,甚至死亡的現(xiàn)象。這時(shí),我們可以進(jìn)一步通過(guò)觀察魚(yú)類(lèi)鰓的變化,來(lái)分析判斷其受外來(lái)污染物影響前后呼吸運(yùn)動(dòng)頻率的變化特征,以分析判斷這些污染物釋放的生物毒性。
在水環(huán)境中存在不同種類(lèi)的生物體,如微生物類(lèi)、藻類(lèi)與魚(yú)類(lèi)等。水環(huán)境與水生物帶有極強(qiáng)的依附性,若水環(huán)境發(fā)生改變,會(huì)對(duì)水生物的生存空間產(chǎn)生極大影響。在水環(huán)境遭受污染后,生物在吸收此類(lèi)污染物質(zhì)后又以食物鏈的形式間接傳染給人類(lèi),給人體健康帶來(lái)較大威脅。為此,相關(guān)人員要重視生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,應(yīng)利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)快速分析與監(jiān)測(cè)水生物的具體變化,并準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水生物體內(nèi)的污染物種類(lèi)與污染程度,該類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性較高。從目前的實(shí)際情況來(lái)看,運(yùn)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可精準(zhǔn)反映出水環(huán)境內(nèi)每項(xiàng)污染物的實(shí)際情況和發(fā)展趨勢(shì),且具有投入成本低、反應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì),在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中,相關(guān)人員需對(duì)該環(huán)境下的污染物濃度進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)值計(jì)算,并結(jié)合監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)找出不同污染物給環(huán)境造成的影響[1-2]。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,如今的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題已經(jīng)不能和之前同日而語(yǔ)。雖然生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,但是目前來(lái)看其自身還存在較多的問(wèn)題亟待改善,這些問(wèn)題也使得生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用受到一定的限制。
雖然生物監(jiān)測(cè)能夠充分反映出區(qū)域環(huán)境問(wèn)題以及水資源問(wèn)題,但是由于其自身的特點(diǎn)與性質(zhì),導(dǎo)致它在使用的過(guò)程中會(huì)受到自身和技術(shù)方面的限制,甚至如今的生物監(jiān)測(cè)方法仍然不統(tǒng)一,使得生物監(jiān)測(cè)在當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用受到一定的影響,只能當(dāng)做引導(dǎo)性的監(jiān)測(cè)方法。從目前針對(duì)生物群落的監(jiān)測(cè)來(lái)看,它沒(méi)有對(duì)范圍和量化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確的規(guī)定,雖然一些先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系,但是由于生物分布不夠穩(wěn)定,同時(shí)還會(huì)受到一些其他因素的影響,使得評(píng)價(jià)僅在一些固定的區(qū)域有效果。盡管生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)ξ廴疚餄舛茸鞒龇磻?yīng),準(zhǔn)確獲得一些污染數(shù)據(jù)和信息,但是由于一些其他因素的影響以及自身的特性,使得其在使用中還存在較多的問(wèn)題,不能將其自身的優(yōu)勢(shì)全部發(fā)揮出來(lái)。
復(fù)雜性是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的明顯特點(diǎn),而且生態(tài)系統(tǒng)中的同種生物在不同環(huán)境及不同區(qū)域都會(huì)受到不同的影響,它們對(duì)于污染物的承受能力也有所不同,在不同的時(shí)間以及生物的各個(gè)生長(zhǎng)階段會(huì)形成不同的反應(yīng)。相關(guān)工作人員應(yīng)深刻了解生物監(jiān)測(cè)技術(shù)復(fù)雜性的特點(diǎn),并根據(jù)這種特點(diǎn)合理地將其有效運(yùn)用在當(dāng)前的環(huán)境監(jiān)測(cè)中,并提出科學(xué)的生物監(jiān)測(cè)方案。相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查,同時(shí)還要分析不同區(qū)域的生物動(dòng)態(tài),明確生物自身所處的生長(zhǎng)階段。生物監(jiān)測(cè)過(guò)程中所獲取的大量數(shù)據(jù)和信息,是保證數(shù)據(jù)有效性和可靠性的前提。
生物監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠幫助我們縮小污染區(qū)域與范圍。環(huán)境對(duì)于生物的成長(zhǎng)有一定的銜接性,環(huán)境污染是具有隱蔽性的,在短期內(nèi)很難發(fā)現(xiàn),而且污染物具有持久性、復(fù)雜性等特點(diǎn),只依靠簡(jiǎn)單的技術(shù)很難對(duì)污染物進(jìn)行細(xì)節(jié)分析。生物監(jiān)測(cè)需要長(zhǎng)期運(yùn)用才有效果,生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在使用過(guò)程中結(jié)合其他監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用效果更加理想,但就目前的實(shí)際情況看,并沒(méi)有將這一工作有效落實(shí),缺少對(duì)區(qū)域環(huán)境的整體評(píng)價(jià),沒(méi)有對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行有效的應(yīng)用[3]。
4.1.1 聚合酶鏈反應(yīng)
聚合酶鏈反應(yīng)作為微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中的一種,在采用聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)時(shí),其能夠解決傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)問(wèn)題,具體可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:首先,相關(guān)人員應(yīng)借助高溫條件將水環(huán)境中的DNA進(jìn)行適時(shí)整合,將其轉(zhuǎn)化為單鏈形式,在該類(lèi)溫度中單鏈與聚合酶鏈反應(yīng)會(huì)形成互補(bǔ)配對(duì)。其次,工作人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整溫度,將水環(huán)境中的溫度轉(zhuǎn)化成與聚合酶鏈反應(yīng)、DNA相適應(yīng)的溫度,DNA內(nèi)部的聚合酶會(huì)根據(jù)磷酸到五碳糖的方位來(lái)完成互補(bǔ),繼而生成一套互補(bǔ)鏈。最后,完成聚合酶的提煉工作。將該類(lèi)物質(zhì)放置到聚合酶鏈反應(yīng)中,可適時(shí)觀測(cè)到不同微生物體內(nèi)的污染物類(lèi)型,該類(lèi)方式的關(guān)鍵性?xún)?nèi)容為溫度管控。在實(shí)際應(yīng)用聚合酶鏈反應(yīng)的過(guò)程中,監(jiān)測(cè)人員應(yīng)利用重復(fù)性控制、溫度變性控制來(lái)有效控制微生物合成的DNA,從而有效完成微生物污染的監(jiān)測(cè)工作。
4.1.2 生物傳感技術(shù)
在實(shí)驗(yàn)室利用生物傳感技術(shù)試驗(yàn)期間,工作人員要熟練運(yùn)用對(duì)某種生物物質(zhì)變化高度敏感的便攜式測(cè)試計(jì)量?jī)x器,快速將在微生物樣本體內(nèi)發(fā)生的藥物濃度值轉(zhuǎn)化輸出為生物電信號(hào),該測(cè)試技術(shù)采用的測(cè)試核心設(shè)備皆為高精度生物傳感器。在一組正常功能的生物傳感器陣列內(nèi),其所主要配備的功能識(shí)別類(lèi)元件為信號(hào)采集放大轉(zhuǎn)換裝置、性能檢測(cè)識(shí)別類(lèi)元件與物理化特性換能器組等,各項(xiàng)裝置具備的功能元件皆同時(shí)具有微生物自動(dòng)監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)換信息與實(shí)時(shí)接收有關(guān)生物變化信號(hào)的能力,此類(lèi)微生物傳感器一般可長(zhǎng)期固定在某特定微生物功能器官結(jié)構(gòu)中,進(jìn)而有效增強(qiáng)其整體靈敏度,有效完成對(duì)微生物的監(jiān)測(cè),并獲得適宜的監(jiān)測(cè)效果。生物傳感技術(shù)能適時(shí)簡(jiǎn)化污染監(jiān)測(cè)中的多項(xiàng)步驟,切實(shí)保證了水環(huán)境污染的治理效果得到高效改善。一般來(lái)講,在應(yīng)用生物傳感技術(shù)的過(guò)程中,參與測(cè)試的人員應(yīng)明確監(jiān)測(cè)原則,也就是建立敏感反應(yīng)機(jī)制,找出生物敏感材料的制備方法,在進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)到電流的轉(zhuǎn)化時(shí),需利用性能較佳的信號(hào)處理電路,從而有效提升分子識(shí)別效果,增強(qiáng)微生物監(jiān)測(cè)水平[4]。
4.2.1 發(fā)光細(xì)菌的種類(lèi)
發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)也是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中的一種。發(fā)光細(xì)菌為在正常的水環(huán)境條件中體內(nèi)帶有熒光性質(zhì)的細(xì)菌,在海洋環(huán)境中該類(lèi)細(xì)菌的分布較廣泛。發(fā)光細(xì)菌的主要名稱(chēng)為革蘭氏陰性類(lèi)細(xì)菌,其具有極強(qiáng)的厭氧性,在其端部有著若干鞭毛,不存在孢子與莢膜,此類(lèi)細(xì)菌內(nèi)部的霍亂弧菌與青?;【紝儆诎l(fā)光細(xì)菌。相關(guān)人員需借助發(fā)光試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)此類(lèi)細(xì)菌。具體來(lái)說(shuō),在開(kāi)展實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí),相關(guān)人員需將溫度調(diào)整到與該類(lèi)細(xì)菌相適應(yīng)的條件,從而保證發(fā)光細(xì)菌能夠積極發(fā)揮作用。
4.2.2 以發(fā)光細(xì)菌為主的監(jiān)測(cè)技術(shù)原理
在監(jiān)測(cè)發(fā)光細(xì)菌的過(guò)程中,相關(guān)人員應(yīng)找出該類(lèi)細(xì)菌監(jiān)測(cè)工作的發(fā)光機(jī)理,雖然目前發(fā)光細(xì)菌的種類(lèi)較多,但發(fā)光機(jī)理都是相同的,可減輕工作人員的監(jiān)測(cè)負(fù)擔(dān)。針對(duì)發(fā)光細(xì)菌內(nèi)的發(fā)光機(jī)理,其內(nèi)部的長(zhǎng)鏈脂肪醛與單核酸在進(jìn)行分子態(tài)氧化還原時(shí),會(huì)遭受細(xì)菌中熒光素酶的催化效應(yīng),在反應(yīng)過(guò)程中形成的能量會(huì)適時(shí)釋放出綠藍(lán)色光,此類(lèi)光并非為滲透反應(yīng)中出現(xiàn)的ATP或是以能量為基礎(chǔ)的質(zhì)子梯度,而是在反應(yīng)能量中出現(xiàn)的光,因此,利用該光的形態(tài)與顏色,監(jiān)測(cè)人員可精準(zhǔn)判斷發(fā)光細(xì)菌的類(lèi)型與具體特征,為此類(lèi)污染物質(zhì)的解決提供了有效途徑。
此外,在應(yīng)用發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)的過(guò)程中,若該技術(shù)遭遇有毒污染物,其發(fā)光強(qiáng)度會(huì)受到不同程度的抑制,其毒性大小、污染物成分與抑制的效果呈現(xiàn)負(fù)性相關(guān),相關(guān)污染物會(huì)借用發(fā)光反應(yīng)酶與發(fā)光代謝來(lái)形成抑制性關(guān)系,相關(guān)人員可借助發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)完成污染物的監(jiān)測(cè)工作。
在運(yùn)用生物行為反應(yīng)類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí),相關(guān)人員可依照不同生物的反應(yīng)行為來(lái)判定其內(nèi)部的水體污染,確認(rèn)污染物的污染濃度,并設(shè)置適宜的預(yù)警機(jī)制。一般來(lái)講,監(jiān)測(cè)人員在探測(cè)水體的污染程度時(shí)可適時(shí)評(píng)估該水環(huán)境中各類(lèi)生物的生理變化與反應(yīng)行為,常見(jiàn)的指示性生物為水蚤與魚(yú)類(lèi)。斑馬魚(yú)屬淡水魚(yú)的一種,其對(duì)水質(zhì)有較高的要求,也就是說(shuō)可將其當(dāng)作與水環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)的指示生物,將該魚(yú)類(lèi)當(dāng)作指示性生物后,監(jiān)測(cè)人員可運(yùn)用半靜態(tài)法來(lái)探究該水體中可能存有的有毒性物質(zhì),重金屬離子會(huì)對(duì)斑馬魚(yú)造成不同程度的損傷,表現(xiàn)在其體內(nèi)的過(guò)氧化氫酶與毒性,因而利用斑馬魚(yú)可適時(shí)探測(cè)出該水體的污染程度。相關(guān)人員在開(kāi)展指示生物的監(jiān)測(cè)時(shí)需保證持續(xù)性,即二十四小時(shí)不間斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè),精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)并分析其對(duì)應(yīng)的活動(dòng)路徑,從而使監(jiān)測(cè)工作變得更為精準(zhǔn)。在進(jìn)行正常的水環(huán)境監(jiān)測(cè)期間,若發(fā)現(xiàn)生物存有異常反應(yīng),除了要進(jìn)行及時(shí)記錄外,還要制定適宜的預(yù)警系統(tǒng),借用該系統(tǒng)來(lái)發(fā)出警告信號(hào)[5]。
在研究海洋生物體內(nèi)的污染時(shí),監(jiān)測(cè)人員應(yīng)找出適宜的指示生物,比如,在生物反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中利用高頻電磁感應(yīng)可精準(zhǔn)探測(cè)出水蚤與魚(yú)類(lèi)體內(nèi)的污染程度,而在使用兩棲動(dòng)物或底棲動(dòng)物類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí),可將多項(xiàng)指數(shù)看作指示類(lèi)生物,如多樣性群落指數(shù)、生物指數(shù)與腐殖質(zhì)指數(shù)等,該類(lèi)指數(shù)的變化會(huì)給水環(huán)境造成較大影響。比如,監(jiān)測(cè)人員為了解兩棲動(dòng)物體內(nèi)的污染物質(zhì),在應(yīng)用相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)選取了腐殖質(zhì)指數(shù),借助對(duì)該項(xiàng)指數(shù)的評(píng)價(jià)來(lái)了解當(dāng)前的水體環(huán)境。在提取腐殖質(zhì)指數(shù)的過(guò)程中,監(jiān)測(cè)人員利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)搭建起適宜的生物物體監(jiān)測(cè)平臺(tái),利用多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)找出不同生物體內(nèi)的腐殖質(zhì),再借用相關(guān)試驗(yàn)對(duì)該類(lèi)指數(shù)進(jìn)行評(píng)估,嚴(yán)格控制監(jiān)測(cè)過(guò)程中的各項(xiàng)環(huán)節(jié),避免相關(guān)環(huán)節(jié)的遺漏,利用該類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù),有效增強(qiáng)了評(píng)估指數(shù)的合理性、可靠性。此外,監(jiān)測(cè)人員還可利用生物活性來(lái)研究水環(huán)境中的污染狀況,借助不同類(lèi)型的傳感器技術(shù)完成生物體內(nèi)的探測(cè),通過(guò)對(duì)其體內(nèi)高分子的分析,提升水環(huán)境評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)度。
基因工程技術(shù)是指在環(huán)境污染處理中將相應(yīng)的基因進(jìn)行改良或重組,再對(duì)污染物進(jìn)行處理,它可以高效地提升微生物的降解能力,來(lái)降解一些污染物,再通過(guò)氧酶和雙氧酶對(duì)污染物進(jìn)行處理,對(duì)石油等污染物的處理具有較好的效果。基因工程技術(shù)利用DNA重組技術(shù)將基因轉(zhuǎn)入到受體植物體內(nèi),再利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)降解一些污物。該項(xiàng)技術(shù)具有極高的穩(wěn)定性,同時(shí)能夠改變污染物的調(diào)控方式,高效地加強(qiáng)污染物的代謝,提高污染物的分解效率,積極地發(fā)揮其自身的作用。
電泳是當(dāng)前核酸研究中比較常見(jiàn)的方法,同時(shí)也是基因工程比較常見(jiàn)的一項(xiàng)技術(shù)。電泳分離純化可以利用電場(chǎng)進(jìn)行銜接,從而將電離子與電性形成相反的電極移動(dòng),該現(xiàn)象被稱(chēng)之為電泳。在日常生活中,比較常見(jiàn)的電泳包括瓊脂凝膠電泳和聚丙烯酰胺電泳。其中單細(xì)胞電泳是利用生物學(xué)的變形條件形成整體結(jié)構(gòu)的改變,這樣使得解鏈形成不同的程度的連接,再通過(guò)分子標(biāo)記進(jìn)行全面檢測(cè)。如果運(yùn)用單細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)與修復(fù),則會(huì)出現(xiàn)一些其他的問(wèn)題。一般情況下該項(xiàng)技術(shù)可以運(yùn)用于微生物的處理,可以對(duì)自然環(huán)境情況進(jìn)行及時(shí)的分析,還可以針對(duì)一些廢水進(jìn)行處理,及時(shí)分析出生物的動(dòng)態(tài)情況以及種類(lèi)樣數(shù)。
生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中運(yùn)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。它能將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為信號(hào),再將信號(hào)傳遞給生物傳感器。它利用了生物學(xué)的各項(xiàng)原理,能夠更好地去識(shí)別監(jiān)測(cè)物體。它利用識(shí)別和感知對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行鑒別,并通過(guò)相應(yīng)的規(guī)律實(shí)現(xiàn)各部分的轉(zhuǎn)化,從而實(shí)現(xiàn)器件和裝置的調(diào)整。生物傳感器一般分為細(xì)胞膜傳感器、酶?jìng)鞲衅饕约凹?xì)胞傳感器等,其工作原理是通過(guò)微生物形成一種混合菌種的微生物電極。由于水中物質(zhì)降解代謝反應(yīng),導(dǎo)致水中的微生物內(nèi)外呼吸方式發(fā)生 變化,一般可以根據(jù)電流信號(hào)情況來(lái)進(jìn)行鑒別。生物傳感器還能鑒定一些金屬類(lèi)的污染物,利用檢測(cè)的方式對(duì)金屬情況作出分析,以此確保金屬的元素內(nèi)容。
綜上所述,我國(guó)一直踐行的是可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略,我國(guó)的每一位公民應(yīng)該認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的積極意義和重要作用,并積極加強(qiáng)對(duì)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與研究,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的改善與提高。