生物技术在环境监测中的应用现状及发展趋势

陈玉芳(大兴安岭地区环境监测站，黑龙江加格达奇 165000)

生物技术在环境监测中的应用现状及发展趋势

陈玉芳
(大兴安岭地区环境监测站，黑龙江加格达奇 165000)

通过介绍微生物监测技术的出现、应用及当前利用的主要方式，探讨微生物在环境监测方面，主要包括探究生态监测技术，维持现行生物技术，开发新的生物能源，监测仪器向组合化发展，从环境监测到环境预防，发展完善生物环境保护技术等几方面。

生物技术；环境监测 ；现状；发展趋势

环境污染问题日益加剧，采用合理有效的监测方法刻不容缓。随着科学的进步，人类同呼吸，共命运，环境问题已经成为全球化问题，环境问题的全球化促使各国联合起来研究更为有效的环境监测方法。水污染导致鱼虾大量死亡，居民用水紧张，而水是人生命中不可或缺的物质，没有水就无法生存。环境污染、大气污染导致居民肺部疾病发生率显著增长。雾霾、PM2.5等都严重威胁人类健康，特别是刚出生的婴儿，肺部发育尚不健全，极易受到空气污染的干扰；土壤污染导致农作物大量减产，不仅无法保证居民的温饱问题，而且不利于经济的发展，导致国家经济颓废，无法向前发展，因此，环境问题是一个世界性、全球性的问题。如何开发便捷、高效的环境监测方法，为环境保护提供技术依据，成为环境监测工作者追求的目标。

微生物监测是利用微生物资源对环境污染或变化所产生的反应，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。环境微生物技术是利用微生物来提高环境质量的技术，其内容不仅包括防止污染物进入环境，修复被污染的环境和使废物资源化，还包括环境的微生物监测和控制技术，其快速便捷，可综合反映出环境污染的真实状况。

1 环境监测在生物技术上的应用现状

1.1 环境监测在生物技术上的应用背景

1.1.1 微生物处理污水技术

19世纪末，微生物进行污水处理，并取得了阶段性胜利，从此，生物技术处理环境问题开始发展起来。生物技术所采取的生物净化措施确实发挥了极好的作用。生物技术是通过微生物工程、细胞工程、酶工程以及基因工程进行环境生物处理。而微生物处理污水技术，是利用微生物，对动植物体、对物质原料进行生产加工，以达到净化环境的作用。

1.1.2 生物净化

生物净化是通过微生物工程或细胞工程降解和破坏污染物的分子结构，利用微生物工程技术原理，可对重金属、塑料薄膜等垃圾进行分解，吸附重金属中的有害物质，消除重金属污染，还可提出贵重金属［1-3］。

1.2 生物监测水污染

水污染的指示生物有浮游生物（原生动物、藻类）、鱼类、微生物等，通过监测这些生物体内的污染物含量，来判断水环境污染指数。根据河流长度，设置上、中、下游各个断面，采样地点视水宽、水深等来确定。对湖泊入湖区、中心区、清洁区设置监测断面，监测水生物体内污染物含量［4，5］。目前，在我国，用于水环境监测的生物主要有斑马鱼和发光菌等。斑马鱼用于水环境污染监测时间较长，可以对急性毒性、慢性毒性及突变性进行监测，特别是对慢性毒性的监测效果较好，污染物的相关毒性在斑马鱼身上有较好的表现［6，7］。发光菌法是目前发展较好的微生物监测方法，利用发光的微生物菌种对水质的生物毒性进行监测，特别是对急性生物毒性，发光菌遇到强毒性废水，光亮急剧减弱或消失。但发光菌菌种较贵，再加上运输途中需要冷冻保温，限制了其大规模的推广和应用［8-10］。

1.3 生物监测空气污染

1.3.1 利用植物监测

各类污染物质都有其代表植物，二氧化硫指示植物有白杨、云杉、地衣等，乙烯的指示植物有番茄、黄瓜等，监测方法是将污染物指示植物以盆栽的形式放置在空气中，一段时间后观察植物叶面，查看枯黄情况与程度，得出污染物受害症状及程度。但是，植物用于环境监测主要表现为长期、累积性污染，如植物对于重金属的吸附和积累、有机物致使植物发生基因突变或抑制其生长，特别是对重金属的积累评价，可得出长期的污染效应，但对于突发性污染表现效果不佳。

1.3.2 动物监测

最简单直接的方法就是通过观察动物种群迁徙情况来判断空气污染情况。比如，大型鸟类、昆虫大量迁徙是因为不堪忍受空气污染，需要寻找适合自己栖息的环境。同时，生态环境的变化，也会导致动物发生迁徙行为，迁出自己原有的栖息地，特别是大量物种的迁徙，需要引起警惕。

2 生物用于环境监测存在的问题

目前，我国已广泛应用生物技术对环境污染进行监测，如常规的粪大肠菌群监测、细菌总数监测、底栖生物监测、浮游藻类监测等，技术相对成熟。但对于监测数据的评价技术方法相对欠缺，不能很好的利用监测数据对相关污染情况进行评价。同时，我国利用生物对环境污染开展监测技术仍处于较低技术水平，DNA技术，发光菌技术等先进技术开展较少，仅限于水平较高的一级站及相关科研单位。在人员方面，生物监测技术要求技术人员具有较高理论和操作水平；在成本方面，生物监测相对于传统理化检测，且监测成本较大，对于规模较小的县市级三级站，运行成本较高，不利于大规模开展。

3 环境监测发展趋势

3.1 探究生态监测技术

探讨最合适有效的环境监测方法。环境监测包括化学监测、物理监测、生物监测及生态监测，不同环境问题应运用不同的监测方法，以达到最佳目的。生物技术监测采用的是微生物工程、细胞工程等进行监测，监测费用不高，且可以达到效果，还可以分解产生其他有利产物，是现行环境监测方法中较为适用的一项监测方法。如利用着生藻类和底栖生物对水质进行评价。藻类和底栖生物均具有一定的耐污能力，利用其耐污能力转化为耐污指数，结合理化指标进行综合评价，可以得到较好的水环境质量评价效果［11-14］。目前，着生藻类的应用已经较为广泛，但由于技术水平的差异，大面积推广还存在较大困难。

3.2 维持现行生物技术

维持现行生物技术是当前的目标，随着科技的进步，实现该目标的可能性随之提高。现行生物技术包含微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程。这多项工程已被广泛应用于环境监测领域，且作用突出。利用微生物工程技术对土壤中重金属的吸附作用，吸附重金属中的金、银、汞等物质，消除重金属的污染，提取重金属中的贵重金属；微生物治理水源污染，对水源进行净化；微生物处理农用塑料薄膜、白色垃圾作用显著；微生物农药代替传统不易分解的化学农药，不仅保护环境，保护土壤，而且有利于居民的身心健康。

3.3 开发新的生物能源

现行的生物能源或许不能满足日益加剧的环境问题，在新的环境问题出现前，各个国家应该站在一起，共同应对，共同研究新的能源，以解决环境问题。微生物技术在环境问题上运用繁多，在研究环境问题时，应有一双善于发现的眼睛，在研究中多问几个为什么，多做试验，只有经过长期不断的努力，研究才能最终达到预期目的。比如，开发分子生物技术，也就是以重组DNA的方式解决环境问题。利用DNA技术，分析环境功能对生物的影响，可以直接反应出污染对生物体产生的影响及作用，且较为直观［15］。

3.4 监测仪器向组合化发展

生物技术不是万能的，只是在环境监测和解决环境问题方面效果比较显著而已。生物技术运用较为广泛，但也不能涵盖方方面面，因此，在着重发展生物技术的前提下，要发展其他技术。可以使化学技术、物理科学技术、3S技术等协调配合，共同发挥作用，合力解决环境监测问题。

既然在环境监测时，生物技术与化学物理等技术相结合，因此，在技术层面也要相互配合，技术上涉及科研人员的分配、测试仪器的相互配合，组合发展，有利于提高环境监测准确率。

3.5 从环境监测到环境预防

利用生物技术对环境进行监测和治理，解决大都是较明显的环境问题，一旦环境极度恶化，生物技术及其他技术的作用会逐渐减弱。治理污染告一段落后，科研人员应及时总结思考，环境问题能否预防？环境治理是重预防还是等到问题出现、恶化后再采用生物技术解决？技术发展到一定阶段，要提升技术的发展空间，使其发挥更大的作用。从治理污染到环境问题的预防，这是个艰辛的过程。但随着科技的进步，环境保护的方式会逐渐准变为以预防为主，主力为辅，将环境污染扼杀在萌芽状态。

3.6 发展完善生物环境保护技术

环境污染从治理到预防，都离不开生物技术，未来生物技术对环境保护将发挥不可替代的作用。环境保护的方法较多，针对不同的环境问题，要实行不同的保护方法。针对化学农药问题，可以开发微生物等生物农药，或低残留、化学物质含量少的农药；针对大气污染问题，要从源头解决，工厂生产过程中产生的污染物，要先通过生物技术对污染物质进行吸附、降解再排入空气中；针对汽车尾气排放，要从汽车的零件着手，安装尾气净化设备，使尾气经过净化后再排入空气中。

4 结语

目前，环境监测的常规方法已较为成熟，如何开发快速、便捷的环境监测方法，将生物监测技术应用的日常的环境监测中，是需要科技工作者不断探索和开发的。科技工作者要不断努力，使生物监测技术早日应用到环境监测中，与理化指标相结合，全面真实地反应环境质量状况。

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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

陈玉芳（1967-），女，黑龙江大兴安岭人，学士，高级工程师，研究方向：环境监测。