环境监测中微生物检测技术的应用分析.docx

环境监测中微生物检测技术的应用分析 摘要：环境监测技术的完善，为环境保护提供了可靠的依据，了解其发展应用现状和发展趋势有着巨大的现实意义。微生物检测技术针对多种因子污染对微生物的综合效应进行检测，以判断环境污染的历史状况，能有效弥补物理、化学检测的不足，在环境监测中有得天独厚的优势。本文对微生物技术在环境监测中的应用进行了浅要的探析。 m关键词：环境监测 微生物 检测 应用 中图分类号： X324 文献标识码： A 1 前言 随着近些年环境问题的不断凸显，国家和民众对环境问题愈发重视，环境问题和人民生产生活息息相关，保护环境刻不容缓，要做到经济发展不以牺牲环境为代价，保证经济发展和自然环境的和谐统一，确保民众的切身利益。而环境监测技术的完善，为环境保护提供了可靠的依据，了解其发展应用现状和发展趋势有着巨大的现实意义。微生物对环境污染或环境变化极为敏感，利用微生物检测技术对微生物进行检测，能有效的通过微生物信息掌握环境状况，从生物学角度监测和评估环境质量，并且还能反映出环境污染的历史情况，能有效弥补物理、化学检测的不足，在环境监测中有着得天独厚的优势。 2 微生物检测技术在环境监测中的应用 2.1传统的微生物检测技术 微生物群落监测是一种较为经济、快速、有效的微生物检测方法，被广泛应用于各种废水、土壤、空气监测中。由于环境污染物的含量会随着时间变化而变化，会随着其它环境条件的变化而且变化，因此对一定区域内的微生物群落进行监测，能更好的将一定时间范围内环境污染的变化情况、环境污染历史情况更好的描述出来。传统的微生物检测技术，通过对大肠菌群、发光细菌、藻类、致突变微生物等微生物群落的群落生态、个体生态、毒性、致突变性、生理、生化指标进行测定，来间接判断环境污染程度。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，大肠菌群的测定采用多管发酵法或滤膜法。发光细菌则常用来检测水质毒性，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。藻类通常用于监测判定水体污染程度，通过分析水生藻类的种类和数量组成，或研究它们的生理、生化反应和对毒物的积累特点，可以相当准确地判定水体的污染性质和程度。鼠伤寒沙门氏菌、大肠埃希氏菌、枯草杆菌、脉胞菌、酿酒酵母、构巢曲霉等则常用于环境污染物致突变性监测，测试结果不仅可反映污染物的致突变性、而且可推测它的潜在致癌性。随着技术的发展，传统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，为环境提供更加快速有效的测试手段。 2.2现代生物检测技术 2.2.1聚合酶链式反应技术 聚合酶链式反应技术（PCR）是现代分子生物学的基础实验工具，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，在生物学研究领域已应用成熟，并衍生出诸多不同种类，如逆转录、定量、多重、竞争、巢式、嵌套等。PCR技术适用于检测不能培养的微生物，已逐渐取代了传统的分离培养法，用于土壤、水样、沉积物等环境标本的检测，具有快速、操作简便、特异性强、灵敏度高等特点，极大提高监测效率。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，同电泳、荧光及其它分子生物学技术配合使用，该技术的应用将进一步扩大。 2.2.2生物酶技术 生物酶技术常用的有生物酶抑制技术和生物酶免疫技术。生物酶抑制技术是利用环境污染物，如农药、重金属等在体外对特定酶具有抑制作用的原理，加入该酶催化的底物( 显色剂 )，显色剂是否显色以及显色程度反映了酶是否受抑制以及抑制的程度，以此来监测环境污染物是否存在以及含量的多少。生物酶免疫是将免疫技术与现代测试手段相结合，把抗原抗体的免疫反应和酶的高效催化作用原理有机地结合起来的一种超微量的测定技术，并可以定量检测，常用的方法主要包括双抗体夹心法、竞争法、间接法等，其核心技术是抗原抗体的特异性反应，酶结合于相应抗原或抗体后，加入的底物会有颜色反应，采用现代光学分析仪器对受检样品中的酶标免疫反应的试验结果进行光度测定。生物酶技术具有简单、快速、稳定、灵敏、特异、高通量等特点，因此被广泛应用于环境监测等领域。 2.2.3生物传感器 生物传感器是基于生物反应进行检测的一类分析系统，以酶、微生物、抗原或抗体等具有生物活性和固定化的生物学元件作为功能性识别元件，由信号转换元件将外界对其理化性质的影响转化成电信号，并通过信号放大装置放大，而实现对待测物质的定量测定。根据生物分子识别的原理，可分为: 免疫化学传感器、酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器、DNA传感器等。生物传感器与传统的分析方法相比具有很多优点: 体积小，可以实现在线连续监测；反应快，可以反复多次使用；成本低，便于推广普及；样品用量少，一般不需要样品的预处理，一般不需加入其他试剂。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的缺点，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，因而为环境监测自动化打下了基础。 2.2.4生物芯片技术 生物芯片技术是根据分子间特异性相互作用的原理，将生命科学研究中不连续的样品检测、分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，实现检测的连续化、集成化、微型化，其原理是采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量的核酸片段多肽分子组织切片细胞等生物样品有序地固化于支持物的表面，组成密集二维分子排列，然后与标记好的待测生物样品中靶分子杂交，通过仪器对杂交信号的强度进行定性和定量分析。生物芯片具特异性好、高通量、自动化、平行性好、简便快速、无污染、所需样品和试剂少等诸多优点，在进行大批量筛选环境样品和对其进行分型研究中有广泛应用，已成功应用到环境监测中的病原细菌瞬时检测、细菌基因表达水平测量、菌种鉴定、水质控制等方面。 3 微生物检测技术和传统监测方法的对比 传统的化学、物理检测方法大多集中针对环境污染物的性质、来源、含量、分布状态等进行检测，所需仪器和设备通常较为复杂，并且部分检测方法存在缺陷，如重量法在环境污染物浓度较低时会产生较大误差，容量法虽然操作方法但灵敏度不高，光学分析法多适用于水和液体试样的分析，在实际应用中，这些方法存在不少不足和缺陷，无法较全面的把握环境污染数据。 微生物监测技术是环境监测研究的新方向，针对微生物对环境污染或环境变化的反应进行监测，所需仪器设备相对物理、化学检测更易操作，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，且样本受污染影响较小，成为污染物的暴露与效应最灵敏的监测指标，具有较高的灵敏度、可靠性、稳定性、实时性，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，如无标准化监测方法、生物监测相对复杂、监测结果的应用不够广泛等。 4 结语 除以上介绍的用于环境监测的微生物技术外，还有流式细胞测定技术、凝胶电流技术、微核技术、限制性片段长度多态性分析等。微生物检测技术各有各的优点和不足，随着分子生物学技术的快速发展， 广大生物和环保工作者可通过更深入的研究探索，不断完善和优化微生物检测技术，并与其它监测手段配合使用，取长补短，为环境监测提供可靠的技术支持，使其在环境科学中发挥更大作