环境微生物.docx

微生物监测技术在水污染处理中的应用微生物处理技术概念微生物监测是利用微生物资源对环境污染或变化所发生的反应，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。它包括环境分析、物理测定和生物监测。所谓生物监测就是利用生物对环境污染所发生的各种信息作为判断环境污染状况的一种手段。特点生物长期生活在自然界中，不仅可反映多种因子污染的综合效应，而且还能反映环境污染的历史状况。故生物监测可弥补物理、化学分析测试的不足，特别是微生物具有得天独厚的特点，与环境关系极为密切，因此微生物学方法在生物监测中占有特殊的地位 应用于环境监测的微生物技术1.大肠杆菌 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。大肠菌群的测定采用多管发酵法或滤膜法。在水质监测中，我国以一升水中含有的大肠菌群数作为是否卫生的标准，称为大肠菌群指数。也可以使用“大肠菌群值”这一定义，即指水样中可检出一个大肠菌群细菌的最小水样容积（ml 数），此值越大表示水中大肠菌群数越少，水质越好。大肠菌群值=1000/大肠菌群指数。我国生活饮用水中规定的水质标准为每升水中总大肠菌群指数不得超过3 个，即大肠菌群值不得小于333。2. 鼠伤寒沙门氏菌检测物质致突变性与致癌性据了解，80%90%的人类癌症是由环境因素引起的，其中主要是化学因素。目前世界上常用的化学物质有7 万多种，其中致癌性研究较充分的仅占1/10，而每年又至少新增千余种新的化合物。采用传统的动物实验法和流行病学调查法己远远不能满足需要，至今世界上已发展了上百种快速测试法，其中以致突变试验应用最广，测试结果不仅可反映化学物质的致突变性，而且可推测它的潜在致癌性。应用于致突变的微生物有鼠伤寒沙门氏菌、大肠埃希氏菌、枯草杆菌、脉胞菌、酿酒酵母、构巢曲霉等。目前以沙门氏菌致突变试验应用最广。其原理是利用鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）组氨酸营养缺陷型菌株发生回复突变的性能，来检测物质的致突变性，在不含组氨酸的培养基上，它们不能生长。但当受到某致突变物作用时，因菌体DNA 受到损伤，特定部位基因突变，由缺陷型回复到野生型，在不含组氨酸的培养基上也能生长，其关系如下：野生型 his+正向突变反向突变营养缺陷型 hisAmes试验常用纸片法和平板掺入法。3. 发光细菌传统的生物监测以水蚤、藻类或鱼类等为受试对象，实验周期长，比较繁琐。针对传统检测方法的不足，研究和开发了新型生物毒性监测技术发光细菌法。 发光菌是一类能运动的革兰氏阴性兼性厌氧杆菌， 含有荧光素、荧光酶、ATP 等发光要素，在有氧条件下通过细胞内生化反应而产生微弱荧光。发光细菌在毒物作用下，细胞活性下降，导致发光强度的降低。发光细菌法是利用灵敏的光电测量系统测定毒物对发光细菌发光强度的影响，根据发光细菌发光强度的变化判断毒物毒性的大小。混合废水含有多种污染物，单独分析某个污染物毒性实践意义不大。由于污染物之间的加和及拮抗作用，各个污染物的毒性之和并不代表这种废水的综合毒性，可以用发光细菌法测定其综合毒性。炼焦煤气厂废水用工业废水排放标准来衡量，废水中各项污染指标已经达到排放标准，但按照发光细菌法得出的生物毒性综合评价结果废水毒性还很高，仍可对环境形成生物毒性危害，说明需要采用综合手段评价废水是否达标。随着技术的发展，发光细菌法将会和电子技术以及光电技术、生物传感器技术、细胞固定化技术以及计算机技术紧密结合，逐步发展为在线监测系统，为水质分析提供更加快速有效的测试手段。4. PCR 技术PCR 技术即聚合酶链式反应（Polymerase chain Reaction），是在体外合成特异性DNA 片段的方法，可以快速扩增目的基因DNA 或RNA 片段，是对基因克隆，分子杂交和序列分析等分子生物学方法的丰富和发展。1990 年Williams等在PCR 术基础上，改用了以多双引物，获得了多态性DNA扩增片段并以此创做生物标记物， 建立了RAPD（RamdomAmplifiedPolymorphic DNA）方法，为基因组研究奠定了基础，扩大了PCR 的应用范围。PCR 技术目前在环境监测中的应用主要有以下几个方面： 环境中的病源微生物的检测；进入自然环境中的基因工程菌的检测；环境微生物基因克隆中PCR 技术的应用等。PCR 技术的应用提高了环境微生物检测技术的局限性及检测速度， 克服了传统培养法的种种缺陷，并且可以克隆传统方法无法人工培养的重要微生物的基因。今后该技术的应用将进一步扩大.5. 生物传感器技术生物传感器技术是指用固定化生物体内功生物组成作为敏感元件的传感器。生物传感器技术发展较快，目前在环境监测及环境工程监测中已得到广泛应用的有BOD 生物传感器、测定氨生物传感器、亚硝酸生物传感器、乙醇生物传感器、甲烷生物传感器、氧电极0RP 生物传感器、菌浓度检测器、底物及代谢浓度检测器等。这些生物传感器的开发和应用不仅克服了传统检测方法繁琐、准确性差、不能及时反映水质状况缺点，还为自动连续监测、污水处理设施连续在线检测提供了可能，因而为整个水处理事业的自动化打下了基础。6. 酶免疫监测酶免疫监测（enzyme immunoassay，EIA）是根据抗原抗体反应具有高度的特异性，以酶作为标记物，与已知抗体结合，但不影响其免疫学特性，然后将酶标记物的抗体作为标准试剂来鉴定未知的抗原。酶联免疫吸附检测（enzyme linked immunosorbent assay，ELIAS） 是目前最常用的监测方法。ELIAS 是根据EIA 的原理而发展的一种固相免疫技术，其试剂盒基于竞争吸附方法， 可分别供实验室和野外测试。Kroemer 等开发了最新的自动化EIA 监测方法，可在水样测试中采用流动注射法（flowinjection analysis，FIAL）将特定的抗体固定在膜上，试剂由时间控制的泵输入，并通过检测膜，透过膜的溶液进行酶产物的荧光测定。每个样品检测完毕后，膜自动更换。7. 核酸探针通过制备特定菌种DNA 序列的特定的核酸荧光探针来检测环境中的特异性污染物质，以此分析和辨认污染源的构成和污染物的来源.除此之外， 还有氰菌（Cyanobacteria）、卤素呼吸菌（Halorespiringbacterium）、苯乙烯降解菌和兰贻贝（Bluemussels）等、主要监测水体中的有害物和海水藻类的爆发。可见微生物的环境检测功能在水污染处理中具有相当重要的作用，是后续处理工艺选择的根据，也是整个治理过程监督的不可或缺的手段。结论微生物监测技术是环境监测研究的新方向，其从分子水平研究在污染物作用下生物体内各种指标的变化，作为联系污染物与生物效应之间的纽带，它既可以揭示环境样品和生物体内污染物的浓度，还可以反应污染物的毒性，成为污染物的暴露与效应最灵敏的监测指标，对于环境污染的探查和快速筛选、环境健康的风险评价及污染物长期毒性效应的早期预报具有重要意义。尽管微生物监测技术在监测环境污染具有化学分析方法所不可比拟的优点，但其本身也有缺陷和不足。首先，微生物监测技术具有种间差异性， 例如脊椎动物肝脏细胞色素p450 与污染物之间的剂量效应关系良好，而对无脊椎动物，研究结果就不慎理想，因此，作为污染监测和毒性评价的手段，一定要选择合适的生物标志物，并进行