现代生物技术在环境监测中的应用

摘 要 在对现代生物技术研究的内容和特点进行论述的基础上，对现代生物技术在环境监测中的应用进行了较为详细的分析。

关键词 环境监测；生物技术；环境科学

中图分类号 X8 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0182-01

现代生物技术是以生命科学作为理论基础，利用生物有机体或者是其组成部分的工程技术原理，来开发新产品和新工艺的一种综合型学科体系。现代生物技术具有和其他现代高新技术相同的主要特征，诸如开发周期短、效益高的特点，从现阶段来看已经突破了基础的理论研究阶段，从20世纪70年代以来开始逐步进入技术应用阶段。随着现代生物技术理论研究的不断深入，其应用的范围得到了进一步的拓宽，其不但在食品工业、高新技术农业、药品和发酵工业中得到了广泛的应用．同时还在环境科学及环境监测评价及防治中发挥着极其重要的作用。可以预见，现代生物技术必将成为环境科学中重点应用的技术和手段。

1现代生物技术的研究内容和特点

现代生物技术是以DAN技术作为研究先导，包含微生物工程、酶工程（发酵工程）、细胞工程、基因工程、蛋白质工程以及生物修复技术在内的各种生物高新技术的一个统称。其所包含的内容都具有其自身特定的理论基础，研究领域和应用范围，但这几个生物技术之间又能够相互补充和衔接，是一个相互补充的完整的学科体系。

现代生物技术的研究特点主要是：1）是以生物作为研究的对象，生物技术不过多地依赖于地球上的有限资源，主要在于对再生资源的开发和利用；2）研究环境相对简单可行，生物技术的研究基本上都是在常温、常压下进行，研究过程相对简单，可实现连续化操作，同时具有良好的环境友好性，能有效地节约能源，减少对环境的污染；3）利用生物技术开发的生物制品具有纯度高、质量优和安全可靠的特点，是未来新产品开发的一个新途径；4）能有效的解决传统技术下不能予以解决的难题；5）能根据人类的需求对生物的品种进行合理的改良，创造出更加具有经济价值的生物类型。

2现代生物技术在环境监测中的应用

2.1生物传感器技术

随着现代学科领域的不断拓宽，各个学科之间不断出现交叉和融合，其表现就是以DNA重组技术为代表的现代生物技术正不断的在环境监测领域中得到广泛的应用，形成了一个新的现代生物监测技术分支。在现代生物环境监测行业中，现阶段被广泛采用的是一种将生物反应转化成为电信号的生物传感器技术。

生物传感器技术的基础是固定化细胞核和固定化酶技术，在其中采用生物学元件作为功能性识别元件，在对被测物进行识别和感知之后将其按照一定的规律转化成为能够被识别的电子信号，再通过电子信号装置及设备来对其进行控制。生物传感器的工作原理可以概括为：生物组分在和被测对象发生相互作用后，通过电子元器件的采用来将被测对象检出，然后将其转化成为能夠被检测到得电子信号。

目前，生物传感器在环境监测过程中已经起到了至关重要的作用。其设计和应用的理论基础是固定化生物层和目标污染物之间的专一性作用。特别是基于生物催化与免疫原理的生物传感器在环境监测过程中得到了最为广泛的应用。

2.2基因探针和PCR技术

近几年来，国内外学术领域关于核酸探针及PCR（聚合酶链式反应）技术在环境监测当中的细菌和病毒检测中应用的报道日渐增加。采用非放射性核酸探针对细菌和病毒检测过程表现出的灵敏度及特异性基本上和放射性同位素标记探针的灵敏度具有相当。同时它使得核酸杂交技术在对各种微生物进行检测的过程中更加安全、可靠和快速。目前已利用核酸探针来对水环境中的致病菌，诸如大肠杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌和耶尔森氏菌等的检测过程中已经相当的成熟。同时，核酸探针检测技术也在乙肝病毒、AIDS病毒等的检测过程中得到一定的应用。

PCR技术主要用于当前还不能够进行培养的微生物检测当中，尤其是对于水样中细胞的检测灵敏度较高。例如，采用PCR技术对环境水样中的肠道细菌或者是大肠埃尔氏菌进行检测时，其灵敏度相当高，100mL水样中即使只含有一个指示菌也能被检测到，而且检测时间相当短，基本上几个小时内就能完成检测工作。PCR技术在检测的过程中不但可以对单一的肠道病菌进行检测，而且还可以同时对多种病毒进行检测，例如水样中的军团菌属就能够采用PCR和核酸探针进行检测。

2.3酶免疫监测

酶免疫监测（enzyme immunoassay．EIA），是根据抗原和抗体反应产生高度特异性的特点，将酶作为标记物，和已知的抗体相结合，在不对其免疫特性产生影响的情况下，将酶标记物的抗体作为一个标准化的试剂来对未知抗原的特性进行鉴定，然后通过比对来确定抗原为何种病菌或者病毒。其中，酶联免疫吸附检测（ELIAS）是当前使用最为广泛的一种监测方法，ELIAS是在EIA的基本原理上而发展起来的一种固相免疫技术，其采用的试剂盒是基于竞争吸附方法开发出来的，能在实验室及野外检测中加以采用。现在所开发的自动化EIA监测技术能够在测试水样中采用流动注射的方法，将特定的抗体固定在膜上，然后将试剂输入，通过检测膜，透过膜的溶液对酶产物进行荧光测定。

2.4生物芯片技术

生物芯片是一种采用微电子技术及微加工技术，将生物探针分子固定于硅片、玻璃片、凝胶、塑料片或者是尼龙膜等固相介质的表面，然后构建成为一种微型的生物化学分析体系。它能够实现对细胞、蛋白质、DNA和相关的生物组分的快速、准确和大信息量的检测功能。

在环境监测应用领域中，监测人员能够利用生物芯片来对污染性微生物和有机化合物等进行快速的检测，避免其对环境、人体造成污染与危害。主要应用于水质控制、药物检测、食品添加剂和化学品毒性检测等环境监测过程中。同时，还可以利用生物芯片技术快速的检测出常见的几种致病菌。

2.5PCR—DGGE技术

DNA分子中AT碱基对和GC碱基对的键间结合能力不同，这就导致不同序列的DNA分子需要的解链温度是不一样的，透光石所需要的解链变性剂的浓度也不一样。当DNA分子在含变性剂的聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳时，不同序列的DNA片段将在其各自相应的浓度下发生变性，进而形成往三个方向进行延伸的片段，由于不同序列的DNA片段滞留在凝胶的不同位置，染色之后将能看到明显的谱带。

PCR—DGGE技术克服了传统的微生物学方法的局限性，该技术在环境微生物群落的结构分析中发挥出了重要的作用。

3结束语

随着技术的不断发展深入，环境监测技术同样向着更加精细、更加准确和灵敏的方向发展。在这个过程中，要加强学科间的交流和渗透，将学科作为一个整体发展，推动生物技术在环境监测中发挥出更加重要的作用。

参考文献

[1]冯继光,等.现代生物技术在环境监测领域的应用及展望[J].科技信息.2008,18.

[2]陈国栋.生物技术在环境监测领域的应用[J].科海故事博览·科技探索.2010,6.