光学显微镜在环境监测中的应用.doc

光学显微镜在环境监测中的应用 水源守护者 光学显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成，是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。在环境监测领域 中，其应用可谓非常广泛。很多高环境监测的接触显微镜的做一辈子可能也只是窥见其一角，现将我实践过的或者了解的光学显微镜在环境监测中的应用情况做一个简单的介绍，让大家对这个应用分支有一个感性的认识。一、细菌、霉菌检测 细菌检测如水中总大肠菌群检测是环境监测中的常规检测项目。其复发酵后有一个革兰氏染色镜检过程，这个相信大多数人都比较了解了，这里不再赘述。此外，利用显微镜做一些细菌或真菌的形态学鉴定在环境监测领域内也偶有出现（这类应用主要存在于卫生部门）。图1细菌图2大肠杆菌图3真菌二、生物群落检测1.浮游植物 浮游植物，具有色素或色素体能吸收光能和二氧化碳进行光合作用制造有机物，营浮游生活的微小藻类的总称，是水域的初级生产者。随着太湖蓝藻的大规模报道，环 境监测领域掀起了一阵对水华的研究热潮。而无论是生态调查抑或是抑藻方法的研究工作，都离不开对浮游植物的定性定量分析。镜检是浮游植物检测中最为传统也 是目前公认性最高的检测方法（也有用分子生物学方法做的），也是环境监测部门中检测藻类的最主要技术手段。其检测主要是依靠技术人员的经验，需要技术人员 有扎实的藻类分类学功底，对显微镜要求不是太高。图4浮游植物图5星杆藻水华发生时显微照片2.浮游动物浮游动物是体 形细小，且缺乏或仅有微弱的游动能力，主要以漂浮的方式生活在各类水体中的动物的总称。主要由原生动物、轮虫、枝角类、桡足类组成。许多浮游动物对环境变 化的反应比较敏感，可作为水质的指示生物，所以在水污染调查中，浮游动物也常作为主要研究对象之一。在浮游动物的检测中，类似于浮游植物的检测，是根据显 微镜下生物的形态来确定其种类。在检测过程中原生动物和轮虫可用普通显微镜观察，而枝角类、桡足类，特别是海水样品，经常需要借助体视显微镜（解剖镜）来 观察生物的某一部分特征。图6浮游动物显微照片3.其他生物群落检测 如着生生物检测和底栖动物的部分种类鉴定中需要用光学显微镜进行观察。三、特殊物质检测1.石棉尘检测 环境监测中检测的石棉尘是指温石棉（白石棉）、铁石棉（褐石棉）及青石棉（蓝石棉）等石棉尘中能被吸入并沉着肺泡内的呼吸性石棉纤维。检测中，用高倍镜(40)计数长度大于5um，宽度小于3um，长宽比大于3:1的石棉纤维。2.二噁英检测二恶英(Dioxin)，全称分别是多氯二苯并二恶英 polychlorinated dibenzo-p-dioxin（二恶英采样系统简称PCDDs）和多氯二苯并呋喃 polychlorinated dibenzofuran（简称PCDFs），是一类是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。它们能干扰机体的内分泌，产生广泛的健康影响。二噁英的测试方法很多，其中有一种利用离体大白鼠肝癌细胞的EROD诱导指示二恶英的复合毒性效应的方法在环境监测部门也有应用。EROD（7-ethoxyresorufin-O-deethylase）的活性反应是极具代表性的混合功能氧化酶的典型反应。通常把肝脏EROD酶活力诱导作为测试混合功能氧化酶（mixed-function oxidases, MFOs）诱导物毒性效力的指标。图7 EROD反应原理示意图（Hilscherova, 2000） 其中大鼠肝癌细胞在使用前需要镜检确定其复苏情况以及使用量。这里一般使用倒置显微镜进行观察。一般选用相差物镜，这种方法提供带有自然背景色的、高对比度的、高清晰度的图像，是观察培养的活细胞的理想选择。四、生物危害性测定1.姐妹染色单体交换（SCE）试验 SCE是化学毒物引起的一种细胞遗传损伤。主要反映受试物导致染色体同源点位上DNA复制产物互换频率的改变，SCE频率可反映细胞在S期DNA受损程度。试验过程中需要用显微镜观察受试细胞中期分裂相的SCE比例（一般每个试验点计数25-50个）图8姐妹染色单体交换图2.蚕豆根尖微核试验 蚕豆根尖细胞的染色体大，DNA含量多，对诱变剂反应敏感，在环境污染监测和致突变剂检测研究中得到广泛应用。尤其是欧盟REACH计划出台后，用其对化学品进行检测的工作量非常大。该试验需要在高倍镜（物镜40）下观察分生组织区细胞分散均匀、膨大、分裂较多的细胞微核。由于自然本底中细胞微核率较低1%以下，有研究表明微核率11.8%的为轻污染，微核率1.83.0%的为中污染，微核率3.0%以上的为重污染。图9 蚕豆根尖微核试验3.生物胚胎毒性测试 该方法是以青鳉鱼受精卵为受试生物，培养于污染水体或一定比例的化学试剂中，观察其孵出率以及胚胎发育的畸形率。显微镜被用于观察孵化的幼鱼是否存在畸形（如歪尾、鱼鳍异常、存在肿瘤等）。图10青鳉鱼图片五、急性生物毒性测试环境监测的急性毒性测试常采用藻类生长抑制试验。因为单细胞藻类个体小，世代时间以小时计，采用藻类生长抑制试验可以在较短时间内得到受试物对藻类许多世代 及在种群水平上的影响。所得结果可以反映受试物对水体中初级生产营养级的影响。显微镜在此试验中主要被用于测定藻类的生长情况（藻密度及其变化情况）