1、第五章 環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)5.1概述r 生物監(jiān)測的內(nèi)容生物監(jiān)測的內(nèi)容 生物檢測包括生物學(xué)監(jiān)測和生態(tài)監(jiān)測。生物學(xué)監(jiān)測是利用各種生物對環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)，來判斷環(huán)境污染的程度，以便從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。5.1概述概述r 生物監(jiān)測的任務(wù) 1.揭示環(huán)境變化的過程和程度揭示環(huán)境變化的過程和程度 2.監(jiān)測和評價環(huán)境污染監(jiān)測和評價環(huán)境污染 3.反映污染物對生物的綜合效應(yīng)反映污染物對生物的綜合效應(yīng) 4.評價人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響評價人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響5.1概述概述r 生物監(jiān)測的優(yōu)點生物監(jiān)測的優(yōu)點 綜合、真實地反應(yīng)環(huán)境質(zhì)量狀況綜合、真實地反應(yīng)環(huán)境質(zhì)量狀況 可連續(xù)監(jiān)測環(huán)境可連續(xù)

2、監(jiān)測環(huán)境 具有多功能具有多功能 靈敏度高靈敏度高 簡單易行簡單易行5.1概述概述r 生物檢測的缺點 1）不能快速、定量地反應(yīng)環(huán)境污染狀況）不能快速、定量地反應(yīng)環(huán)境污染狀況 2）易受外界因素的影響）易受外界因素的影響 3）生物生長發(fā)育和生理狀況影響污染的評）生物生長發(fā)育和生理狀況影響污染的評價價 4） “多因一效多因一效”造成檢測結(jié)果難辨別造成檢測結(jié)果難辨別 5） 技術(shù)水平高，推廣困難技術(shù)水平高，推廣困難5.1概述概述r 生物監(jiān)測的類型 按目的分：監(jiān)視性監(jiān)測按目的分：監(jiān)視性監(jiān)測 研究性監(jiān)測研究性監(jiān)測 特種目的監(jiān)測特種目的監(jiān)測 按檢測對象分：大氣污染監(jiān)測按檢測對象分：大氣污染監(jiān)測 水污染監(jiān)測水污染

3、監(jiān)測 土壤污染監(jiān)測土壤污染監(jiān)測 按生態(tài)水平分：種群生態(tài)監(jiān)測按生態(tài)水平分：種群生態(tài)監(jiān)測 群落生態(tài)監(jiān)測群落生態(tài)監(jiān)測 按生物類群分按生物類群分: 植物監(jiān)測植物監(jiān)測 動物監(jiān)測動物監(jiān)測 微生物監(jiān)測微生物監(jiān)測 5.1概述概述r 指示生物指示生物(Indicator Organism) 環(huán)境中對某些物質(zhì)能產(chǎn)生反應(yīng)或信息而環(huán)境中對某些物質(zhì)能產(chǎn)生反應(yīng)或信息而被用來監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化被用來監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化的生物。的生物。r 生物標(biāo)志物生物標(biāo)志物(Biomarker) 化學(xué)污染物引起生物的生物化學(xué)和生理化學(xué)污染物引起生物的生物化學(xué)和生理改變稱之為生物標(biāo)志物。改變稱之為生物標(biāo)志物。 特異性生

4、物標(biāo)記物特異性生物標(biāo)記物 非特異性生物標(biāo)記物非特異性生物標(biāo)記物5.1 概述概述r 生物對環(huán)境污染響應(yīng)與反饋生物對環(huán)境污染響應(yīng)與反饋 1.形態(tài)機(jī)制形態(tài)機(jī)制 細(xì)胞細(xì)胞器官器官個體個體種群種群 2.生理機(jī)制生理機(jī)制 酶活性酶活性酶的種類酶的種類代謝方式代謝方式成分成分 3.分子機(jī)制分子機(jī)制 DNA 損傷損傷改變表達(dá)調(diào)控改變表達(dá)調(diào)控新基因新基因5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 5.2.1水環(huán)境污染生物監(jiān)測的目的、樣品 采集和監(jiān)測項目r 5.2.2生物群落監(jiān)測方法r 5.2.3生物測試法水污染指示生物水污染指示生物r 生物群落中生活著各種水生生物，如浮游生物、著生生物、底棲動物、魚

5、類和細(xì)菌等。由于它們的群落結(jié)構(gòu)、種類和數(shù)量的變化能反映水質(zhì)狀況，故稱之為指示生物。一、水體污染及生物檢測方法一、水體污染及生物檢測方法r （一）（一） 水質(zhì)污染的指示生物水質(zhì)污染的指示生物 河流的水質(zhì)分為四個等級河流的水質(zhì)分為四個等級 多污帶（多污帶（polysaprobc zone) a-中污帶中污帶(mesosaprobic zone) b-中污帶中污帶(mesosaprobic zone) 寡污帶（寡污帶（oligosaprobic zone)l 多污帶指示生物多污帶指示生物 浮游球衣細(xì)菌、貝氏硫細(xì)菌、顫蚯蚓、水螞蟥等 a-中污帶指示物中污帶指示物大顫藻、小顫藻、椎尾水輪蟲、天藍(lán)喇叭蟲、

6、小球藻等 b-中污帶指示物中污帶指示物藍(lán)藻、綠藻、硅藻、輪蟲、泥鰍、黃鱔等 寡污帶指示物寡污帶指示物細(xì)菌數(shù)量少、蜉蝣幼蟲、石蠶幼蟲和蜻蜓幼蟲、硅藻、甲藻、苔蘚和魚類等水體污染微生物分析方法水體污染微生物分析方法r 細(xì)菌總數(shù)細(xì)菌總數(shù) 37度條件下，每毫升水樣在普通瓊脂中經(jīng)過度條件下，每毫升水樣在普通瓊脂中經(jīng)過24小時培養(yǎng)后生長的菌落總數(shù)。小時培養(yǎng)后生長的菌落總數(shù)。r 大腸菌群檢查法大腸菌群檢查法 發(fā)酵法發(fā)酵法 濾膜法濾膜法r 發(fā)光細(xì)菌的微毒檢測發(fā)光細(xì)菌的微毒檢測 生物自身發(fā)光但受污染物的抑制。生物自身發(fā)光但受污染物的抑制。其他生物檢測法其他生物檢測法r 魚毒性試驗方法魚毒性試驗方法r 貽貝檢測貽

7、貝檢測水體污染物的生物群落監(jiān)測法水體污染物的生物群落監(jiān)測法r 水環(huán)境污染生物監(jiān)測的目的水環(huán)境污染生物監(jiān)測的目的 即水污染生態(tài)學(xué)監(jiān)測，主要是根據(jù)浮游生物在不同污染帶中出現(xiàn)的物種頻率、相對數(shù)量，或通過數(shù)學(xué)計算得出簡單指數(shù)值來評價水污染程度。 監(jiān)測項目5.2.2 生物群落監(jiān)測方法 污水生物系統(tǒng)法污水生物系統(tǒng)法 PFU 法法 生物指數(shù)法生物指數(shù)法 種類多樣性指數(shù)法種類多樣性指數(shù)法 水生生物法水生生物法污水生物系統(tǒng)法r 當(dāng)河流受到污染后，在污染源下游的不同當(dāng)河流受到污染后，在污染源下游的不同區(qū)段會出現(xiàn)不同的生物種類，形成四個連區(qū)段會出現(xiàn)不同的生物種類，形成四個連續(xù)的污染帶（多污帶、續(xù)的污染帶（多污帶、

8、中污帶、中污帶、 中污中污帶和寡污帶），每個帶均有各自的物理、帶和寡污帶），每個帶均有各自的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性?；瘜W(xué)和生物學(xué)特性。r 從多污帶到寡污帶，呈現(xiàn)污染物濃度逐漸從多污帶到寡污帶，呈現(xiàn)污染物濃度逐漸降低、細(xì)菌數(shù)量由多變少、生物種類由少降低、細(xì)菌數(shù)量由多變少、生物種類由少到多的變化規(guī)律。到多的變化規(guī)律。PFU 法（微型生物群落監(jiān)測法）r 利用泡沫塑料塊作為人工基質(zhì)收集水體中的微型利用泡沫塑料塊作為人工基質(zhì)收集水體中的微型生物群落，測定群落結(jié)構(gòu)與功能的各種參數(shù)，用生物群落，測定群落結(jié)構(gòu)與功能的各種參數(shù)，用于水質(zhì)評價。于水質(zhì)評價。生物指數(shù)法r 應(yīng)用數(shù)學(xué)方法計算反映生物種群或群落結(jié)構(gòu)變化應(yīng)

9、用數(shù)學(xué)方法計算反映生物種群或群落結(jié)構(gòu)變化的數(shù)值，用于評價環(huán)境質(zhì)量的數(shù)值，用于評價環(huán)境質(zhì)量r 幾種生物指數(shù)法：幾種生物指數(shù)法： 貝克法貝克法 津田松苗法津田松苗法 Trent 生物指數(shù)生物指數(shù) 種數(shù)遞減指數(shù)種數(shù)遞減指數(shù) 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù) 藻類污染指數(shù)法藻類污染指數(shù)法種類多樣性指數(shù)法r 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法計算表示生物種群的種應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法計算表示生物種群的種類和個體數(shù)量的數(shù)值，用于環(huán)境質(zhì)量評價。類和個體數(shù)量的數(shù)值，用于環(huán)境質(zhì)量評價。r 幾種種類多樣性指數(shù)：幾種種類多樣性指數(shù)： 香農(nóng)香農(nóng)-韋佛指數(shù)韋佛指數(shù) 組合型多樣性指數(shù)組合型多樣性指數(shù)5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r

10、 生物殘毒監(jiān)測法生物殘毒監(jiān)測法 利用生物體含污量進(jìn)行水體的監(jiān)測和評價。 富集系數(shù)富集系數(shù) 等標(biāo)指數(shù)：等標(biāo)指數(shù)：IPC=Cm/Cn5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 細(xì)菌學(xué)檢驗監(jiān)測細(xì)菌學(xué)檢驗監(jiān)測 一般水域在未受污染時細(xì)菌數(shù)量較少，一般水域在未受污染時細(xì)菌數(shù)量較少，受有機(jī)物污染的水體中，細(xì)菌總數(shù)會明顯受有機(jī)物污染的水體中，細(xì)菌總數(shù)會明顯增加。增加。 1.調(diào)查種類組成、優(yōu)勢種及依賴特定環(huán)境生調(diào)查種類組成、優(yōu)勢種及依賴特定環(huán)境生存的細(xì)菌；存的細(xì)菌； 2. 研究細(xì)菌群落的現(xiàn)存量、生產(chǎn)力同環(huán)境研究細(xì)菌群落的現(xiàn)存量、生產(chǎn)力同環(huán)境關(guān)系。關(guān)系。5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與

11、評價r 生物測試生物測試 利用生物受到污染物質(zhì)的毒害后的生理變利用生物受到污染物質(zhì)的毒害后的生理變化來評價污染狀況?；瘉碓u價污染狀況。 簡單、不需要特殊儀器，綜合評價。簡單、不需要特殊儀器，綜合評價。 5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 生物測試1).水生生物毒性試驗 進(jìn)行水生生物毒性試驗可用魚類、藻類等，其中以魚類毒性試驗應(yīng)用較廣泛。魚類對水環(huán)境的變化反應(yīng)十分靈敏，當(dāng)水體中的污染物達(dá)到一定濃度或強度時就會引起一系列的中毒反應(yīng)。2). 發(fā)光細(xì)菌法3). 其它方法5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 生物測定方法： 靜水式生物測試：把受試生物置于不流動的實驗

12、溶液中，測定污染污濃度與生物的致毒反應(yīng)。 流水式生物測試：把受試生物置于連續(xù)或間歇流動的實驗溶液中，測定污染污濃度與生物的致毒反應(yīng)。5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價生物測定方法： 根據(jù)試驗水所含毒物濃度的高低和暴露時間的長短，毒性試驗可分為急性試驗和慢性試驗。靜水式魚類急性毒性試驗r 1、供試魚的選擇和馴養(yǎng)r 2、試驗條件選擇r 3、試驗步驟 （1）預(yù)試驗（探索性試驗） （2）試驗溶液濃度設(shè)計 （3）試驗 （4）毒性判定生物測定方法r 污染測定的生物反應(yīng)污染測定的生物反應(yīng) 致死反應(yīng)：致死反應(yīng)： 半致死濃度、半致死劑量半致死濃度、半致死劑量 酶學(xué)反應(yīng)：酶學(xué)反應(yīng)：酶活性受抑制酶

13、活性受抑制 血液學(xué)反應(yīng)：血液學(xué)反應(yīng)：血液學(xué)指標(biāo)血液學(xué)指標(biāo) 呼吸頻率改變：呼吸頻率改變：呼吸頻率呼吸頻率 行為反應(yīng)：行為反應(yīng)：回避反應(yīng)回避反應(yīng) 遺傳學(xué)反應(yīng)：遺傳學(xué)反應(yīng)：染色單體交換測定染色單體交換測定5.2 5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 水環(huán)境質(zhì)量的生物評價水環(huán)境質(zhì)量的生物評價 定量地推算擬議的開發(fā)行為或建設(shè)項目定量地推算擬議的開發(fā)行為或建設(shè)項目對受納水體排放的污染物量，確定建設(shè)前對受納水體排放的污染物量，確定建設(shè)前水環(huán)境基準(zhǔn)狀況，預(yù)測建設(shè)項目投產(chǎn)后水水環(huán)境基準(zhǔn)狀況，預(yù)測建設(shè)項目投產(chǎn)后水環(huán)境質(zhì)量的變化，提出建設(shè)項目和區(qū)域環(huán)環(huán)境質(zhì)量的變化，提出建設(shè)項目和區(qū)域環(huán)境污染源的控

14、制和防止對策。境污染源的控制和防止對策。5.2 水污染的生物檢測與評價水污染的生物檢測與評價r 水環(huán)境質(zhì)量的生物評價水環(huán)境質(zhì)量的生物評價 1）確定評價目的、工作范圍及時間；）確定評價目的、工作范圍及時間； 2）開展各種調(diào)查和生物監(jiān)測；）開展各種調(diào)查和生物監(jiān)測； 3）實驗室分析和數(shù)據(jù)整理；）實驗室分析和數(shù)據(jù)整理； 4）確定評價標(biāo)準(zhǔn)和指數(shù)；）確定評價標(biāo)準(zhǔn)和指數(shù)； 5）建立分級系統(tǒng)；）建立分級系統(tǒng)； 6）評價。）評價。水環(huán)境質(zhì)量的生物評水環(huán)境質(zhì)量的生物評價價r 水體富營養(yǎng)化的危害水體富營養(yǎng)化的危害 1）水體外觀呈色變濁；）水體外觀呈色變濁； 2）散發(fā)不良?xì)馕叮唬┥l(fā)不良?xì)馕叮?3）溶解氧含量下降；）

15、溶解氧含量下降；4）水生生物死亡；）水生生物死亡；5）產(chǎn)生藻毒素；）產(chǎn)生藻毒素；6）污染飲用水源）污染飲用水源水環(huán)境質(zhì)量的生物評價r 水體富營養(yǎng)化的評價水體富營養(yǎng)化的評價 評價方法：評價方法： 1）測定水域中光合作用與呼吸作用的比值測定水域中光合作用與呼吸作用的比值 表面表面PR; 湖底湖底 PR; 湖底湖底 PR 2）測定藻類生產(chǎn)潛在能力）測定藻類生產(chǎn)潛在能力(AGP) 水體中接種特定藻類，達(dá)穩(wěn)定期后測定藻類細(xì)胞數(shù)。水體中接種特定藻類，達(dá)穩(wěn)定期后測定藻類細(xì)胞數(shù)。 3） 黑黑-白瓶法測定光合作用產(chǎn)氧能力白瓶法測定光合作用產(chǎn)氧能力 測定取樣水體中藻類產(chǎn)氧量。測定取樣水體中藻類產(chǎn)氧量。5.3 大氣

16、污染的生物監(jiān)測和評價r 大氣污染對植物的影響大氣污染對植物的影響 從群落、個體、組織器官、細(xì)胞和分子從群落、個體、組織器官、細(xì)胞和分子5個水平上個水平上影響植物。影響植物。r 植物對大氣污染物的反應(yīng)植物對大氣污染物的反應(yīng) 污染物在植物體內(nèi)積累而被顯示；污染物在植物體內(nèi)積累而被顯示； 污染物與植物在其組織內(nèi)相互作用而產(chǎn)生新產(chǎn)物；污染物與植物在其組織內(nèi)相互作用而產(chǎn)生新產(chǎn)物； 改變植物生長量。改變植物生長量。 指示植物受害癥狀SO2監(jiān)測植物監(jiān)測植物矮牽牛矮牽牛5.3 大氣污染的生物監(jiān)測和評價大氣污染物對植物的影響主要如下：大氣污染物對植物的影響主要如下： （1） 群落：植物群落會發(fā)生變化群落：植物群

17、落會發(fā)生變化 （2）個體：部分個體發(fā)育受阻）個體：部分個體發(fā)育受阻 （3）組織器官：葉組織壞死，葉面出現(xiàn)傷）組織器官：葉組織壞死，葉面出現(xiàn)傷斑斑 （4）細(xì)胞和細(xì)胞器：）細(xì)胞和細(xì)胞器： （5）酶系統(tǒng)：）酶系統(tǒng)：大氣污染物大氣污染物r 粉塵、一氧化碳、硫化物、氮氧化物和臭粉塵、一氧化碳、硫化物、氮氧化物和臭氧等氧等r 植物受污染后的特征：植物受污染后的特征： 葉組織脫水葉組織脫水 葉綠素被破壞葉綠素被破壞 葉片結(jié)構(gòu)最終被破壞葉片結(jié)構(gòu)最終被破壞 常用大氣污染指示植常用大氣污染指示植物物r 二氧化硫指示植物 地衣、苔蘚、蕎麥、南瓜等地衣、苔蘚、蕎麥、南瓜等r 氟化氫污染指示植物 唐菖蒲、郁金香、杏、葡

18、萄、金錢草、梅等唐菖蒲、郁金香、杏、葡萄、金錢草、梅等r 臭氧污染指示物 菠菜、煙草、燕麥、蘿卜等菠菜、煙草、燕麥、蘿卜等r 氯氣污染指示物 芝麻、向日葵、萬壽菊、桃樹芝麻、向日葵、萬壽菊、桃樹r 二氧化氮污染指示物 懸鈴木、向日葵、番茄、秋海棠、煙草等懸鈴木、向日葵、番茄、秋海棠、煙草等5.3 大氣污染的生物監(jiān)測和評價r 利用植物的典型傷害癥狀對各種污染物進(jìn)行生物利用植物的典型傷害癥狀對各種污染物進(jìn)行生物監(jiān)測。監(jiān)測。 敏感植物的選擇敏感植物的選擇 現(xiàn)場比較評比法現(xiàn)場比較評比法 栽培比較試驗法栽培比較試驗法 人工熏氣法人工熏氣法 浸蘸法浸蘸法 r 監(jiān)測方法監(jiān)測方法 現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)場調(diào)查 定點監(jiān)測定

19、點監(jiān)測大氣污染指示物的選大氣污染指示物的選擇原則擇原則r 能綜合反應(yīng)大氣污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響強度r 能盡早發(fā)現(xiàn)大氣污染物r 能監(jiān)測出不同的大氣污染r 能反映一個地區(qū)的污染歷史1、栽培指示植物監(jiān)測法：、栽培指示植物監(jiān)測法： 先將指示植物在沒有污染的環(huán)境中盆栽培植，待生長先將指示植物在沒有污染的環(huán)境中盆栽培植，待生長到適宜大小時，移至監(jiān)測點，觀測它們受害癥狀和程度。到適宜大小時，移至監(jiān)測點，觀測它們受害癥狀和程度。植物指示器如圖所示。植物指示器如圖所示。 5.3 大氣污染的生物大氣污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 利用污染量指數(shù)法監(jiān)測利用污染量指數(shù)法監(jiān)測 植物葉片中污染物的增加量與大氣中污植物葉片

20、中污染物的增加量與大氣中污染物的濃度及暴露時間有密切關(guān)系。染物的濃度及暴露時間有密切關(guān)系。u 單項指數(shù)法單項指數(shù)法u 相對污染程度值法相對污染程度值法u 綜合指數(shù)法綜合指數(shù)法5.3 大氣污染的生物大氣污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 2、植物群落檢測法、植物群落檢測法 由于群落中各種植物對污染物敏感性的差異，由于群落中各種植物對污染物敏感性的差異，其反應(yīng)有著明顯差異。通過分析植物群落中各其反應(yīng)有著明顯差異。通過分析植物群落中各種植物的反應(yīng)，就可估計該區(qū)域大氣污染的狀種植物的反應(yīng)，就可估計該區(qū)域大氣污染的狀況。況。地衣和苔蘚地衣和苔蘚是是非常敏感的材非常敏感的材料料5.3 大氣污染的生物大氣污染

21、的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 微生物監(jiān)測法微生物監(jiān)測法 通過土壤塵埃、水滴、人和動物體表脫通過土壤塵埃、水滴、人和動物體表脫落物、呼吸道的排泄物等方式進(jìn)入空氣，落物、呼吸道的排泄物等方式進(jìn)入空氣，隨氣流在空氣中傳播。隨氣流在空氣中傳播。 利用微生物對空氣污染監(jiān)測利用微生物對空氣污染監(jiān)測 空氣微生物污染的檢測空氣微生物污染的檢測5.3 大氣污染的生物大氣污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 大氣環(huán)境影響評價大氣環(huán)境影響評價 定量評價擬議開發(fā)行動或建設(shè)項目建定量評價擬議開發(fā)行動或建設(shè)項目建設(shè)前大氣環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀；識別開發(fā)行動設(shè)前大氣環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀；識別開發(fā)行動對大氣環(huán)境的哪些質(zhì)量參數(shù)產(chǎn)生影響和預(yù)對大氣

22、環(huán)境的哪些質(zhì)量參數(shù)產(chǎn)生影響和預(yù)測建設(shè)項目投產(chǎn)后大氣環(huán)境質(zhì)量的變化；測建設(shè)項目投產(chǎn)后大氣環(huán)境質(zhì)量的變化；提出建設(shè)項目和區(qū)域環(huán)境污染的控制治理提出建設(shè)項目和區(qū)域環(huán)境污染的控制治理對策。對策。大氣環(huán)境影響評價大氣環(huán)境影響評價r 主要環(huán)節(jié)：主要環(huán)節(jié)： 大氣污染源的調(diào)查與評價；大氣污染源的調(diào)查與評價； 確定評價范圍、評價因子和評價目標(biāo)；確定評價范圍、評價因子和評價目標(biāo)； 大氣污染氣象資料調(diào)查和實測；大氣污染氣象資料調(diào)查和實測； 大氣質(zhì)量資料的調(diào)查及現(xiàn)場監(jiān)測；大氣質(zhì)量資料的調(diào)查及現(xiàn)場監(jiān)測； 大氣質(zhì)量現(xiàn)狀評價；大氣質(zhì)量現(xiàn)狀評價； 大氣環(huán)境影響預(yù)測和評價；大氣環(huán)境影響預(yù)測和評價； 大氣污染綜合防治對策。大氣污

23、染綜合防治對策。5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤污染對生物的影響土壤污染對生物的影響 危害植物生長，導(dǎo)致無脊椎動物和微生危害植物生長，導(dǎo)致無脊椎動物和微生物種類、數(shù)量的變化物種類、數(shù)量的變化;通過食物鏈?zhǔn)刮廴疚锿ㄟ^食物鏈?zhǔn)刮廴疚镞w移，從而間接影響其它高等動物和人類遷移，從而間接影響其它高等動物和人類的健康。的健康。 農(nóng)藥污染農(nóng)藥污染:直接影響（藥害）、間接影響直接影響（藥害）、間接影響 重金屬和微量元素重金屬和微量元素 有機(jī)污染物有機(jī)污染物5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 污染物在生物體內(nèi)含量不同污染物在生物體內(nèi)含量不同 對有機(jī)氯農(nóng)藥吸

24、收量，對有機(jī)氯農(nóng)藥吸收量，洋蔥萵苣黃瓜蘿卜洋蔥萵苣黃瓜蘿卜胡蘿卜胡蘿卜r 污染物在生物體各器官的分布不均應(yīng)污染物在生物體各器官的分布不均應(yīng) 污染物含量一般規(guī)律，污染物含量一般規(guī)律，根莖葉殼果瓤根莖葉殼果瓤3.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤污染的植物監(jiān)測土壤污染的植物監(jiān)測 根據(jù)受污染物影響的植物產(chǎn)生的傷害癥狀、根據(jù)受污染物影響的植物產(chǎn)生的傷害癥狀、生理代謝變化和植物成分的變化，來檢測生理代謝變化和植物成分的變化，來檢測和評價土壤環(huán)境質(zhì)量。和評價土壤環(huán)境質(zhì)量。 可見傷害癥狀：可見傷害癥狀：葉片上傷害癥狀葉片上傷害癥狀； 新陳代謝異常：新陳代謝異常：生長量減少、葉面積縮

25、??；生長量減少、葉面積縮?。?成分含量變化：成分含量變化：含污染污的量含污染污的量； 土壤環(huán)境評價的生物土壤環(huán)境評價的生物學(xué)監(jiān)測一覽表學(xué)監(jiān)測一覽表土壤環(huán)境評價的生物學(xué)監(jiān)測一覽表（續(xù)）5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)土壤環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù) 污染指數(shù)法：污染指數(shù)法：IP=Cm/Co Cm： 污染環(huán)境中植物某種物質(zhì)的實測值污染環(huán)境中植物某種物質(zhì)的實測值 ； Co： 該物質(zhì)在植物中正常含量或標(biāo)準(zhǔn)值該物質(zhì)在植物中正常含量或標(biāo)準(zhǔn)值 。 富集指數(shù)法：富集指數(shù)法：K=Cm/Co Cm： 污染環(huán)境中植物某種物質(zhì)的實測值污染環(huán)境中植物某種物質(zhì)的實測值 ； Co：環(huán)境中

26、該物質(zhì)含量或標(biāo)準(zhǔn)值環(huán)境中該物質(zhì)含量或標(biāo)準(zhǔn)值 。5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤污染的動物監(jiān)測土壤污染的動物監(jiān)測 棲息于土壤中的無脊椎動物受到土壤污棲息于土壤中的無脊椎動物受到土壤污染的直接傷害。染的直接傷害。 蚯蚓對鎘的富集達(dá)蚯蚓對鎘的富集達(dá)22倍。倍。5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤污染的微生物監(jiān)測土壤污染的微生物監(jiān)測 土壤是土壤是“微生物天然培養(yǎng)基微生物天然培養(yǎng)基”。 主要檢查項目：大腸桿菌群值的測定主要檢查項目：大腸桿菌群值的測定 產(chǎn)氣莢膜桿菌的測定產(chǎn)氣莢膜桿菌的測定 嗜熱菌的測定嗜熱菌的測定 芽孢桿菌和非芽孢桿菌的比值芽孢

27、桿菌和非芽孢桿菌的比值5.4 土壤污染的生物土壤污染的生物監(jiān)測和評價監(jiān)測和評價r 土壤環(huán)境質(zhì)量評價土壤環(huán)境質(zhì)量評價r 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 建設(shè)項目和土壤環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查；建設(shè)項目和土壤環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查； 土壤環(huán)境影響的預(yù)測和評價；土壤環(huán)境影響的預(yù)測和評價； 對土壤和土地資源的影響預(yù)測；對土壤和土地資源的影響預(yù)測； 土地利用類型的預(yù)測和評估；土地利用類型的預(yù)測和評估； 土壤環(huán)境保護(hù)和綜合防治對策。土壤環(huán)境保護(hù)和綜合防治對策。5.5 新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)r 新型生物技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測新型生物技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測1）生物傳感器）生物傳感器2）PCR技術(shù)技術(shù)3）核酸探針與基因芯片）核酸探針與基因芯片5.5

28、新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)5.5.1 生物傳感器 用生物活性物質(zhì)做敏感器件，配以換能器構(gòu)成能分析特定物質(zhì)的工具。由生物識別元件和生物轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。 工作原理：待測物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入固定化生物敏感膜層，經(jīng)分子識別，發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息被相應(yīng)的化學(xué)或物力換能器轉(zhuǎn)化為可定量和可處理的電信號，再經(jīng)放大后儀表顯示。 換能器（Transducer）感受器（Receptor）測量信號（Measurable Signal）=分析物（Analyte）溶液（Solution）選擇性膜（Thin selective membrane）識別元件（RECOGNITION）生物傳感

29、器工作機(jī)理5.5.1生物傳感器5.5 新型環(huán)境污染的生新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)物監(jiān)測技術(shù)r 5.5.1生物傳感器生物傳感器生物感應(yīng)膜（分子識別元件）生物感應(yīng)膜（分子識別元件）： 是由對待測物質(zhì)有高選擇性分子識別能力的膜是由對待測物質(zhì)有高選擇性分子識別能力的膜構(gòu)成，決定生物傳感器的功能和質(zhì)量。依所用材構(gòu)成，決定生物傳感器的功能和質(zhì)量。依所用材料可分為酶膜、細(xì)胞膜、免疫膜、細(xì)胞器膜等。料可分為酶膜、細(xì)胞膜、免疫膜、細(xì)胞器膜等。 分子識別元件生物活性單元酶膜各種酶類全細(xì)胞膜細(xì)菌、真菌、動植物細(xì)胞組織膜動植物組織切片細(xì)胞器膜線粒體、葉綠體免疫功能膜抗體、抗原、酶標(biāo)抗原等信號轉(zhuǎn)換與處理信號轉(zhuǎn)換與處理

30、生物傳感器的信號處理方法由生物活性元件引起的變化（生物學(xué)反應(yīng)信息）信號處理方法（換能器的選擇）電極活性物質(zhì)的生成或消耗電流檢測電極法離子性物質(zhì)的生成或消耗電位檢測電極法膜或電極電荷狀態(tài)的變化膜電位法、電極電位法質(zhì)量變化壓電元件法阻抗變化電導(dǎo)率法熱變化（熱效應(yīng)）熱敏電阻法光譜特性變化（光效應(yīng)）光纖和光電倍增管生物傳感器的特點 (1) (1) 測定范圍廣泛。 (2)生物傳感器使用時一般不需要樣品的預(yù)處理，樣品中的被測組分的分離和檢測同時完成，且測定時一般不需加入其它試劑。(3) 采用固定化生物活性物質(zhì)作敏感基元（催化劑），價值昂貴的試劑可以重復(fù)多次使用。(4)測定過程簡單迅速。 (5) (5) 準(zhǔn)

31、確度和靈敏度高。一般相對誤差不超準(zhǔn)確度和靈敏度高。一般相對誤差不超過過1 1。(6)(6)由于它的體積小，可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測，由于它的體積小，可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測，容易實現(xiàn)自動分析。容易實現(xiàn)自動分析。(7) (7) 專一性強，只對特定的底物起反應(yīng)，而專一性強，只對特定的底物起反應(yīng)，而且不受顏色、濁度的影響。且不受顏色、濁度的影響。(8)(8)可進(jìn)入生物體內(nèi)?？蛇M(jìn)入生物體內(nèi)。 (9)(9)傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器，便于推廣普及。析儀器，便于推廣普及。生物傳感器的發(fā)展生物傳感器的發(fā)展n概念（Concept ）- Leland Clark (1

32、956)n尿傳感器（Urea Sensor） - Guibault & Montalvo (1969)n葡萄糖分析器（Glucose Analyser） - Yellow Springs Instr. Co. (1973)n酶熱調(diào)節(jié)器（Enzyme Thermistor） Mosbach (1974)n微生物電極（Microbial Electrodes） Divis (1975)n光纖氧傳感器（Fibre-Optic Oxygen Sensor ） Lubbers & Opitz (1975)nBiostator Clemens et al. (1976)n免疫傳感器（Imm

33、nosensor ） Liedberg et al. (1982)n酶電極（Enzyme Electrode） MediSense Inc. (1987)nBIAcore Pharmacia, Sweden (1991)n納米傳感器（NanoSensor） Vo-Dinh (2000) 生物傳感器的分類生物傳感器的分類 分類方式分類依據(jù)傳感器名稱傳感器輸出信號1、被測物與分子識別元件上敏感物質(zhì)具有生物親和作用。2、底物（被測物）與分子識別元件上的敏感物質(zhì)相作用并產(chǎn)生產(chǎn)物，信號換能器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘枴?、生物親和性傳感器2、代謝型或催化型傳感器分子識別元件上的敏感物質(zhì)1、酶

34、與底物作用2、微生物代謝3、組織代謝4、細(xì)胞代謝5、抗原抗體反應(yīng)6、核酸雜交1、酶傳感器2、微生物傳感器3、組織傳感器4、細(xì)胞器傳感器5、免疫傳感器6、DNA生物傳感器信號換能器1、電化學(xué)電極2、離子敏場效應(yīng)晶體管3、熱敏電阻 4、壓電晶體5、光電器件6、聲學(xué)裝置1、電化學(xué)傳感器2、離子敏場效應(yīng)傳感器3、熱敏電阻傳感器4、壓電晶體傳感器5、光電傳感器6、聲學(xué)傳感器5.5 新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)r 5.5.1生物傳感器生物傳感器 生物傳感器與水質(zhì)監(jiān)生物傳感器與水質(zhì)監(jiān)測測r BOD分析分析r 酚類分析酚類分析r 陰離子表面活性劑分析陰離子表面活性劑分析r 硝酸鹽分析硝

35、酸鹽分析r 水體富營養(yǎng)化分析水體富營養(yǎng)化分析德國研發(fā)的環(huán)境廢水德國研發(fā)的環(huán)境廢水BODBOD分析儀分析儀生物傳感器與大氣監(jiān)測r 二氧化碳分析二氧化碳分析r 二氧化硫分析二氧化硫分析r 氮氧化物分析氮氧化物分析生物傳感器與其他監(jiān)生物傳感器與其他監(jiān)測測r 農(nóng)藥殘留分析農(nóng)藥殘留分析r 污染物急性毒性的檢測（發(fā)光細(xì)菌法）污染物急性毒性的檢測（發(fā)光細(xì)菌法）r 細(xì)菌總數(shù)細(xì)菌總數(shù)5.5 新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)新型環(huán)境污染的生物監(jiān)測技術(shù)r 5.5.2 PCR技術(shù)技術(shù) （鏈?zhǔn)骄酆厦阜磻?yīng)）（鏈?zhǔn)骄酆厦阜磻?yīng)） 特異特異, ,敏感敏感, ,產(chǎn)率高產(chǎn)率高, , 快快速速, , 簡便簡便, ,重復(fù)性好重復(fù)性好, ,易自動化等突出優(yōu)易自動化等突出優(yōu)點點; ;能在一個試管內(nèi)能在一個試管內(nèi)將所要研究的目的將