生物技术在环境监测领域的应用

生物技术在环境监测领域的应用

摘要:随着生物技术的迅猛发展,以现代生物技术为代表的新高技术在环境科学中得到了越来越广泛的应用。因此,本文对生物技术在环境监测领域的应用进行了详细的分析。

关键词:生物技术环境监测应用

随着社会的发展和科学技术的进步,生物技术广泛的应用于环境监测研究领域。生物技术是以生命科学为基础,利用生物有机体或其组成部分以及工程技术原理,发展新产品或新工艺的一种综合性科学技术体系。

一、生物技术的内容与特点

按国际上现行的划分方法,现代生物技术包括微生物工程(发酵工程)、酶工程、细胞工程和基因工程4个方面,每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域,但它们之间又相互补充和衔接。形成一个完整的体系。

生物技术的特点大致有:(1)以生物为对象,不依赖地球上的有限资源,而是着眼于再生资源的利用;(2)在常温、常压下进行,过程简单,可连续化操作,并可节约能源,减少环境污染;(3)开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径;(4)可解决常规技术和传统方法不能解决的问题;(5)可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。

二、生物技术在环境监测中的应用

1、生物传感器技术

生物传感器以生物分子去识别被测目标,然后通过信号系统将生物分子所发生的物理或化学变化转化为相应的电信号予以输出放大,从而得到检测结果。生物传感器技术是建立在固定化细胞和固定化酶技术的基础之上的。例如,Karube等将丝胞酵母(Triehosporoneutaneum)固定在直径为14mm的多孔膜上,再将该膜置于氧电极的Teflon膜上,使得固定菌夹在两膜之间,制成测定BOD的微生物传感器可测定水中的BOD值。Leet等的研究表明,水体富营养化由氰基细菌(cynobacdeia)的大量繁殖引起,该细菌的细胞体内含有藻氰素、其显示的荧光谱不同于其他物质,用对该荧光敏感的物理转换器能检测氰基细菌的浓度,从而预报水体的富营养化。生物传感器技术发展较快,目前在水质监测中已得到广泛应用的有BOD生物传感器,氨生物传感器,亚硝酸生物传感器,乙醇生物传感器,氧化还原电位(ORP)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烦琐、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,因而为整个水处理事业的自动化打下了基础。

2、基因探针、PCR技术

近年来,国内外有关核酸探针、PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链式反应)技术用于细菌、病毒检测的报道日益增多。非放射性核酸探针的灵敏度和特异性基本上达到了放射性同位素标记探针的水平,使核酸杂交技术检测各种微生物更为安全、方便、快速。目前已可利用核酸探针来检测水环境中的致病菌,如大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌、耶尔森氏菌等腹泻性致病菌。核酸探针也可用于检测乙肝病毒、爱滋病病毒等病毒。PCR技术适用于目前尚不能培养的微生物检测,可用于水样中的细胞检测。PCR技术检测环境水样中的肠道细菌和大肠埃尔氏菌灵敏度高,100mL水样中有一个指示菌也可检出,且检测时间短,

几个小时内即可完成。PCR技术还可检测水中致病性病毒如轮状病毒及各种肠道病毒,并可能同时检出多种病毒。水源中的军团菌属也可用PCR及核酸探针检测。随着技术的完善及成本的降低,今后核酸探针和PCR技术可能发展为一种快速可靠并可能代替常规水质微生物检验的方法。生物传感器在环境检测上的研究发展也很快,已达到应用水平。

3、污染物的致畸、致突变性检测

由于大量污染物对人体具有潜在的危害,近年来致畸、致突变物的生物检测技术也得到了很快的发展。目前比较常用的有Ames试验和微核技术。

Ames试验是由美国加州大学教授B N.Ames于1975年所创立的通过鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株在致畸、致突变物的作用下可以发生回复突变的原理来检验污染物致畸、致突变性的一种现代化生物检测方法。经过不断地完善和发展,Ames试验已成为检测污染物遗传毒性效应的一种主要方法,广泛地应用于食品添加剂、化妆品、饮用水及水源、城市污水及工业废水、土壤、污泥及工业废渣以及气态污染物等检测对象的致突变性检测。Anles试验具有快速、简便、敏感、经济的特点,且可以用于混合物的综合效应测试。

微核技术又称MCN方法,是由美国西伊利诺斯大学Te--HsiuMa教授根据环境朽染物会引起染色体畸变并增加微核(MCN)的原理,利用美国的紫露草(Tradescantia Padudosa)花粉母细胞受处理后MCN数量增加作为测定环境污染状况的一种现代生物检测方法。该法在气态樗染物、水体中污染物的检测中发挥了较好的应用。

4、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(flowinjectionanalysis,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。

参考文献:

[1]李亚一.生物技术[M].北京:中国科学技术出版社,1994.

[2]王凯军.发连国家环境生物技术研究规划简介[J].给水排水1996(9):7～9

[3]张志杰.环境生物监测[M].北京:冶空工业出版社,1990.