第七章 环境质量的生物监测与评价
理化监测 环境监测
生物监测 理化监测的优势
? ? ?
拥有先进的监测方法和手段
一般能快速、灵敏地分析污染物的种类和数量 一些常规水质参数能做到连续监测
缺点
? ?
大部分的监测项目或参数还是定期、定时的，反映的只是顺时的污染浓度 无法反映多种污染物的综合效应
第一节 生物监测概述
一、生物监测（Biomonitoring）的基本概念
利用生物个体、种群或群落及生态系统等层次上的变化对人为胁迫的生物学
响应反应来阐明环境状况。 二、生物监测的重要性
生物监测具有理化监测所没有的特点和作用即 ▲ 能综合反映环境质量状况 ▲ 具有长期和连续监测的功能
▲ 能直接反映环境变化对生态系统的影响 ▲ 能进行大面积或长距离的监测
生物监测已经从传统的生物种类、数量和行为的描述发展到现代化验
室分析，从单纯的生态学方法扩展到与生理生化、毒理学和生物体残留量分析等领域相结合的研究。生物监测越来越受重视。 生物监测的不足之处：
?
不能测定污染物的种类和浓度
11
? ?
费时间、费人力
需要多方面的专业知识如生态学、分类学、毒理学、生物化学等
第二节 生物对环境污染的监测
生物监测的划分：
▲ 动物监测、植物监测、微生物监测 ▲ 大气污染监测、水污染监测、土壤污染监测 ▲ 整个生物不同层次和内容上的监测 生理生态监测 生物群落监测 遗传学监测 分子标记方法
本节将从生物层次上的监测加以介绍 一、形态结构的监测
在此类监测中，发展最成熟、应用最广的是对大气污染进行生物监测方面。 大气一旦受到污染，生物马上会做出不同程度的反应：
? ? ?
动物生病、死亡或迁移；
植物叶片出现病变，植株生病、死亡； 微生物种类和数量的变化等。
大气污染的植物监测研究和应用较成熟和广泛
许多植物对大气污染反应极为敏感，其敏感程度也因植物种类和污染物
种类的不同而不同。
不同的大气污染物是对植物叶片的伤害症状不同。
二氧化硫 伤斑多半在叶脉间，成点状或块状 （S02） 单子叶植物自叶尖向下呈条状分布 臭氧（03） 伤斑零星分布于全叶，呈白色或桔红色 过氧酰基硝酸酯 （PAN） 叶背面呈银灰色或古铜色
12
氟化氢 伤斑出现在叶尖和叶缘 乙烯 叶下垂（偏上反应） 具体症状还与污染物浓度、接触时间等有关 二、生理生化监测
当外界环境受到污染时，生物的某些生理生化指标会随之发生变化，而且比可见症状反应更灵敏、精确。
（一）利用植物监测：主要监测大气污染
（二）利用动物监测：主要是利用鱼类来监测水污染 生理代谢指标 生化方面的指标 鳃盖运动频率、呼吸频率 血液成分变化、血糖水平 呼吸代谢、侧线感观机能 酶活性变化 摄食量与能量转率 糖类及酯类代谢 抗病力、渗透压调节
如：铅中毒会加速鱼红细胞的沉降、使未成熟红细胞的数量增加 （三）利用微生物监测：
例如大肠埃希菌（E.coli）对光化学烟雾非常敏感，只要几个ng/g就可以导致死亡。如利用芽孢杆菌可监测大气中常见的污染物——多环芳烃。 三、体内污染物及其代谢产物监测
生物可以通过多种途径吸收大气、土壤和水中的污染物，并积累在生物体中的某个部位或组织器官因此，可以通过分析生物体内污染物的种类和含量来监测环境的污染状况。
? ? ? ?
利用地衣和苔藓植物监测 利用高等植物叶片的含污量 利用水生生物体内的含污量
利用人体的某些组织或部位中污染物的含量
四、遗传毒理学监测 基因突变 致突变物 生物体 突变
染色体畸变
13
遗传毒性监测—— 通过致突变试验监测环境中对生物产生遗传毒性的污染物 1、体外基因突变（in vitro gene mutation）试验
▲ 鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法（Ames 试验） 正向突变
野生型微生物 突变型微生物（营养缺陷型） 回复突变（污染物存在时） 检测：野生型可在低营养的培养基上生长，突变型不能
▲ 哺乳动物体细胞株突变试验
2、体内基因突变试验显性致死突变试验
检测外来化合物对动物生殖细胞染色体的致突变作用。 果蝇伴性隐性致死试验 3、染色体畸变试验
染色体数目和结构的变化情况，畸变率越高，污染越严重 染色体单体断裂 双着丝点染色体 染色体粉碎化 染色单体互换
染色体畸变试验可以在体细胞进行，也可以在生殖细胞进行，
▲ 哺乳动物体细胞株突变试验
4、微核试验
▲ 微核：染色体及其断片或核膜受损后核物质向外突起，形成的一个或几个圆
形或椭圆形小体。
▲ 可采用植物细胞和动物细胞
植物微核试验有：紫露草（四分体）微核技术和蚕豆根尖细胞微核技术。该技术已被广泛应用于空气、水体和土壤环境污染（主要是外性诱变剂和物理诱变因素）的监测。
动物微核试验有：骨髓嗜多染红细胞和外周血淋巴细胞的微核技术。
▲ 在一定污染物浓度范围内，污染物与微核率有很好的剂量—效应关系，而且灵
14
敏度高、简便、可靠，已成为一种常用的污染监测方法。 5、姊妹染色单体交换试验（SCE）
很多化学致突变物或致癌物可以大幅度地增加SCE频率，因此，目前这种方法广泛应用于致突变化学物质的监测中。
检测：用一种方法，可以清楚地看到姐妹染色单体互换情况。在深染色的染色
单体上出现浅色片段，浅染色的染色单体上出现深色片段。 五、分子标记 （一）DNA 损伤试验
▲ 非程序性的
DNA 修复试验
▲ 单细胞凝胶电泳（彗星试验）
DNA如果发生断裂，片段的数量和在电场中的行为将发生显著的变化，在形成一个很像“彗星”的图像 ， （二） DNA－加合物的测定
DNA－加合物是化学物质经生物转化后的亲电活性产物与DNA链特异位点相结合形成的共价化合物，其数量和质量是评价污染物影响DNA受损的重要手段。 测定方法有色谱法、免疫法、荧光法、32P—后标记法等 （三）蛋白加合物
蛋白质也可以作为大分子形成化学物质加合物，而且与特定化学物的接触程度有定量关系。
主要是血红蛋白（Hb）形成的加合物可间接反映连接于DNA的加合物。 Hb的生存期在120d左右，所以Hb—加合物可以作为中长期污染暴露的指标。 最常用的测定方法为色谱—质谱（GC—MS）法和免疫法 六、生物群落监测法
生物群落监测法是通过研究在污染环境下，生物群落种类、组成和数量的变化来监测环境污染状况。环境污染的最终结果之一是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一。 环境污染状况
附生植物群落监测法 、土壤生物群落、水体浮游生物监测法、大气污染的微生物监测及水污染的细菌学监测（常规）等
15