单子豪，付佳睿

（沈阳师范大学生命科学学院，沈阳 110034）

人的命脉在田，田的命脉在水，水环境质量和水生态系统安全事关人类健康与福祉。自20世纪80年代以来，我国水资源短缺、水生态破坏、水环境污染等问题日益严重，对水环境安全造成严重影响，各类水环境污染呈高发态势，成为民生之患、民心之痛。随着社会发展和人民生活水平不断提高，社会各界对于水资源的需求量也明显上升，但随之而来的水资源污染问题严重困扰社会经济发展和广大人民群众的身心健康，有相当数量的有机物、重金属被排放到水环境中，导致出现较为严重的水体污染现象[1]。解决上述问题的急切程度不断提升。新时代，我国以天更蓝、山更绿、水更清、环境更优美为奋斗目标，大力开展生态文明建设，打造美丽中国。

水环境保护的基础在于水环境监测，主要是定量调查水体环境的变化情况来动态掌握水环境质量，以便为水污染防治与水资源保护提供有效依据。传统的水环境监测方法大多为化学法与物理法，但均难以满足当前水环境监测需求，人们急需采用结果准确、效率高、成本低的新型水环境监测方法[2]。生物监测技术是基于生物学知识来检测环境污染、评价环境污染，目前已经成为环境监测的主要手段，人们可以将其应用到水环境监测中。本文就水环境生物监测方法及应用进行探讨。

1 水环境生物监测方法的重要性与优势

1.1 重要性

传统的水环境监测方法大多通过监测污染物的来源与浓度来反映水质状况，但结果并不全面，既难以诠释水生物与水污染之间的拮抗作用或协同效应，又难以表达水生物受到水污染物的影响程度。通常而言，即便是同种污染物，其在水体中的化学形式也不同，无论是在生物利用性，还是在潜在毒性，抑或是流动性等方面均有较大不同；水环境监测也难以实现从经济、技术等角度来全方位追踪每种污染物。水环境生物监测方法可通过对水环境中污染物的生物利用度进行分析来有效反映其生物效应，揭示其背后所隐藏的风险。除此之外，为了妥善解决日益严重的水环境问题，水环境生物监测方法还可作为水环境化学毒性分析、物理评估的重要补充来源[3]。

目前，常用于监测的生物类型共计有7 大类，一是高等水生植物，主要包括黄花水龙、海菖蒲等；二是微生物，主要包括变形菌门、绿菌门等；三是鱼类，主要包括虎皮鱼、红鼻剪刀鱼等；四是浮游植物，主要包括硅藻门、绿藻门等；五是浮游动物，主要包括扁蜉、石蚕等；六是周生生物，主要包括壳顶幼虫、轮虫动物门等；七是底栖动物，主要包括蚌、贻贝、牡蛎等。

1.2 优势

水环境生物监测方法的优势主要体现在四个方面。一是稳定性，水环境生物监测方法可在同一水域内实现稳定、连续监测；二是长期性，水环境生物监测结果可真实地反映出历史累积的水环境污染状况，尤其是能够反映出慢性毒性的长期效应；三是敏感性，与其他理化监测方法相比，水环境生物监测方法能够较为灵敏地监测出低浓度的污染物，甚至有些生物对微量污染也较为敏感；四是多样性，水环境生物监测方法应用的生物种类繁多，可用于诠释水生生物与水污染之间的拮抗作用或协同效应。由此可见，水环境生物监测方法可对水环境状况进行全面反映，为水污染治理提供真实、详尽的科学基础[4]。

2 水环境生物监测技术的应用

2.1 微生物群落监测技术

水环境中往往会存活着海量的原生动物、藻类、细菌等物质，区域内水环境的质量通常可由其微生物出现频率与数量来反映，微生物群落监测技术也就随之而产生。微生物群落监测技术可以收集水环境中的群落功能信息与群落结构信息，实时评价当前水环境状况，同时可以有效预测其未来发展趋势。微生物群落监测技术的应用时间较早，大都是基于数学计算方式与水体样本来对微生物的分布指数进行有效统计，以正确判断水环境的污染程度。

近年来，随着自然环境的改变与科技的迅猛发展，微生物群落监测技术也取得了跨越式发展，可用于监测的指标数量日益增多，异养性指数、原物种类型、多样性指数等均是常用评价指标。由此可见，微生物群落监测技术既明显提高了水环境监测的科学性，又有效增加了水环境生物监测的精确度，特别适用于监测水体中的内分泌干扰物、有机污染物及重金属等。但是，微生物群落监测技术也存在一定缺陷：监测方法较为复杂，远远没有达到标准化状态，最终的监测结果难以广泛应用[5]。

2.2 生物行为反应监测技术

大自然中存在较多的生物类型，不同生物对自然环境有着不同的反应。一旦自然环境受到污染，某些生物就会出现行为变化或生理变化，生物行为反应监测技术是针对这些行为变化或生理变化而出现的一种环境监测技术，可用于判断环境的污染程度。金鱼、鳗鱼、斑马鱼等均是水环境监测中常见的指示生物，可用于测定水环境中的污染物。以斑马鱼为例，斑马鱼的基因与人类基因较为相似，对生活水质有敏感度较高，一旦生活水质出现变化，就会在较短的时间内反映出来，人们还可基于斑马鱼的反应来确定水质污染程度。与此同时，生物行为反应监测技术还可对水环境中的Pb2+、Cu2+等重金属离子浓度进行测定。例如，斑马鱼在不同的重金属离子浓度环境下会出现不同的反应，这样一来，可对水环境的污染程度进行有效判断。值得注意的是，在自动化技术、计算机技术的推动下，生物行为反应监测技术还可在线实时监测，无疑可在第一时间内对水环境污染进行预警[6]。

2.3 发光细菌监测技术

发光细菌监测技术是应用较为成熟且较为稳定的水环境生物监测方法，主要用于监测饮用水源、自来水厂的水质情况。从目前来看，发光细菌监测技术的主要参考指标是污染物遗传毒性及细胞发光特征，但时常也会通过一系列的检测仪器（水质毒性测定仪等）来测定水质，水质检测结果最短可在3 h 内完成。与其他类型的监测技术相比，发光细菌监测技术的准确度更高、灵敏度更好、便捷性更佳，尤其是在结合了荧光分度法、紫外线分光法之后，监测性能更强。

2.4 两栖动物与底栖动物监测技术

在大自然环境下，两栖动物与底栖动物是极为特殊的生物，两栖动物与底栖动物在水域中的存活数量可以反映水质污染情况。从目前来看，在评价水体重金属污染情况时，人们已经广泛应用了两栖动物与底栖动物监测技术，国内的评价指数常为完整性指数，国外的评价指数常为生物指数（Biotic Index）、有机污染指数（Saprobic Index）。此外，两栖动物与底栖动物监测技术通常还会分析动物的行为与生理变化，以判断水体的污染程度。

2.5 生物传感器监测技术

生物传感器是生物传感器监测技术的关键部件，免疫传感器、DNA 传感器、BOD 生物传感器等均是常见的生物传感器，生物传感器主要由转换部分与分子识别部分组成，其中，分子识别部分包括多种生物活性物质，如组织、微生物、酶、细胞等，转换器部分主要包括场效应管、氧电极、光敏管等。生物传感器监测技术的工作原理在于：可将生物质敏感程度直接转换为电信号，而电信号强度的高低可以体现水环境污染程度，其具备准确度高、专一性强等特点。微生物传感器、BOD 生物传感器是水环境监测中最常用的生物传感器技术，其中，BOD 生物传感器对水质的判断大都是基于溶解氧的浓度，理论研究性较强，但现场监测性较差；而微生物传感器则可对工业废水中的酚成分进行有效测定，还可结合测定结果来掌握水质情况[7]。

2.6 生物测试技术

生物测试技术是指通过生物反应来检测污染物对周边水环境的危害，水污染生物测试目前也被称为毒性试验，其中，急性毒性试验最为常用。急性毒性试验重点研究水体中生物在受到大剂量化学物质一次染毒或多次染毒（染毒时间均为24 h）之后的毒性特征与毒性程度，以便将其作为其他类型毒性试验的参考依据。在不同浓度的受试物中检测生物暴露，必然会出现活性下降、生长抑制等反应现象，根据这些反应现象，人们又可直接构建浓度-效应曲线，真实反映水体污染物的毒性程度。

3 结语

水是大自然最为宝贵的资源，全社会都需要珍惜水资源、保护水环境。当前，国家高度重视环境保护工作，水环境生物监测技术的应用越来越广泛。随着传感器技术、计算机技术、图像视频技术等的迅猛发展，水环境生物监测方法的应用必将越来越便捷化，能够精准监测水体污染物的毒性。