现代生物技术在环境监测中的应用探究

摘 要：随着科学技术的不断发展，工业化水平的不断提升，我国环境遭到严重破坏。为此，我们需要加强环境监测工作，以保护环境。目前现代生物技术在环境监测中的应用越来越广泛，它能有效提高环境监测的效果，成为环境监测工作中必不可少的重要技术。本文重点研究现代生物技术在环境监测中的应用优势及具体应用情况，以期为提高环境监测质量提供理论依据。

关键词：现代生物技术;环境监测;应用优势;具体应用

21世纪，科学技术迅猛发展，社会各个领域在科学技术强有力的支持下也得到了快速发展。现代生物技术是生命科学技术发展而来的产物，它是一项通过对生物有机体进行有效研究的技术。该项技术为环境监测工作提供了技术支持，目前被广泛应用的生物传感技术、生物芯片技术等均对环境监测质量的提高起到促进作用。为了更好地满足环境监测的新要求，更好地保护环境，本文针对各种现代生物技术在环境监测中的应用进行深入探讨，希望为相关工作人员提供借鉴价值。

一、对现代生物技术的理解

（一）现代生物技术的定义

现代生物技术又叫生物工程，由多个学科构成，具有很强的综合性。简单来说，它是以现代生命科学（分子生物学、细胞生物学、免疫学、遗传学等）为基础，结合计算机技术、电子技术、工程技术等先进手段，利用生物有机体或其他组成部分，预期性地改变生物特性或制造新产品的一种高新技术。现代生物技术具有准确度高、反应灵敏、操作灵活等特点，使其在各个检测领域具有广泛应用。

（二）现代生物技术的研究内容与发展趋势

现代生物技术以生物有机体为研究对象，以开发生物资源为研究目的，研究内容涉及酶工程、细胞工程、基因工程、微生物工程等，主要包括PCR技术、生物传感器、生物酶、生物芯片等技术。该项技术的操作环境简单，一般在常温常压的条件下对生物进行研究，不会对环境造成生物污染，进而提高资源利用率。就其应用领域而言，主要涉及环境监测、农作物与动物检测、食物检测等，并将在生物制造、生物处理工艺、海洋生物以及新能源领域发挥重要作用。基于该项技术开发的新产品具有纯度高、可靠性强等特点，为今后的发展奠定了研究基础。

二、现代生物技术在环境监测中的应用优势分析

（一）节约成本，经济实用

与传统环境监测方式相比，现代生物技术具有节约成本、经济实用的优势。生物监测的原理是通过观察生物个体、种群、群落等指标，并记录这些指标对环境变化所产生的反应，进而来监测环境质量。而用于环境监测的植物或者微生物种类多、繁殖快、生长迅速，在其生长聚集区即可找到，取材方便，无须花钱即可使用，节约环境监测工作中的投入成本，经济实用。

（二）破坏性弱，连续性强

运用现代生物技术进行环境监测的过程中，许多使用对象、数据多来自生物本身，如动物的排泄物、微生物群落、植物的枝叶等，对生态系统中的生物个体不会造成伤害。另外，现代生物技术还具有连续性强的特点，可利用其对环境污染进行连续的监测。传统的环境监测手段常用定期采样的方式，而这种方式具有即时性与片段性，只能反映采样期间的环境污染情况。而通过现代生物技术能随时采集环境中的各种信息，一定区域内生活的生物能全方位反映环境的变化特征。

（三）反应灵敏，准确度高

某些生物具有特有的生物结构，其对环境具有天然的感知力，对环境变化极其敏感，能快速甄别污染物，令传统的环境监测手段策马难及。人们对这些生物与环境之间的关系进行观察、记录和总结，并利用生物富集和生物积累等效应，提高生物寻找污染物的灵敏性，更好地进行环境监测。同时，利用现代生物技术得到的环境监测数据也具有较高的准确度。传统的环境监测手段只能监测个别个体或某个特例在特定条件下的反应，而通过现代生物技术可对某种生物的整个群体进行监测，记录整个监测群体对所处环境的反应，取得更加丰富的监测数据，进而更加客观、准确地评价环境质量。

三、现代生物技术在环境监测中的具体应用

（一）环境监测中生物监测技术的应用

在土壤监测中常运用动物监测法、植物监测法、微生物监测法。动物监测法即利用土壤内的动物，如对土壤污染比较敏感的蚯蚓，来对土壤进行监测，通过分析蚯蚓体内某种成分的含量来间接检测土壤中的物质成分的含量，进而确认土壤污染程度。植物监测法即依据植物的生长变化来监测土壤污染状况，一旦土壤被污染，植物的新陈代谢会发生变化，呈现出不同的外在特征，如叶子枯萎、烂根、停止生长等，研究人员可对其进行研究，进一步确认土壤污染程度。微生物监测法即分析土壤中某种微生物群落的变化来判断土壤的污染状况。二是在水体污染监测中常运用微生物群落监测法、生物指示法。水体污染后，微生物敏感性较高，因此运用微生物群落监测法来收集微生物群落，准确判断水体污染情况。生物指示法，就是以对水污染物比较敏感的无脊椎动物（如小颤藻、蚊幼虫、颤蚓类等）为指示生物，通过分析它们的生命期的变化及其活动范围的改变，来判断水体污染情况。

（二）环境监测中生物发光检测技术的应用

发光菌具有发光现象，对土壤中的重金属极其敏感，它是生物发光检测技术的重要组成部分，生物发光检测技术可根据发光菌的发光强度来判断土壤中的某些重金属含量，进一步确定土壤污染情况。另外，要想快速准确检测出土壤中的Zn、Cu的含量，还必须依靠荧光菌这一生物材料。与传统的监测方法相比，该监测方法具有快速、简便、灵敏度高等优点，在环境监测中的应用也日益广泛。

（三）环境监测中PCR技术的应用

PCR技术又叫聚合酶链式反应，即在体外模拟DNA的天然复制过程，是DNA的一种体外擴增技术。PCR技术在环境监测中的原理是：利用PCR技术有效检测PCR扩增产物的靶序列和模板核酸，分析环境中某种生物的DNA突变，并采取相关措施解决问题，从而保护环境。利用PCR技术来进行环境监测工作，既能有效检测出环境中的病毒、病原体等有害生物，又能检测环境中的特异性种群，还能测定基因表达。它具有高灵敏度、特异性强、快速简便等优点，克服了传统的监测方式中对样品检测时间长、难以分离培养的困难，在环境监测中的应用越来越广泛，成为环境监测中不可或缺的重要手段。

（四）环境监测中生物酶技术的应用

生物酶技术主要包括生物酶抑制技术、酶免疫测定技术两个方面。其中，生物酶抑制技术就是利用环境污染物（如农药、化肥等）在外部对特定酶的抑制作用，并加入催化特定酶的显色剂，通过显色剂的变化来判断环境中是否存在污染物或污染物存在的比例如何;酶免疫测定技术则是将环境污染物作为抗原，动物体内给予特定的免疫力抗体，根据抗原和抗体在动物体外进行的特异性反应，并加入类似跟踪物的酶，以显示抗原和抗体之间的免疫反应。与传统监测方法相比，生物酶技术环境监测中的应用具有如下优点：一是生物酶技术能直接降解有机物，迅速除去环境中的污染物，提高处理环境污染的效率;二是生物酶技术具有针对性强、节约成本、绿色环保等优点，使得它在环境监测中的应用也越来越广泛。

（五）环境监测中生物芯片技术的应用

生物芯片技术利用芯片能自动、快速、准确地检测成千上万的基因表达形式，使环境监测从根本上得到保证。一些比较敏感的细胞在环境污染物的影响下，可能会发生基因突变，而生物芯片技术可以找出突变基因，分析其与正常基因有何区别，并找出环境中污染物对敏感生物体产生何种影响，据此判断环境污染物产生的生物效应。芯片上固定的样品探针不同，致使生物芯片具有多样性，主要包括细胞芯片、蛋白质芯片、基因芯片等，其中蛋白质芯片与基因芯片能提供更加广泛地信息和数据，在环境监测中应用相对更加广泛。生物芯片技术所运用的芯片具有较强的专一性、稳定性，将其运用于环境监测中，可快速检测出环境中的污染微生物，进一步明确其对动植物、环境的污染。

（六）环境监测中生物传感技术的应用

随着计算机技术、电子信息技术的不断发展，生物传感技术也获得高速发展，主要被应用于环境中酚类污染物、硝酸盐、生化需氧量（BOD）的监测。生物传感器由识别能力的感受器和换能器组成。生物传感技术在环境监测中的原理是：待测物质进入生物活性材料（如抗体、酶、DNA、蛋白质等），经感受器进行分子识别，发生生物反应，产生特有信息，换能器将这些特有信息转换为一系列电信号，并通过仪表放大设备将电子信号输出，记录结果，从而检测出待测物质的浓度。与其他监测技术相比，生物传感技术具有微型化及自动化、灵敏性强、准确度高、特异性强等优点，能快速、有效、准确地进行在线分析，并且可以检测出极微量的环境污染物。目前BOD生物传感器、硝酸盐生物传感器、甲烷生物传感器等在环境监测中的应用前景广阔。

（七）环境监测中金标免疫速测技术的应用

金标免疫速测技术又叫速测试纸条技术，是在克隆技术的基础上发展而来的生物技术，该技术主要用来检测环境中的农药。金标免疫速测技术在环境监测中的原理为：用胶体金标记特异性抗体，促使农药中的某些成分与胶体金的标记进行结合，再利用固化抗原对其进行检测，根据检测点显色的深度来判断农药残留的含量，以保证环境质量。金标免疫速测技术具有特异性强、节约成本、稳定性高等优点，在环境监测领域中得到广泛应用。

四、结语

总的来说，现代生物技术是环境监测的重要手段，将其运用于环境监测工作中，能快速、准确判定环境的污染情况，有效提高了环境监测质量与效率。需要注意的是，现代生物技术在环境监测的过程中，其监测对象存在复杂性和不确定性，增加了环境监测的难度，这就需要我们加快研究，以生命科学的理论和实践为指导，不断创新现代生物技术，深入探究生物形态、数量、种类与生态环境之间的关系，积极研发先进的现代生物技术，进而有效发挥现代生物技术在环境监测中的作用，更好地促进环保事业的健康发展。

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作者简介：宋国欣（1981— ），女，汉族，河北定州人，硕士，工程师，研究方向：环境检测。