生物标志物监测环境污染研究新进展
广东化工 2010年第4期· 150 · https://www.wendangku.net/doc/6710002291.html, 第37卷总第204期
生物标志物监测环境污染研究新进展
姜元臻
(中山市环境监测站，广东中山 528400)
[摘 要]生物标志物在环境污染监测方面的应用日益重要，文章侧重于对生物标志物在此方面的应用进行全面阐述，包括：生物标志物的定义及分类，生物标志物的特征及优势，生物标志物在检测环境污染的应用，最后还提出了生物标志物在环境监测方向的展望。
[关键词]生物标志物；环境污染；生物监测
[中图分类号]O65 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)04-0150-03
New Advances of Study on Monitoring Environmental Pollution by Biomarkers
Jiang Yuanzhen
(Zhongshan Environmental Monitoring Station, Zhongshan 528400, China)
Abstract: Biomarkers is becoming more and more important in the application of environmental monitoring. The article focased on a comprehensive exposition of biomarker application in this regard, which included definition and classification of biomarker, characteristics and advantages of biomarker, biomarker’s application in the detection of environmental pollution, finally made an outlook of biomarker in the direction of environmental monitoring.
Keywords: biomarker；environmental pollution；biomonitoring
1 生物标志物概述
1.1 生物标志物的定义
目前，中国的环境监测工作还主要是针对环境中化学成分的存在量进行检测。物理化学监测虽然能清楚地知道环境中各化学成分的具体含量及其变化，但却不能直接反应环境对生物所造成的毒害作用。另外，由于环境中的许多污染物含量很低，相互混合，体系复杂，仅用化学因子监测的手段往往不能够全面的反映环境的污染状况。在环保观念日益增强的今天，社会对环境评价的全面性和准确性的要求也日益增高，这就要求建立一个综合的、多手段的、多参数的环境监测体系以实现快速、高效、准确地对环境状况作出全面的评价。而生物监测正好补充了理化监测的不足。
生物标志物是生物体受到严重损害之前，在分子、细胞、个体或种群水平上因受环境污染物影响而产生异常变化的信号指标。一种标志物应能敏感有效地反映出生物体发生严重损伤之前的生物变化，并能准确评估生物体所处的污染状态及其潜在危害，为环境污染提供早期警报。随着分子生物学理论和技术的迅速发展，生物标志物(biomaker)的研究作为一个崭新的领域逐渐引起了国内外共同关注[1]。1987年美国国家科学院首先将生物标志物定义为由生物体或样品可测出由外来化合物导致的细胞学或生物化学组份或过程、以及结构或功能的变化[2]。Benson和DiGiulo[3]认为生物标志物是在生物个体所测得的生物化学、生理学或病理学反应，而这些生物学反应能给出环境污染物的暴露，或由暴露所引起的亚致死效应资料。
生物指示物(Bioindicators)自上世纪70年代污染生态学中出现并一直沿用至今。最初只是将耐污的生物物种称为指示生物(Indicator species或Bioindicator)，随着污染生态学的野外研究和实验室毒性试验研究，逐渐将生物指示物的应用范围扩大至污染生态学的不同生物学组织层次，小至分子水平，大至生态系统结构与功能，包括发生在分子、生物化学、生理、病理组织、生物个体、种群、群落和生态系统等不同生物学组织水平上的生物学效应，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。简单地讲，生物标志物就是可衡量环境污染物的暴露及效应的生物反应。一个理想的生物标志物应具备化学特异性，能够微量鉴定、试验费用低廉、检验快速，与环境样品中污染物有量的相关性等。寻找理想的生物标志物一直是环境监侧、环境毒理学及环境医学领域研究的重要内容。
1.2 生物标志物的分类和各种类型的生物标志物
从功能上看，生物标志物一般可分为三类[4]，即暴露生物标志物(Biomarkers of exposure)，反应或毒性效应生物标志物(Biomarkers of responser or toxic effect)，易感性生物标志(Biomarkers of susceptibility)。
1.2.1 暴露生物标志物
暴露生物标志物指示机体经化学品的暴露，即污染物引起的物体的反应，如指示对重金属暴露的金属硫蛋白(MTs)，但此类标志物不能指示污染物的毒性效应，有助于研究生物对化学分析方法很难检测到的的环境中的不稳定化合物的暴露。暴露生物标志物一般依靠测定体液和组织中特定化学物质或者其代谢物，或者与生物分子相互作用形成的产物。
1.2.2 反应或毒性效应生物标志物
效应标志物是指在一定的环境暴露作用下，生物体产生相应的可测定的生理生化变化或其它病理方面的改变，即指示污染物对生物体健康状况的损害效应，如指示DNA损伤的DNA 加合物(DNA-adducts)，它可能是生物机体中某一内源性成分或测定机体功能容量，产生疾病或障碍的改变等。确定化学物质的生物学效应的生物标志物很多，从最简单的标志物如监测体重变化至复杂的标志物如采用免疫化学技术测定特定同功酶[5]。酶活性抑制持久，因此，可作为重要的效应生物标志物。如血细胞数和血细胞损伤的检测可提供各种资料，出现姊妹染色单体交换指示染色体潜在损伤，可由环氧乙烯暴露引起；缺乏特有淋巴细胞指示免疫抑制，可由二恶英(TCDD)等化学物质引起。HSP70家族是序列最保守并且对污染物的应激反应最为显著的一类应激蛋白。沈骅等[6]以鲫鱼为实验动物，Cu，EDAT-Cu，Zn，Pb，Cd，染料橙(HC Orange 1)及两种金属同时进行长期低浓度暴露，在不同浓度下，应激蛋白HSP70被不同程度地诱导，并有明显的剂量效应关系。研究发现，在低于国家渔业水质标准的浓度下，HSP70仍然有显著的诱导表达，说明水体中污染物在低于现行渔业水质标准的浓度下，长期暴露仍然会对鱼类产生一定的损伤。HSP70比传统的生长、繁殖等生物指标更为敏感。
1.2.3 易感性生物标志物
易感性标志物是指当生物体暴露于某种特定的外源化合物时，由于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能
[收稿日期] 2009-07-31
[作者简介]姜元臻(1982-)，男，山东人，硕士，主要从事环境监测方面的工作。
2010年第4期广东化工
第37卷总第204期https://www.wendangku.net/doc/6710002291.html, · 151 ·
力的一类生物标志物，可指示生物个体对污染物的敏感性。在污染物与生物体相互作用过程中，机体因素是很重要的，性质与剂量相同的污染物对不同的个体可能出现迥然不同的反应，这取决于受作用个体的敏感性一。
一般地各个层次的生物组织，小到微观分子，大到生态系统，在污染物的作用下，都有各自相对应的污染效应及相应的生物标志物。如水藻的种类、数量、结构等可以指示水体污染程度。但生物标志物的研究多集中于分子或细胞水平，种群、群落和生态系统层次上的生物标志物正处于研究的初始阶段。
1.3 生物标志物的特征
1.3.1 特异性
对特定有机污染物或重金属的暴露，有特定生物标志物。因此这些标志物对污染状况具备诊断作用。进一步了解相应的分子反应，并与更高层次的生态危害建立关联，生物标志物便可提供专一性的预报(prognostic)功能[7]。
1.3.2 预警作用
污染物与生物体之间所有的相互作用都始于分子水平。生物标志物的产生是对污染物暴露的早期反应，因此这类标志物成了污染物暴露和毒性效应早期警报的指示物[8]。
1.3.3 广泛性
具体表现在3个方面，从微观分子到宏观生态系统，生物标志物在各个不同层次的生物组织上体现着污染物和生物之间的因果关系；一般来说生物体之间的共性在分子水平上最大，所以许多分子生物标志物，如MT和DNA加合物，可广泛应用于各类生物[9-10]生物标志物既可用于实验室研究，也可用于现场实际监测。而污染物的毒性活体鉴定，检验对象受限于较小的范围，很难推广到野外测试中。
1.4 生物标志物的优势
与其他方法相比，生物标志物的最大区别在于可以确定污染物与生物体之间已发生的相互作用，测定的是污染物的亚致死效应(sublethal effects)。与其他方法相比，生物标志物的优势主要有一下7个方面[11]。
(1)能够了解生物有效性的污染物质在时间和空间上的累积效应，而不是像化学分析难以摆脱抽验的属性。故不容易因异常天气状况或工厂间歇排放带来监测结果的显著变异。
(2)可确定环境污染物与暴露和风险的对应关系。通过生物反应的特异性，从机理上了解对生物体的危害性影响，建立因果关系，这对于处理环境事件时澄清法律责任是至关重要的。
(3)应用于不同生境或不同营养级的物种，可以揭示污染物的不同暴露途径，这将有益于确定监测方案的优先次序，并为采取何种干预和补救措施提供科学依据。
(4)毒性活体鉴定法虽然反映了特定污染物的相对毒性，但很难将实验室数据外推至野外的条件。许多影响因素，如化学形态、吸附/吸收、污染物在食物链上的富集以及毒性作用的亚致死效应等等，无法在短期试验中测定。而应用生物标志物可以部分地解决上述问题。
(5)对应在环境中易代谢、去除的污染物，如PANs和有机磷化合物，生物标志物能同时指示母体化合物和代谢产物的暴露和毒性效应。
(6)能够表现混合污染物之间相互作用的累积效应。
(7)将不同层次生物组织(从分子到种群、群落)所采用的一系列测定和研究加以整合，通过生物标志物的短期变化就有可能预测污染物长期的生态效应。
2 生物标志物在检测环境污染的应用
2.1 选择生物标志物的原则[4]
所选择的生物标志物必须具有一定的特异性、稳定性和足够的灵敏度，所选标志物的水平与外接触水平要有剂量-反应关系，在无害效应接触水平下仍能维持这种关系并且分析的重复性及个体差异都在可接受的范围内。此外取样时最好对人体无损生，能为受试者所接受。
2.2 生物标志物常用测定方法[12]
2.2.1 32P-后标记法
32P-后标记法是分析DNA加合物的方法，越来越普遍，该方法包括以下几个步骤:(1)DNA酶解成脱氧核苷-3’-磷酸；(2)加人核酸酶，使正常单核苷酸的3’端去磷酸化，而加合的单核昔酸可抵制该作用；(3)用［32P］ATP和多聚核苷酸酶标记加合物核苷酸以产生脱氧核苷-3’,5’-二磷酸；(4)分别经过高分辨率的薄层层析进行分离分析，使加合物和正常核酸分离，并用放射自显影绘制加合物显影图或液闪定量。此法灵敏度高，需要的DNA少，且不需事先知道加合物的组成。
2.2.2 免疫学方法
目前最常用的免疫学方法包括放射免疫学方法(RIA)、酶联免疫吸附法(ELISA)和超敏感酶放射免疫法(USERA)。USERIA比ELISA更加灵敏。目前很多灵敏的免疫学方法能检测到特殊的加合物。免疫学方法在处理大量的样品时具有简便、经济的优点。但是，无论是生产多克隆抗体还是单克隆抗体都需要付出很大努力，而且特异性的抗体可能与结构相似的化合物发生交叉反应，因此检测加合物时不能反映出单个化合物的特异性，在分析结果时需要注意。
2.2.3 色谱/质谱法
质谱与毛细管气相色谱(CGC)的联用是目前灵敏度最高的技术之一。然而多数被修饰的碱基、核苷酸沸点较高，采用CGC法时必须先将其衍生化。另外近年来采用快原子轰击(FAB)法将DNA加合物离子化，并将质谱与液相色谱分离技术结合使用，同时毛细管区带电泳(CZE)与质谱联用检测DNA加合物技术也得到了发展。
2.2.4 荧光法[13]
一些污染物可诱导生物体内某种酶活性的改变，该酶可能会促使其特异性反应发生而产生荧光性物质，通过测定其荧光强度就可以定量检测这些异生物质的种类和浓度。常用技术有同步荧光法、低温激光法和激发-发射荧光法等。EROD(7-乙氧基-3-异吩噁酮-脱乙基酶)生物测试法是目前研究较多，并广为采用的一种荧光法[14]( Chen Guosheng et al，1997)。一些异生物质如PAHs、PCBs、PCDD/Fs等对生物体内键联芳烃受体(Ah receptor)具有高度亲和能力，并且能专一性地诱导细胞色素P450，激发P4501A1酶活性，依赖于P4501AI的EROD酶活性也相应增强，使7-乙氧基-异吩噁唑(ERF)脱去乙氧基生成荧光性的7-羟基-异吩噁唑(RF)，通过测定RF浓度可以得到这些异生物质的剂量效应关系。该方法适合于对环境样品中PAHs，PCBs，PCDD/FS类化合物进行快速定量筛选。目前该方法所需的所有试剂均为市售品，而且已经实现了自动化检测[15](Coksvr A A，J.Sci，1992)。
2.3 几类主要污染物的生物标志物[16]
2.3.1 重金属的生物标志物
2.3.1.1 金属硫蛋白(MTs)
MTs为富含半胱氨酸的低分子量蛋白质，具有调节内源性金属平衡、对重金属污染物解毒、清除自由基和参与某些应激反应的作用，对于重金属胁迫具有特异性，其作为重金属尤其是暴露的生物标志物已经得到广泛的应用。鱼体内的MT与水环境和鱼体组织中重金属之间有显著相关性。因此，MTs既可以作为重金属胁迫的暴露标志物又可以作为其效应标志物。
2.3.1.2 抗氧化酶类
抗氧化酶类主要有超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸专一性过氧化物酶 (APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)。重金属离子影响或阻断呼吸链、电子传递链、酶促反应等体内正常生理代谢，导致活性氧自由基增加，从而诱导抗氧化酶类活性增加，故抗氧化酶类也被用作重金属污染的生物标志物。
2.3.1.3 还原性谷胱甘肽(GSH)
GSH可发生Haber-Weiss反应，从而可降低羟自由基的形成；GSH-S 转移酶与脂类过氧化物结合利用GSH氧化一些过氧化物(过氧羟酸)；还原性谷胱甘肽在GSH-S转移酶作用下与毒物结合，降低毒性。因此，在重金属离子进入生物体后产生氧化胁迫后，除抗氧化酶类被诱导表达外，GSH含量也会发生变化。在植物体内，GSH，还可形成(( y-谷氨酰-L-半胱氨酰)n-
甘氨酸，n=2～7)结构，其合成可被铜、锌、铅、镉等金属促进，是植物重金属抗性的重要标志物。
2.3.1.4 外周血清转氨酶
重金属元素沉积于动物肝脏会损伤肝脏细胞，使肝脏中转氨酶释放进入血液，从而外周血清转氨酶活性升高。外周血清转氨酶是肝脏细胞损伤的重要标志，是一种非特异性生物标志物，除重金属外，有机污染物也会引起其活性的升高。
2.3.1.5 免疫标志物
很多研究表明，生命非必需的元素如Cd、Pb、Hg的暴露均抑制动物免疫功能，而免疫抑制和生物体抗性的下降之间有很好的相关性。但重金属也具有免疫刺激作用，从而产生自体免疫响应或自体免疫疾病，如Cd 和Hg 的慢性暴露可以引起免疫介导的肾小球性肾炎。有报道自体抗体以及相关的免疫响应可以作为Cd、Hg 等重金属早期毒性响应的有效生物标志物。Cd作用于淋巴细胞主要诱导PBA(B 细胞多克隆活性)包括B细胞增殖形成自体抗体如ANA、anti-DNA等的激活，但其作用机制还不是很明确。另外，巨噬细胞也可以作为重金属暴露的非特异性免疫标志物。目前，重金属的免疫学生物标志物进一步确立和完善仍需对免疫机制进行探索。
2.3.2 有机磷农药的生物标志物
2.3.2.1 胆碱酯酶(ChE)
胆碱酯酶是神经毒性物质如有机磷农药和氨基甲酸酯农药的敏感指标。其中最突出的就是乙酰胆碱酯酶(AChE)。乙酰胆碱酯酶主要参与突触的信息传递，目前已被广泛用作有机磷农药极性接触的效应生物标志物。血浆丁酰胆碱酯酶比乙酰胆碱酯酶对有机磷农药更敏感，但丁酰胆碱酯酶的抑制与血或脑中乙酰胆碱酯酶已经中毒状况或体征没有联系，故只作为有机磷类农药接触的暴露生物标志物。
2.3.2.2 对氧磷酶
对氧磷酶不仅能水解对氧磷，还可水解其它有机磷酸酯、许多芳香族羧酸酯和氨基甲酸酯等，是有机磷农药生物检测的易感性生物标志物。
2.3.2.3 烷基磷酸酯
大多数有机磷农药可在体内代谢成为一种及一种以上的二烷基磷酸酯。这些产物通常可在接触后24～48h 内在尿中出现，可作为有机磷农药的生物检测的暴露标志物。烷基磷酸酯近期和低水平接触较敏感，但分析复杂。
2.3.2.4 其它标志
脊柱、脊索等组织的病理变化一般不受生物体自生状态以及正常环境影响，而大多与污染物或不良环境条件有关。Karen 等在通过毒死蜱(Chlorpyrifos)的短期间歇式暴露对低鳉(Mummichog)的脑乙酰胆碱酯酶和脊柱的发育的研究中，发现低鳉脊柱的伸长长度对毒死蜱的敏感程度较高，建议可以作为有机磷类农药的生物标志物。蚯蚓的溶酶体中性红保持时间(NRRT)也被建议作为土壤有机磷酸酯农药污染的生物标志物。在实验室和半野外试验中，蚯蚓的溶酶体中性红保持时间对毒死蜱和二嗪农两种农药都很敏感，暴露中溶酶体中性红保持时间显著下降。
2.3.3 多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)等的生物标志物 2.3.3.1 混合功能氧化酶(MFO)
混合功能氧化酶的活性诱导剂主要有三类：药物诱导剂苯巴比妥型；致癌物诱导剂3-甲基胆蒽型(主要包括苯并a芘等多种PAH)；甾族诱导剂。与细胞色素P450相关的混合功能氧化酶活性对PAHs、PCBs 等有机污染物极为敏感。鱼肝细胞色素 P4501A1(CYP1A1)作为有机污染物的生物标志物已经大量应用于野外现场研究。在鸟类、淡水蟹和野生啮齿动物的调查以及大鼠试验中，CYP1A1水平及相应酶活性与脂肪中积累的PCBs或TEQ(toxic equivalents)相关性很好，同时在野生啮齿动物的调查中除CYP1A1外，CYP2B、CYP2E1也受到诱导。目前在CYP1A1 的检测中常用的指标有7-羟乙基试卤灵正脱乙基酶(EROD)、苯并芘羟化酶(BPH)等。
2.3.3.2 谷胱甘肽转移酶(GSTs)[17](王晓蓉等，2005)
GSTs存在于所有的动物体中，肝脏是脊椎动物体内GSTs 的主要存在场所。PAHs、PCBs均可诱导GSTs的表达。哺乳动物以及不同水生动物经PAH，处理后肝脏GSTs活性均有显著升高。研究发现[18](刘慧等，2005)，Cu在低于我国现行渔业水质标准时 (0.01mg·L-1)，就能对 GST产生显著诱导，表明GST对 Cu反映敏感，有潜力成为指示 Cu污染的生物标志物。
2.3.3.3 超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化酶(GPx PAHs、PCBs)
PAHs、PCBs 在生物体内进行转化时，还同时产生氧化还原循环，生成大量活性氧，诱导抗氧化防御系统酶的活性。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化酶等均可作为PAHs、PCBs 的防护性效应生物标志物。
2.3.3.4 DNA加合物
PAHs、芳基胺等经代谢而产生亲电活性产物，与DNA链特异位点形成共价加合物。DNA加合物的产生常导致突变的出现和肿瘤的形成，是化学癌变的初始阶段。DNA加合物指示了环境中污染物对遗传物质的影响，对于从本质上评价生物在环境胁迫下的健康以及种群的生态变化具有积极意义。在PAHs的暴露中DNA加合物作为其标志物已经得到很好的建立。在水生生物检测中DNA加合物与PAHs暴露的相关性远好于生物有机体中 PAHs含量与PAHs暴露的相关性。另外，血红蛋白(Hb)在一定程度上可替代DNA用于加合物的检测。
2.3.3.5 代谢产物
在PAHs的接触暴露中，一些研究者建议采用尿中1-羟基芘为其生物标志物。尿液中污染物及其代谢产物作为暴露生物标志物敏感性高，能够揭示低剂量的接触如尿中苯含量(UB)等[19-20](Potter J，et al，2001；Waidyanatha S，2001)，在很多情况下可以表征污染物发生分子水平效应之前污染物暴露的情况，但对分析检测要求高，分析方法有待于进一步发展，故还不能广泛应用于污染物暴露的生物检测[21](Jongeneelen F J，2001)。
3 生物标志物在环境污染监测方面的展望
生物标志物不仅可以用来评价环境污染物的危害性，其应用前景主要表现为以下两个个方面。(1)监督和管理。对敏感和重要的生态系统进行日常监测，生物标志物在暴露水平和生态效应上，为评估该系统的现状和长期趋势提供定量数据。(2)生态恢复。生物标志物可作为评价生态恢复效果的测试手段。
尽管生物标志物有其独特的优点和广阔的发展前景，但其本身也有缺陷和不足。生物体内具有自身修复机制，这增加了生物试验出现假阴性的几率。多数生物标志物缺乏特异性，因而也会增加生物试验出现假阳性的几率。生物标志物还存在着物种间的差异和个体间的差异，这些因素会影响试验的灵敏度和重现性.再者，生物标志物反映的是整个试验体系的综合结果，因而，试验结果特别容易受到多种因素的干扰而出现偏差。因此，生物标志物作为环境污染监测的手段不是万能的，还应结合物理化学分析等方法，才能对环境污染进行全面监测。
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泥进行闷曝气使已经厌氧消化的污泥，逐步转向好氧状态，缓慢的适应焦化废水进水水质。
(2)第二阶段(6月19日～7月20日)系统在低负荷状态下开始进水，为防止前期启动过程中受进水条件的负荷冲击，工艺系统采用设计的满负荷运行下的稀释水量、污泥回流比、混合液回流比均采用同等处理水量的最大回流比，加强来水中带有的易降解有机污染物质的充分混合，为后续的缺氧—好氧微生物的降解创造很好的前提条件。
(3)第三阶段：(7月21日～8月31日)针对上一阶段出现的问题，积极的与蒸氨工段联系，对蒸氨控制条件进行调整后，蒸氨废水来水水质基本上达到设计进水要求。在此阶段：通过观察，A-A-O 反应池运行情况逐步好转，出水各项指标基本上达到或接近二级排放标准。
2.3 活性污泥培养驯化的成熟过程
2009年6月16日，该厂的污泥微生物的培养驯化开始，经过将三个月时间的试运行调整，基本具备稳定运行条件。所表现为活性污泥培养成熟的条件如下：
(1)出水水质大幅度提高。处理后出水COD 均在80～150 mg/L ，
NH 3-N 在5～10 mg/L ，
酚在0.04～0.5 mg/L ，出水水质感观极好。 (2)污泥量在保持平衡的基础上，逐步缓慢增长。MLSS 浓度维持在2000 mg/L 。
(3)污泥沉降性能良好。表现为曝气结束气，活性污泥能呈现似棉花状的絮体，絮凝、聚集，然后逐步分层沉降，此过程大约10～20 min 即可。
2.4 运行效果图
510152025
30N H 3-N 浓度/(m g .L -1
)
时间
/
d
图2 工艺系统出水NH 3-N 浓度变化
Fig.2 Change of NH 3-N concentration of outlet water in craft
由图2可知，该工程选用的A-A-O 处理工艺对焦化废水
中的有机污染物具有很好的降解作用，如果进水水质没有严重
超出系统所承受的范围，通过系统运行方式的调整，可以完全稳定的运行。由于调试期间厂区的循环水排污、锅炉水热电厂污等通过无压管路进入生化系统，对系统内的COD 、NH 3-N 、酚形成稀释作用，但同时形成了进水水质的波动很大。
3 焦化废水的NH 3-N 降解过程参数的控制
3.1 温度
由于本工程系统的有压废水(蒸氨废水)的水温在50～60 ℃，经过与无压废水在调节池混合后水温基本上在30～35 ℃，这样在缺氧池、好氧池内水温可基本上维持在20～30 ℃。
3.2 pH
硝化菌对pH 十分敏感，亚硝酸细菌和硝配细菌分别在pH 为7.0～7.8和7.2～8.1时的活性最强[3]，如果超出后，其活性下降、降解速率降低。在工艺系统的缺氧池反硝化菌的生长最适宜的pH 在7.0～8.5，在此范围内，反硝化速度最快，系统的脱氮效果最好。
3.3 F/M
本工程运行中系统的污泥负荷(SLR)基本上在0.1～0.2范围内，这样给硝化菌的新陈代谢及正常生长创造了条件。
3.4 混合液回流比(R)和污泥回流比(r)
本工程运行中混合液回流比控制在300 %～350 %。考虑在一级好氧段为高负荷区，污泥回流量为60 m 3/h 时：缺氧池回流40 m 3/h 、一级好氧回流20 m 3/h 。
3.5 溶解氧(DO)
因此工艺系统运中，缺氧段的DO 控制在0.5 mg/L 以下，一级好氧段的DO 控制在2～4 mg/L 。
4 总结
(1)开工调试的焦化废水处理系统经100多天调试运行，出水达到国家污水排放二级指标。
结果证明，焦化废水处理系统采用A 2/O 生物脱氮处理工艺，对COD Cr 和NH 3-N 的去除率分别可达96 %和99 %。
(2)硝化和反硝化细菌对环境变化十分敏感。 虽然系统有一定的耐冲击负荷能力，但对长时间处在氨氮波动状态下的超负荷运行，硝化反应缓慢，常常NO 2-N 积累偏高，使调试停留在亚硝化阶段。
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(本文文献格式：姜元臻．生物标志物监测环境污染研究新进
展[J]．广东化工，2010，37(4)：150-152)
环境污染对生物影响课程设计
环境污染对生物影响课程设计 [教学目标 ] 1．以酸雨为例,说明人类的破坏性活动造成的环境污染对生物的危害。 2．设计并完成酸雨对生物的影响的探究实验。 3．培养学生的科学探究、创新实践、发散思维、合作交流等多种能力。 4．提高环保意识,增强关心爱护生物圈的情感。 [教学重点、难点] 1．设计并完成酸雨对生物的影响的探究实验。 2．培养学生的多种能力,增强环保意识,加深关心爱护生物圈的情感。［课前准备］ 1．学生准备 （1）搜集人类活动造成的环境污染对生物影响的图片、资料,有关酸雨的成因、危害的图片、资料,有关废电池的危害的图片资料。（2）预习探究实验,小组成员合作,初步拟定本组探究方案。 2．教师准备 （1）搜集由人类活动造成的环境污染对生物的影响的图片、资料,有关酸雨的知识、成因、危害的图片、视频资料,有关废电池的资料。（2）设计并制作课件（图片、资料、酸雨形成动画、废电池造成危害的动画、探究提示、问题设置、诗句欣赏）。 （3）录像片段（国外有关酸雨的情况报道及治理方法）。
（4）为探究实验提供的材料用具（不同pH（pH=3．4．5）的模拟酸雨,清水,培养皿,标签,活小鱼。 [教学方法]探究解决式教学法。 [课时安排] 一课时 [教学过程 ] （一）两分钟课前“热身” 利用两分钟课前准备时间,多媒体以新闻纪实方式展现一组对比强烈的图片或视频（美丽的地球家园和人为破坏情况）,然后呈现“只有一个地球”的警示语,并伴有音响效果。通过视、听的感官刺激,一方面使学生认识到人类改变地球面貌已经成为毋庸置疑的事实,激发起学生的探究愿望,尽快进入学习状态,另一方面为本节课的探究主题创造意境。 （二）创设情境、激发探究兴趣 1）通过学生交流展示课前搜集的有关人类活动造成的环境污染对生物的影响的图片、资料,提高了学生主动搜集信息、表达交流的能力,培养了学生关心爱护生物圈、关注社会的情感。教师予以评价、鼓励。学生通过观察、辨析,达成共识：环境污染有多种类型（大气污染、水污染、土壤污染等）,它们已经对生物造成了不同程度的伤害。2）利用被腐蚀的佛像放大与原型的比较及佛像拟人化的问题“伤害我的元凶是谁”,创设了质疑情境,激发了学生探究酸雨对生物影响的浓厚兴趣。
环境污染的生物监测
环境污染的生物监测 班级：土木102班 姓名：普艳琼 学号：2010111216
环境污染的生物监测 Biological monitoring --作者普艳琼 土木工程102班摘要 生物监测（biologcal monitoring)又称生态监测（ecological mornitoring)，是以活的生物作为指示器监测水质状况，评价其对生物生存的优劣程度。从理论上说，环境的物理、化学过程决定着生物学过程，环境质量的变化对生物和生态系统会产生直接的影响；反过来，生物学过程的变化也可以在一定程度上反映出环境的物理、化学变化。从某种意义上说，有环境质量变化引起的生物学过程变化能够更直接地综合反映出环境质量对生态系统的影响，比用理化方法监测得到的数据更具有说服力，我们可以通过对生物的观察来评价环境质量的变化。因此，生物监测与化学检测，物理检测一样，被广泛运用与环境保护。 Biological monitoring say again ecological monitoring, is a living creature as indicator monitoring water quality conditions, to evaluate its the bad or good degree of biological survival. In theory, the environment of physical, chemical process determines the biological processes, the change of the environment quality of biological and ecological system has direct influence; In turn, the
生物技术在环境污染治理中的应用
生物技术在环境污染治理中的应用 摘要：生物工程研究的内容是生命科学，生物技术在环境污染治理中具有效率高、成本低、无二次污染等显著优点。因此，应用生物技术解决目前日益严重的大气污染、水质污染、固定物污染有着无可比拟的作用，特别是在自然生态修复中发挥了巨大功效。本文简述的就是近年来生物技术在环境污染治理中的发展及应用和生态修复中的作用。 关键词：生物技术、环境污染，治理应用 在经济腾飞的几十年，由于忽视了发展中的环境保护，导致环境污染极为严重，我国也成为世界上环境污染最严重的国家之一。 近年来，随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展，现代生物技术和环境工程技术相结合的环境问题凸现密切联系，特别是对于寻求低成本解决环境问题的发展中国家具有极大的潜力。 1、生物技术概况 现代生物技术是利用生命有机体来发展新产品或新工艺的一种技术体系。目前生物技术应用到农业、医药、卫生、食品工业和化学工业的发展，并在解决人类面临的粮食危机、环境污染和能源危机中起到了重要作用。 利用生物技术治理环境污染的方法与化学、物理等其它技术比较，生物技术具有效率高、成本低、反应设施简单，以及无二次污染
等显著优点，能有效的遏制生态恶化趋势，促进自然资源的可持续利用。生物技术是最安全和最彻底消除污染的方法。同时还可以增强自然环境的自我净化能力，是有机废物“资源化”的首选技术，将有机物转化为沼气、酒精、有机材料和蛋白等，能改造传统生产工艺，实现清洁生产过程的生态化或无废化。 2、生物技术在环境保护中的作用。 2.1生物技术在废气净化处理中的应用 目前采用的方法有生物过滤，生物洗涤和生物吸附法等，国内外运用现代生物技术对废气净化处理得到了较为理想的效果。如美国学者利用微生物代谢净化工业性恶臭气体效果显著，而且不产生二氧异臭；德国研究者利用生物膜过滤处理含硫化氢的气体，硫化氢去除率90%；我国科研人员利用生物膜填料塔对橡胶再生脱硫过程所产生的低浓度有机废气处理试验结果表明：生物膜填料塔处理工业有机废气是可行的，当运行条件控制适当时，净化效率可保持在90%以上，能够实现达标排放，且投资省，运行费用低。 2.2生物技术在废水处理中的应用 利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移或转化作用，从而使废水得到净化的处理方法，被认为是一种经济有效的污水处理手段，它不但融合了生物自身的特点，如吸附性好、沉降性好和降解能力强等，而且符合生态学及可持续发展的观点。随着科学技术的进步，污染状况的加剧，环境标准的不断提高，使废水生物处理技术取得了很大进展，如吸附——降解生物处理技术，厌氧拆流板反应器生物处理技术，间歇式活性污染法生物处理技术，二步法厌氧消
第六章-环境污染的生物监测-思考题及答案-修正版
第六章环境污染的生物监测思考题 一、简答题 1.简述生物监测环境质量的重要性（有哪些优势）。 生物监测是一种既经济、方便，又可靠准确的方法。实践证明，长期生长在污染环境中的抗性生物，能够忠实的“记录”污染的全过程，能够反映污染物的历史变迁，提供环境变迁的证据；而对污染物敏感的生物，其生理学和生态学的反应能够及时、灵敏地反映较低水平的环境污染，提供环境质量的现时信息。因此生物监测是利用生物对特定污染物的抗性或敏感性来综合地反映环境状况，这是任何物理、化学监测所不能比拟的。 2.植物监测大气污染的优势。 有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出可察觉的受害症状。这些敏感生物的生存状况可以反映其生存介质的环境质量，用来监测环境。植物还能够将污染物或其代谢产物富集在体内，分析植物体的化学成分并可确定其含量。同时，植物本身的不可移动性、便于管理等特征，使它成为重要的大气污染监测生物。 3.简述监测生物的筛选原则。 （1）受污染后，是否有典型的受害症状（尤其是急性的受害症状）； （2）/ （3）受污染后，生物的生理生化指标是否有较为明显的变化； （4）在污染环境中，生物体内代谢产物是否有较为明显的变化。 4.在环境质量的生物监测中，如何利用生物的抗性作用 将生物放置于污染条件下，通过抗性指数来分析污染前后生物性状的比值。如在污染条件下的植物的根。根伸长被抑制的程度越小，抗性指数越大。 5.如何区分指示生物和监测生物 指示生物是指对环境中的污染物能产生各种定性反应，植物环境污染物的存在。监视生物不仅能够反应污染物的存在，而且能够反映污染物的量。他们的区别就在于监测生物能够反应污染物的量，而指示生物不能。 6.简述生态监测的特点。 （1）能综合地反映环境质量状况；
生态毒理学中生物标志物研究进展
038 生态毒理学中生物标志物研究进展 万 斌 (中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所,北京 100050) 摘要: 生物标志物是生物体受到严重损害之前,在分子、细胞、个体或种群水平上因受环境污染物影响而产生异常变化的信号指标。对它的检测可为严重毒性伤害提供早期警报,因此受到国内外学者普遍关注。本文对生态毒理学领域中生物标志物的特性及其在行为、生理、生化方面的研究进展加以综述。关键词: 生物标志物;生态毒理学;生物标志物检测 中图分类号: X 17115 文献标识码: A 文章编号: 100121226(2000)022******** 审校者:修瑞琴 收稿日期:1999205207;修回日期:1999209227 美国国家科学院生物标志物委员会于1987年对生物标志物(b i om arker )进行了系统论述[1]。目前,生物标志物已被许多学科发展运用,越来越受到人们关注。生态毒理学领域中,生物标志物也占有重要位置,其概念和检测研究均有所扩展,本文对这方面的研究情况进行了综述。 1 生态毒理学中的生物标志物 在美国国家环保局发表的有关生物标志 物的报告中,将生物标志物概括为:穿过机体屏障并进入人类组织或体液的环境污染物或其产生的生物效应。对它们的检测结果可作为生物体暴露、效应及易感性的指示物[2]。90年代初,D ep ledge 和Fo ssi 等[3,4]曾先后提出生态毒理范畴的生物标志物,认为生物标志物是生物体组织或体液样品中或在个体水平上所能检测到的生化、细胞、生理或行为变化,这种变化可阐明生物体暴露和产生生物效应的信息。Gok soyr 等[5]认为这些生物标志物系统是生物体暴露于亚致死剂量下的有毒化合物而发生异常变化的信号指标,这种指标不仅可为环境质量退化提供早期警报,而且可以特异性地检测到环境中致癌、致畸、致突变化合物的生物可利用性。 环境污染物首先必须进入生物体,到达靶位点后,才可能产生生物学变化。广义上说,从暴露到效应产生,其间的级联生物效应都可用适当的生物标志物进行检测,这些生物反应从分子相互作用到细胞损伤及至整个生物体的毒性显现都反映了生物系统与环境因子的相互作用,这些作用可发生在分子、细胞及个体水平上,使生物体产生功能、生理、生化变化。如果这些生物反应先于严重的结构损害,标志物就有助于确定生物体所处的污染状态及其潜在危害,为严重毒性伤害提供早期警报。2 生物标志物的特性 确定一个与各毒性终点相关的实用标志物需多学科的合作研究。污染导致的最初反应是从分子相互作用开始的,因此,基于分子机制的标志物研究也是十分必要的[6]。使用与毒性相关的标志物可加速环境污染危险评价进程,增大其可靠性。 一种标志物应能敏感有效地反映出生物体发生严重损伤之前的生物变化。在用动物模型研究低浓度污染物效应时,选择敏感的标志物尤为重要。有人曾用处于胚胎或幼体时期的生物体来检测生物的生理变化,如 En senbach 等[7] 发现斑马鱼在胚胎仔鱼阶 段,生长、发育和存活率对有机污染十分敏感,很低浓度的3,42二氯苯胺(40m g L )
生物技术在环境污染治理中的应用研究进展剖析
北华大学 化学与生物学院 生物技术在环境污染治理中的应用研究进展 班级：生物10级2班17号 姓名：齐爽 指导教师：徐镜羚
生物技术在环境污染治理中的应用研究进展 摘要:日益严重的环境污染问题成为制约经济和社会发展的重要障碍。如何解决环境问题,是摆在政府与科技工作者面前的重要课题。随着环境生物技术的迅猛发展,生物技术在治理环境污染中的应用也越来越广泛。文章重点介绍了生物技术在环境污染治理中的应用。 1 前言由现代生物技术和环境工程技术相结合的环境生物技术,是20世纪80年代诞生于欧美地区[1]。环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点领域,它已在环境治理上发挥着重要的作用. 环境生物技术产生、发展及演变与一系列的环境污染问题有着密切的联系.近年来,随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展,环境生物技术得到了进一步的发展[2]。因此生物技术在环境领域的应用有着深远的发展前景,特别是对于寻求用低成本解决环境问题的发展中国家具有极大潜力。 2 环境生物技术的产生和发展环境生物技术是一门现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科,主要由生物技术、工程学、环境学和生态学组成,涉及多种学科,它的产生和发展反映了科学研究的最新成果,同时也体现了工程科学开拓出来的新技术和新工艺,代表了环境工程技术的发展方向[3]。在环境工程研究领域,一般将19 世纪末生物滤池的出现和1914年w. T. Locket t 和E. Arden
发明“活性污泥法”作为环境生物技术的开端。20世纪50～60 年代,随着工农业的快速发展所带来的环境污染,尤其是水污染的加剧,直接刺激和促进了环境生物技术的发展;70 代,Chakrabaty 等人成功构建了含有多种降解质粒的“超级细菌”,为80 年代环境生物技术的发展奠定了基础;1981 年,欧洲生物技术联盟(EFB) 首次将环境生物技术用于设立环境生物技术专门机的名称,并将控制污染的生物技术概称为环境生物技术;1983年,美国在西雅图召开了首届“利用基因控制污染”的环境生物技术专题会议。进入90年代以后,环境生物技术更是引起了更多的注意并得到了充分的发展。1994年美国生物工业组织(BIO) 和白宫国家科学技术委员会共同组织的可持续环境中生物技术大会上提出了基因工程微生物、优选微生物和生物传感技术中可利用菌类等3大最新发展技术领域;1995 年,美国国家科学和技术委员会发表的为《2l 世纪生物技术新方向》的蓝皮报告中将环境保护和环境生物技术列在了很重要的地位;1996 年在美国和2000 年在日本召开的两届国际环境生物技术大会上,也都充分展现了界各国对环境保护和环境生物技术研究的重视[4.5]。 3 环境生物技术的研究内容与特点国外学者认为生物技术中的三个部分属于环境生物技术范畴:一是在环境中应用的生物技术,二是涉及到环境中的某些可看作为一个生物反应器部分的生物技术,三是作用于一些必定要进入环境的材料的生物技术。从国内外的研究可以发现,目前环境生物技术的主要研究内容包括四个方面:降解污染物的工程菌和抗污染型转基因植物的相关研究;环境友好
阿尔茨海默病的生物标志物研究进展_胡轶虹
文章编号：1003- 2754（2016）01-0090-03中图分类号：Ｒ749．1+ 6 阿尔茨海默病的生物标志物研究进展 胡轶虹，白春艳，周 艳综述，孙宏侠审校 收稿日期：2015-11-14；修订日期：2015-12-28作者单位：（吉林省人民医院神经内科，吉林长春130021）通讯作者：孙宏侠， E-mail ：huyihong76@163．com 阿尔茨海默病（AD ）是老年痴呆的最常见的类型， 老年人在出现症状后3 9y 内可导致死亡［1］ 。世界上超过350 万人患有AD ，在超过85岁的老年人诊断AD 的比例超过1/3［2］。在AD 中检测出许多分子病变：由有毒amyloid β（A β）聚集形成的细胞外淀粉样斑块和由过磷酸化tau 蛋白形成的细胞内的神经元纤维缠结是典型的AD 病变。 AD 通常根据发病时间分为两型［3］。早发性AD ：在65岁前发病，是一种非常少见的（＜1%），常染色体显性家族性疾病，是由APP 及早老素基因突变引起，与γ-分泌酶复合物对A β的作用有关。晚发性AD ：绝大多数的AD 患者都是此类型，发病年龄晚（＞65岁），呈散发和不均匀性，由年老、遗传和环境危险因素等引发。虽然晚发性AD 病因是未知的，A β的清除下降可能是疾病发展的主要因素［4］。许多家族研究及遗传学分析显示载脂蛋白E （APOE ）基因的ε4等位基因是晚发AD 的主要危险因素 ［5］ 。 AD 诊断学标志物的许多研究显示：循环生物标志物包括A β肽（A β40和A β42）和tau /磷酸化-tau 可用于AD 的诊断， APOE 基因的多态等位基因的基因型分析也用作晚发性AD 的预测性标志物。尽管关于AD 的诊断标志物研究处于不断进展中，在各个研究中存在大的可变性和不一致性，拖延了各种AD 标志物作为诊断工具在临床中使用 ［6］ 。另 外，几个研究表明，循环小分子核糖核酸（miＲNAs ）在AD 患者的血清及脑脊液中有特异性的变化，提示miＲNAs 可用于 AD 的诊断，单独或与其他AD 生物标志物联合使用［7］ 。本 文将就AD 相关的几种生物学标志物作一综述。 1 APP A β斑，由细胞外A β蛋白在脑中沉积及聚集而成，是AD 的主要神经病理标志物。A β第一次于1984年由Glenner 和Wong ［8］从脑血管淀粉样变和AD 相关的淀粉样蛋白斑块的纤维中分离出来。APP 由两个独立的蛋白水解途径裂解。非淀粉样蛋白途径是由α-分泌酶控制，α-分泌酶裂解APP 并释放出APP 的细胞外氨基端，形成分泌的淀粉样前体蛋白-α（sAPP α）。其后，一个83残基的C-端片段（C83）被γ-分泌酶消化，释放细胞外p3和淀粉样蛋白胞内区域（AICD ）。淀粉样途径结合了β-和γ-分泌酶的顺序动作，在细胞内位置如内质网或高尔基体形成了A β肽。β-分泌酶，也称为β-位点淀粉样前体蛋白裂解酶-1（BACE-1），裂解APP ，生成N-端sAPP β和C-端C99肽。C99肽由γ-分泌酶裂解，形成A β，A β可错误折叠形成细胞外纤维，是AD 脑中淀粉样斑的主要成分。在人类A β的主要形式包括40个氨基酸（A β40），但是A β的长的形式（A β42），在C-端另外增加了两个氨基酸，被发现与AD 有关。 Goate 等［9］于1991年首先报告了在AD 家族中APP 的 错义突变的分离，其后又报告了两个突变，包括单一氨基酸在跨膜区及密码子717的替换。如今，超过30种APP 错义突变已经得到证实，大约有25种是致病的，在多数病例中导致常染色体显性遗传，早发性AD ［10］ 。尽管APP 基因突变通 常是常染色体显性， A673V 突变导致AD 却是常染色体隐性的方式 ［11］ 。 2 早老素和γ-分泌酶复合物 Schellenberg 等［12］于1992年发现的第一个遗传连锁的家族AD ，位于14号染色体上。随后，其他团队通过遗传连锁的研究揭示染色体14q24．3的图谱位点（AD3）与AD 进展型有极高的敏感性。他们分离出一个最小的共分离区域，包含AD3基因和一个新基因（S182）的转录，这个新基因的产物被认为包含多个跨膜域，就像一个完整的膜蛋白。这种蛋白质包含5个不同错义突变保守域，和早发性家族性AD 高度相关。这个蛋白质被命名为早老素1（PSEN1），应用一个克隆定位方法证实PSEN1位于14q24．3， PSEN2位于1q31-q42。PSEN1是γ-分泌酶与呆蛋白、前咽缺陷1（Aph-1）和早老素增强子2（PEN-2）复合物的一个主要组成部分。PSEN1是一个多面体膜蛋白，它构成了γ-分泌酶复合物的催化核心。已经报道的PSEN1突变超过180种，大多数是错义突变引起氨基酸替换。PSEN1突变是早发性AD 最常见的病因，占18% 50%的常染色体显性遗传早发性AD 。PSEN1突变能引起伴有完全外显率的非常严重形式的AD ，发生在58岁左右，而不完全外显率也曾经报道过。许多研究已经证实不同种族有不同的PSEN-1突变型。在一个不相关的加勒比裔家庭中报告了一个导致早发性AD 的PSEN-1基础突变 ［13］ ，表明A431E 突变在墨西哥家庭导致早发性 AD 。回顾性队列研究449例受试者［14］，他们是PSEN1E280A 携带者，已经完成临床随访，显示出AD 痴呆不同阶段的临床进展。研究显示在35岁、 38岁、44岁、49岁、59岁可以分别识别出无症状前-轻度认知障碍（pre-MCI ），有症状pre-MCI 、MCI 、痴呆、或者死亡。 早老素2（PSEN2）的识别是由于其与PSEN1高序列同源性，它的位置在连锁分析定义的候选区域内。PSEN2基因错义突变导致早发性AD 非常罕见，发病的年龄相比PSEN1要晚。PSEN2突变患者的发病年龄变化很大，外显率在感染的家庭成员间也比PSEN1低。PSEN2在早发性AD 的作用仍然是未知的，但最近的一项研究显示突变PSEN2通过氧生物活化的细胞外信号调节激酶增加β-分泌酶活性 ［15］ 。 ·09·J Apoplexy and Nervous Diseases ，January 2016，Vol 33，No．1
环境污染对生物的影响资料
环境污染对生物的影响 环境污染是指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境结构和功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。环境污染有不同的类型，按环境要素可分为大气污染、水体污染和土壤污染。 造成环境污染的污染物发生源称之为污染源。污染源又可分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源、生活污染源等。其中工业污染源是指在原料生产、加工过程、燃烧过程、燃烧过程、加热冷却等过程中所使用的生产设备都有可能成为工业污染源。农业污染源是指在农业生产过程中对环境造成有害影响的农田和各种农业设施。交通运输污染源是指对周围环境造成污染的交通运输设施和设备。这类污染源是运行中发出噪声引起振动、运载的有害物的泄露、汽油柴油煤油燃料燃烧等。生活污染源主要是城市化造成的，由于城市人口密集，是人类消费活动集中地。消费能源排出废气可以造成大气污染，排出的生活污水(包括粪便)可以造成水体污染，城市排出的厨房垃圾、废塑料废纸、金属、煤灰可以造成环境污染。 污染物排入环境后经过环境的迁移、分布、扩散、转化，并通过不同的途径进入生物机体。污染物进入生物机体后，经过生物体内的代谢，一些污染物被代谢成无毒的物质排出体外，另一些污染物或一些污染物的代谢产物通过在生物体内浓缩积累和放大，对生物产生不利影响。污染物对生物机体的最早作用是从生物大分子开始的，然后逐步在细胞----器官----个体---种群----群落----生态系统各个水平上反
映出来。 （1）污染物在生物化学和分子水平上的影响 ①污染物对生物体酶的影响 ◆污染物对酶辅助因子的影响 一些污染物能与酶的辅助因子相互作用，从而使辅助因子失活，影响到酶的活性。例如氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子相互结合，形成稳定的络合物，而抑制细胞色素的酶活性，使其不能传递电子，则细胞内的氧化代谢过程中断，使机体不能利用氧，出现窒息性缺氧。 ◆对酶活性中心的影响 污染物还能和酶的其他活性基团结合。例如，汞和砷与某些酶的活性基团结合就很牢固，从而使酶失去活性。 ◆破坏酶的结构 有些污染物能取代酶分子中的某些成分，从而使酶失去活性。 ◆与酶激活剂作用 有些酶需要激活剂才能表现出活性，酶激活剂往往是金属离子，凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。 ◆污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用 污染物与底物具有相似的结构，也能和酶形成复合物。从而与底物竞争没得活性中心。 ②污染物对生物大分子的影响 污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：
浅谈微生物在环境污染治理中的作用
浅谈微生物在环境污染治理中的应用 我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。当前我国社会经济仍然保持着高度发展的态势，环境保护的压力将进一步加重，由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。如何在经济高速发展的同时控制环境污染，改善环境质量，以实现社会经济可持续发展之目标是我国目前及待解决的重要问题。 微生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以受无二次污染等显著优点，加之其技术开发所预示的广阔的市场前景，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视，从根本上体现了可持续发展的战略思想。 应用微生物的高效降解、转化能力治理环境污染，在污水治理、固体废弃物处理、重金属降解、化合物分解、石油修复等方面均取得了良好的效果。其治理过程分为：①高效生物降解能力和极端环境微生物的筛选、鉴定；②污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；③生物恢复的实际应用和工程化。 一、污水治理 环境中的污染物，在自然界中经过迁移、转化，绝大多数将归入水体，引起水体不断受到污染的胁迫。尤其是高浓度生活污水和工业废水的大量倾入，使水体富营养化现象日趋严重。通常情况下，只要这种污染不超过阀值，污染的水体在物理、化学和生物的综合作用下，是可以得到净化的，这种净化主要源于水体中的微生物能直接或间接地把污染物作为营养源，在满足微生物生长需要的同时，又使污染物得以降解，达到净化水质的目的。 二、固体废弃物治理 固体废弃物污染严重影响我国的环境质量。我国同体废弃物年产量数目极大。造成的经济损失每年达千亿元以上。目前我国处理城市垃圾的方法主要是填埋、堆放和焚烧。填埋、堆放既占用土地资源，又会使有害物质渗漏、扩散，造成二次污染。固体废弃物焚烧产生的二嚼英等有害物质会严重危害人类的健康与生产。利用微生物分解固体废弃物中的有机物，从而实现其无害化和资源化，是经济而有效的处理同体废弃物方法。微生物技术治理同体废弃物的优势是：可以有选择地浓缩或去除污染物：节省运营和投资成本：废物总体积显著降低：可以将废弃物转化为再利用资源。其缺点在于反应速度慢，某些同体废弃物难以降解。尽管如此，人们相信生物降解中存在的问题会随着对微生物研究的深入很快得到解决．
生物标志物监测环境污染研究新进展
广东化工 2010年第4期· 150 · https://www.wendangku.net/doc/6710002291.html, 第37卷总第204期 生物标志物监测环境污染研究新进展 姜元臻 (中山市环境监测站，广东中山 528400) [摘 要]生物标志物在环境污染监测方面的应用日益重要，文章侧重于对生物标志物在此方面的应用进行全面阐述，包括：生物标志物的定义及分类，生物标志物的特征及优势，生物标志物在检测环境污染的应用，最后还提出了生物标志物在环境监测方向的展望。 [关键词]生物标志物；环境污染；生物监测 [中图分类号]O65 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)04-0150-03 New Advances of Study on Monitoring Environmental Pollution by Biomarkers Jiang Yuanzhen (Zhongshan Environmental Monitoring Station, Zhongshan 528400, China) Abstract: Biomarkers is becoming more and more important in the application of environmental monitoring. The article focased on a comprehensive exposition of biomarker application in this regard, which included definition and classification of biomarker, characteristics and advantages of biomarker, biomarker’s application in the detection of environmental pollution, finally made an outlook of biomarker in the direction of environmental monitoring. Keywords: biomarker；environmental pollution；biomonitoring 1 生物标志物概述 1.1 生物标志物的定义 目前，中国的环境监测工作还主要是针对环境中化学成分的存在量进行检测。物理化学监测虽然能清楚地知道环境中各化学成分的具体含量及其变化，但却不能直接反应环境对生物所造成的毒害作用。另外，由于环境中的许多污染物含量很低，相互混合，体系复杂，仅用化学因子监测的手段往往不能够全面的反映环境的污染状况。在环保观念日益增强的今天，社会对环境评价的全面性和准确性的要求也日益增高，这就要求建立一个综合的、多手段的、多参数的环境监测体系以实现快速、高效、准确地对环境状况作出全面的评价。而生物监测正好补充了理化监测的不足。 生物标志物是生物体受到严重损害之前，在分子、细胞、个体或种群水平上因受环境污染物影响而产生异常变化的信号指标。一种标志物应能敏感有效地反映出生物体发生严重损伤之前的生物变化，并能准确评估生物体所处的污染状态及其潜在危害，为环境污染提供早期警报。随着分子生物学理论和技术的迅速发展，生物标志物(biomaker)的研究作为一个崭新的领域逐渐引起了国内外共同关注[1]。1987年美国国家科学院首先将生物标志物定义为由生物体或样品可测出由外来化合物导致的细胞学或生物化学组份或过程、以及结构或功能的变化[2]。Benson和DiGiulo[3]认为生物标志物是在生物个体所测得的生物化学、生理学或病理学反应，而这些生物学反应能给出环境污染物的暴露，或由暴露所引起的亚致死效应资料。 生物指示物(Bioindicators)自上世纪70年代污染生态学中出现并一直沿用至今。最初只是将耐污的生物物种称为指示生物(Indicator species或Bioindicator)，随着污染生态学的野外研究和实验室毒性试验研究，逐渐将生物指示物的应用范围扩大至污染生态学的不同生物学组织层次，小至分子水平，大至生态系统结构与功能，包括发生在分子、生物化学、生理、病理组织、生物个体、种群、群落和生态系统等不同生物学组织水平上的生物学效应，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。简单地讲，生物标志物就是可衡量环境污染物的暴露及效应的生物反应。一个理想的生物标志物应具备化学特异性，能够微量鉴定、试验费用低廉、检验快速，与环境样品中污染物有量的相关性等。寻找理想的生物标志物一直是环境监侧、环境毒理学及环境医学领域研究的重要内容。 1.2 生物标志物的分类和各种类型的生物标志物 从功能上看，生物标志物一般可分为三类[4]，即暴露生物标志物(Biomarkers of exposure)，反应或毒性效应生物标志物(Biomarkers of responser or toxic effect)，易感性生物标志(Biomarkers of susceptibility)。 1.2.1 暴露生物标志物 暴露生物标志物指示机体经化学品的暴露，即污染物引起的物体的反应，如指示对重金属暴露的金属硫蛋白(MTs)，但此类标志物不能指示污染物的毒性效应，有助于研究生物对化学分析方法很难检测到的的环境中的不稳定化合物的暴露。暴露生物标志物一般依靠测定体液和组织中特定化学物质或者其代谢物，或者与生物分子相互作用形成的产物。 1.2.2 反应或毒性效应生物标志物 效应标志物是指在一定的环境暴露作用下，生物体产生相应的可测定的生理生化变化或其它病理方面的改变，即指示污染物对生物体健康状况的损害效应，如指示DNA损伤的DNA 加合物(DNA-adducts)，它可能是生物机体中某一内源性成分或测定机体功能容量，产生疾病或障碍的改变等。确定化学物质的生物学效应的生物标志物很多，从最简单的标志物如监测体重变化至复杂的标志物如采用免疫化学技术测定特定同功酶[5]。酶活性抑制持久，因此，可作为重要的效应生物标志物。如血细胞数和血细胞损伤的检测可提供各种资料，出现姊妹染色单体交换指示染色体潜在损伤，可由环氧乙烯暴露引起；缺乏特有淋巴细胞指示免疫抑制，可由二恶英(TCDD)等化学物质引起。HSP70家族是序列最保守并且对污染物的应激反应最为显著的一类应激蛋白。沈骅等[6]以鲫鱼为实验动物，Cu，EDAT-Cu，Zn，Pb，Cd，染料橙(HC Orange 1)及两种金属同时进行长期低浓度暴露，在不同浓度下，应激蛋白HSP70被不同程度地诱导，并有明显的剂量效应关系。研究发现，在低于国家渔业水质标准的浓度下，HSP70仍然有显著的诱导表达，说明水体中污染物在低于现行渔业水质标准的浓度下，长期暴露仍然会对鱼类产生一定的损伤。HSP70比传统的生长、繁殖等生物指标更为敏感。 1.2.3 易感性生物标志物 易感性标志物是指当生物体暴露于某种特定的外源化合物时，由于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能 [收稿日期] 2009-07-31 [作者简介]姜元臻(1982-)，男，山东人，硕士，主要从事环境监测方面的工作。
微生物在环境治理中的应用
微生物在环境治理中的应用 微生物是一类形态微小、结构简单、必须借助显微镜才能看清它们面目的生物。“微生物”不是分类学上的概念，而是一切微小生物即个体小于0.1毫米生物的总称。 目前已确定的微生物种数还只有10万种左右，但近些年来由于分离培养方法的改进，微生物新种的发现正在以很快的速度增长。也许在将来的某一天，微生物的总数可能会超过目前动、植物种数之和。 凡自然界存在的有机物，都能被微生物利用、分解。有些微生物还能利用有毒物质如酚、氰化合物作为营养，同时将有毒物质转化、分解为简单化合物如水、二氧化碳等。在治理环境污染中，致力于生物环保技术的专家们采用科学的分离、培养方法，寻找和培养出了用于处理各种污染物质的微生物菌种。 生物降解的巨大潜力 迄今为止已知的环境污染物达10万之多，其中大量的是有机物。所有的有机污染物，可根据微生物对它们的降解性，分成可生物降解，难生物降解和不可生物降解三大类。 作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的。可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解。环境微生物在环境污染治理中，至少可以在以下几方面发挥重要作用： 1、修复污染生态环境 运用环境微生物手段既可以修复受污染天然水体生态，尤其是富营养化湖泊、河道和港湾，也可以修复污染土壤生态，尤其是残留农药污辱的农田土壤和油田开采过程中被原油污染的土壤。给水体投加除碳（有机碳）、除氮菌株，正成为一项消除水体富营养化的可行技术措施。给土壤添加除油（矿物油）菌株，已成为一项成熟的修复油污土壤的技术措施。 2、处理污水及固体废弃物 事实证明，污染物降解菌在环境治理工程中有其不可替代的独特作用。它无论在污染物降解的专一性，还是在污染物降解活性的强度和持久性，尤其在降解那些难降解有机化合物方面，均比以往任何一种生化处理工艺占有绝对的优势，具有不可替代性。当筛选出强势目标化合物降解菌，配以合理的工艺流程和工程设备，就能得到意想不到的处理效果。 对于生活垃圾、禽畜粪便、农业废弃物等非有毒有害固体废弃物来说，微生物的作用更是其它生化治污手段所望尘莫及。同样是堆制发酵，投降解菌和不投降解菌的效果大相径庭。投菌者，污染物去除率高、发酵温度高、发酵周期短。 对于有毒有害工业固体废弃物来说，投加有专性降解功能的菌株，更是不可缺少的技术措施。由于缺乏其它有效的生化处理手段，专性降解微生物的作用就显得格外重要。 在污染物的生物毒性检测方面，微生物也有着独特的功能，多种污染物敏感菌，均可供作检测环境污染物毒性之用。其中，发光细菌法，已被定为国家标准（GB）方法和世界标准（ISO）方法。 空气、水体和土地资源的污染越来越严重，不但影响了国民经济的可持续发展，甚至已威胁到人类的健康、智力乃至生存，因此全球各国近几年都在寻找新
第六章 环境污染的生物监测 思考题及答案 修正版资料讲解
第六章环境污染的生物监测思考题及答案 修正版
第六章环境污染的生物监测思考题 一、简答题 1.简述生物监测环境质量的重要性（有哪些优势）。 生物监测是一种既经济、方便，又可靠准确的方法。实践证明，长期生长在污染环境中的抗性生物，能够忠实的“记录”污染的全过程，能够反映污染物的历史变迁，提供环境变迁的证据；而对污染物敏感的生物，其生理学和生态学的反应能够及时、灵敏地反映较低水平的环境污染，提供环境质量的现时信息。因此生物监测是利用生物对特定污染物的抗性或敏感性来综合地反映环境状况，这是任何物理、化学监测所不能比拟的。 2.植物监测大气污染的优势。 有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出可察觉的受害症状。这些敏感生物的生存状况可以反映其生存介质的环境质量，用来监测环境。植物还能够将污染物或其代谢产物富集在体内，分析植物体的化学成分并可确定其含量。同时，植物本身的不可移动性、便于管理等特征，使它成为重要的大气污染监测生物。 3.简述监测生物的筛选原则。 （1）受污染后，是否有典型的受害症状（尤其是急性的受害症状）； （2）受污染后，生物的生理生化指标是否有较为明显的变化； （3）在污染环境中，生物体内代谢产物是否有较为明显的变化。 4.在环境质量的生物监测中，如何利用生物的抗性作用？ 将生物放置于污染条件下，通过抗性指数来分析污染前后生物性状的比值。如在污染条件下的植物的根。根伸长被抑制的程度越小，抗性指数越大。 5.如何区分指示生物和监测生物？
指示生物是指对环境中的污染物能产生各种定性反应，植物环境污染物的存在。监视生物不仅能够反应污染物的存在，而且能够反映污染物的量。他们的区别就在于监测生物能够反应污染物的量，而指示生物不能。 6.简述生态监测的特点。 （1）能综合地反映环境质量状况； （2）具有连续监测的功能； （3）具有多功能性； （4）监测灵敏度高。 7.简述利用群落多样性指数法和生物指数法监环境污染的方法。 群落多样性指数法又称差异指数，是根据生物多样性理论设计的一种指数。包括简便多样性指数、Willams多样性指数、Margalef多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数。多样新指数的最大优点是具有简明的数值概念，可以直接反映环境的质量。指数值越大，表示多样性越高，生态环境状况越好。 生物指数法有Beck法、Back-Tsuda法和硅藻生物指数法。Beck法与1955年提出以生物指数来评价水体污染程度。公式为BI=2A+B(A代表敏感钟，B代表耐污种)。BI≥10，属清洁，水质较好；BI越小，水体污染越严重。Beck-Tsuda法的计算方法与Back法相同。但水质评价标准为：BI≥20属清洁水体；10≤BI＜20，属轻度污染水体；6≤BI＜10，属中度污染水体；0≤BI＜6，属重度污染水体。硅藻生物指数法公式为XBI=（2A+B-2C）/（A+B-C）×100（A代表不耐污种类数；B代表广谱性种类数；C代表仅在污染区出现的种类数）。XBI值在0～50时为多污带，50～100为α-中污带，100～150为β-中污带，150～200为轻污带。 二、名词解释
高中生物知识梳理复习 环境污染的危害
第二节环境污染的危害 教学目的 1．环境污染对生物的不利影响（C：理解）。 2．环境污染与人体健康的关系（C：理解）。 教学重点 环境污染对生物和人体健康的不利影响。 教学过程 【板书】 大气污染的危害 水污染的危害 环境污染的危害土壤污染的危害 固体废弃物污染的危害 噪声污染的危害 【注解】 一、大气污染 （一）类型：煤炭型污染（我国） （二）主要污染物：烟尘及SO2 温室效应 （三）主要污染问题酸雨 臭氧层破坏 二、水污染 （一）生物富集作用：环境中的污染物通过食物链在生物体内大量积累的过程 （二）富营养化 1．原因：水体中N、P等植物必需元素含量过多，导致藻类等植物大量繁殖，并引起水质恶化和鱼群死亡现象 2．具体现象：水华（淡水）、赤潮（海湾） 三、土壤污染 （一）概念：人类在生产和生活中产生的污染物进入土壤，污染物的数量超过了土壤的容纳和承受能力，使土壤重量下降 （二）实例：“镉米”事件 四、固体废弃物污染的危害 （一）概念：人类生产生活中丢弃的的固体物质往往含有多种对人和其他生物有害的物质，如不及时加以利用，长期堆放越积越多，污染环境 （二）固体废弃物的再利用：固体废弃物只是在某一过程或某一方面没有使用价值，实际上往往可以作为另一生产的原料 损伤听力 干扰睡眠 五、噪声污染诱发多种疾病 影响心理健康 【例析】 ．在下列实例中，通过食物链而引起的生态危机是（C） A．酸雨 B．温室效应 C．汞镉等有毒物质的积累和浓缩 D．臭氧减少，臭氧层出现空洞
【同类题库】 环境污染对生物的不利影响（C：理解） 大气污染 ．科学家认为：人类活动使大气中二氧化碳的浓度逐年增加，造成温室效应，对气候和人类活动产生一定的影响。请问：导致温室效应的主要原因是（D） A．动物数量增加 B．很多物种的灭绝 C．水源被污染 D．森林被大量砍伐．在一个以燃煤供暖和取得动力的大城市，附近没有地衣生长，原因是大气中何种物质含量过多（B） A．CO2B．SO2 C．NO D．CO ．下列哪项不是近几十年来大气中CO2浓度增加的原因（C） A．砍伐热带雨林 B．燃烧大量的石油产品 C．世界范围内初级生产量的增加 D．非洲撒哈拉沙漠的扩展 ．当大气中的二氧化碳增多时，下列说法不正确的是（A） A．一定会形成“温室效应” B．生物吸收会显著增多 C．沉积的碳酸钙会显著增多 D．海洋吸收的二氧化碳会显著增多 ．造成“温室效应”的主要原因和缓解全球温室效应危机的重要措施分别是（A） A．煤、石油、天然气大量燃烧；营造森林绿地 B．SO2等有毒气体的大量产生；种植夹竹桃等能大量吸收SO2的植物 C．人造含氟制冷剂的泄漏；采用无氟制冷剂 D．汽车和工厂排放的废气和烟尘；收取排污费，限令整改 水污染 ．海洋污染对海洋生物造成严重威胁,日本水湾鱼体内甲基汞含量高达50ppm,比周围水内含量大3000倍,甲基汞进入鱼体的主要途径是（D） A．通过饮水 B．通过鳃交换气体 C．通过皮肤的主动运输 D．通过食物链．今年我国东海多次发生赤潮,给海水养殖业带来重大损失.从生态学角度分析,产生赤潮的原因是（B） A．大气中的二氧化碳增多 B．工业和生活废水大量排入海洋 C．树木的大量砍伐 D．海洋石油的开采 ．近年来赤潮在我国时有发生，当赤潮发生时，海水中某些微小浮游生物大量繁殖，使水体呈红紫等颜色，并对海洋生物造成灾害，下列说法不正确的是（D） A．赤潮是水体富营养化的结果 B．含磷洗涤剂广泛使用与排放是发生赤潮的主要原因之一 C．在封闭的海湾更容易发生赤潮 D．赤潮的发生与人类活动无关 ．随着环境污染的加剧,可能引起海洋表层的浮游植物大量死亡,其后果将是（A） A．导致大气中二氧化碳增加，从而进一步加剧温室效应 B．导致海洋表层二氧化碳增加，与温室效应无关 C．导致大气中臭氧增加，紫外线大量进入大气圈 D．留出大量生活空间，导致浮游动物大量增加 ．“富集”是指（D） A．某些生物在人体内大量积累 B．某些物质在生物体内大量积累 C．生物从食物链中大量积累某些物质