环境生物技术5(17)--环境污染的生物监测技术-(司)

BiologicalMonitoringTechnigueofEnvironmentalPollution环境污染的生物监测司万童内蒙古科技大学E-mail:[e-mail]第五章第五节《环境生物技术》理解生物监测的原理及其优缺点；掌握水环境污染的生物监测的原理和方法；了解空气和土壤污染的生物监测以及生物污染监测的原理和方法；理解生物监测的采样方法和实验设计中水体、土壤和大气污染监测的异同；本章教学目标：本章教学重点：水环境污染的生物监测原理和方法环境监测技术物理化学监测技术：滴定法、重量法、容量法（DO、COD、BOD、TP、TN、TDS、pH、色度，混浊度、总盐量）。仪器监测技术：凯氏定氮仪、光谱分析法、色谱分析法、电化学分析法、放射分析法、流动注射分析法，等等。生物监测技术：利用生物个体或群落水平上的变化、生物受伤害症状、生物体内污染物含量、生物生理生化反应来反应环境污染的危害，但应用很少。直接性间接性物理化学监测技术仪器监测技术生物监测技术复合污染单一污染原位检测异位监测标准模型评价终点评价终点直接性生物监测（Biomonitoring）生物监测：利用植物、动物和微生物在污染环境中所产生的各种反映信息来判断环境质量的方法，是一种最直接也是一种综合的方法。生物监测是利用生物个体、种群或群落、（分子、蛋白）对环境污染或变化所产生的反应信息（生物标志物，暴露效应易感）阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。环境质量（EnvironmentalQuality）环境质量基准EnvironmentalQualityCriteria环境质量标准EnvironmentalQualityStandard环境污染生物监测与评价的出发点就是环境质量问题。生物监测在实际应用中的瓶颈在哪里？环境质量标准定义：是国家权力机构以环境质量基准为依据，考虑社会、经济、技术等因素，经过综合分析后，对环境中的有害因素在限定的时空范围内容许阈值所作的强制性法规，体现国家环境保护政策和要求，具有一定的主观性。环境质量基准定义：指环境因素在一定条件下作用于特定对象（人或生物）而不产生不良或有害效应的最大阈值。它是由污染物同特定对象之间的剂量－反应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素，具有客观性。你更倾向于选择那杯水？ABA：III类水，100种指标均刚好达标B：V类水，只有1种指标超标，其他均未检出（GB5749—2006）生物监测的重要性环境污染的生物监测生物污染监测（生物测试法依据）植物监测（应用较多）水环境污染的生物监测细菌学检验法生物测试法(染毒)生物群落监测方法动物监测微生物监测水污染指示生物法生物指数法污水生物系统法PFU微型生物群落监测法空气、土壤污染的生物监测(GB)水污染的生物监测与评价水污染生物监测目的：了解水污染对生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施和使水环境生态系统保持平衡提供依据。（地表水和地下水）主要内容提纲水污染的生物监测法水污染的细菌学监测法浮游生物监测法大型无脊椎动物监测法生物群落监测法表：河、湖、库淡水生物监测项目及频率浮游植物是一个生态学概念，是指在水中以浮游生活的微小植物，通常浮游植物就是指浮游藻类，已知全世界藻类植物约有40000种，其中淡水藻类有25000种左右，而中国已发现的（包括已报道的和已鉴定但未报道的）淡水藻类约9000种。浮游植物•蓝藻门•绿藻门•硅藻门•金藻门•黄藻门•甲藻门•隐藻门•裸藻门浮游动物是一类经常在水中浮游，本身不能制造有机物的异养型无脊椎动物和脊索动物幼体的总称，在水中营浮游性生活的动物类群。它们或者完全没有游泳能力，或者游泳能力微弱，不能作远距离的移动，也不足以抵拒水的流动力。浮游动物▪原生动物▪腔肠动物▪甲壳纲▪毛颚动物▪被囊动物▪浮游幼虫底栖动物是生活在水体底部的动物群落。是指生活史的全部或大部分时间生活于水体底部的水生动物群。除定居和活动生活的以外，栖息的形式多为固着于岩石等坚硬的基体上和埋没于泥沙等松软的基底中。此外还有附着于植物或其他底栖动物的体表的，以及栖息在潮间带的底栖种类。在摄食方法以悬浮物摄食和沉积物摄食居多。底栖动物1、水污染的细菌学监测在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水的卫生学质量。（1）水样采集采集细菌学检验用水样，必须严格按照无菌操作要求进行；防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。一般从采样到检验不宜超过2小时；在10℃以下冷藏保存不得超过6小时。采集江、河、湖、库等水样，可将采样瓶沉入水面下10—15cm处，瓶口朝水流上游方向，使水样灌入瓶内。需要采集一定深度的水样时，用采水器采集。采集自来水样，首先用酒精灯灼烧水龙头灭菌或用70%的酒精消毒，然后放水3分钟，再采集约为采样瓶容积的80%左右的水量。水污染的细菌学监测指标有以下两个：（1）细菌总数；（2）大肠菌群数细菌总数•细菌总数指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃、24小时培养后所生长的细菌菌落总数。•它可反映水体微生物污染的程度，如每1毫升自来水中细菌总数不得超过100个。细菌总数的测定操作步骤：①用作细菌检验的器皿、培养基等均需灭菌。②制备营养琼脂培养基。③以无菌操作方法用1mL灭菌吸管吸取混合均匀的水样（或稀释水样）注入灭菌平皿中，倾注约15mL已融化并冷却到45℃左右的营养琼脂培养基，并旋摇平皿使其混合均匀。每个水样应做两份，还应另用一个平皿只倾注营养琼脂培养基作空白对照。待琼脂培养基冷却凝固后，翻转平皿，置于37℃恒温箱内培养24小时，然后进行菌落计数。④用肉眼或借助放大镜观察，对平皿中的菌落进行计数，求出1mL水样中的平均菌落数。报告菌落计数时，若菌落数在100以内，按实有数字报告；若大于100时，采用两位有效数字，用10的指数来表示。例如，菌落总数为37750个/mL，记作3.8×104个/mL。大肠菌群数大肠杆菌是一群需氧和兼性厌氧的、能发酵乳糖、产酸、产气的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌。主要来源于人畜粪便中，在肠道中普遍存在并且是数量最多的一种。故大肠杆菌群的检测作为监测水体是否受粪便污染的指标。总大肠菌群是指那些能在35℃、48小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目表示。大肠菌群数指每升水样中含有的大肠菌群的数量。如每升饮用水中大肠菌群数不得超过3个。大肠菌群数的测定：多管发酵法和滤膜法2、水污染的浮游生物监测法浮游生物（plankton），泛指生活于水中而缺乏有效移动能力的漂流生物，其中分有浮游植物及浮游动物。部分浮游生物具游动能力，但其游动速度往往比它自身所在的水流流速来得缓慢，因而不能有效地在水中灵活游动。浮游生物监测法的特点浮游生物中的某些种类对有机污染或化学污染非常敏感，长期被用作指示生物，但由于浮游生物的不稳定性且常常集群分布，因而其作为水质指示生物的可靠性和准确性受到限制。浮游生物监测法的具体步骤采样检验标本的制作计数生物量的测定：叶绿素a法；生物体积法；重量法；ATP测定法（1）浮游植物浮游植物是生态学范畴上的类群，包括所有生活在水中浮游生活方式的微小植物。通常所说的浮游植物就指浮游藻类，而不包括细菌和其他植物。浮游植物中常见蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、裸藻门和绿藻门。特征：浮游植物含有叶绿素，能利用光能进行光合作用，是初级生产者，在水生态系统中具有重要地位。鱼腥藻螺旋藻微囊藻色球藻蓝藻门Cyanophyta隐藻门Cryptophyta角甲藻甲藻门Pyrrophyta蓝隐藻隐藻多甲藻金藻门Chrysophyta黄群藻金囊藻黄藻门Xanthophyta胶葡萄藻黄丝藻硅藻门Bacillariophyta裸藻门Euglenophyta陀螺藻扁裸藻卵形藻曲壳藻绿藻门Chlorophyta栅藻衣藻纤维藻盘星藻浮游植物监测法具体步骤①水样的采集②水样的固定③沉淀和浓缩④计数⑤生物量的测算⑥结果计算浮游生物连续在线监测系统采样工具：浮游生物采集网（定性样品），孔径64μm和86μm两种；采样器（定量样品），容量为2.5L和5L两种。采样点设置：应根据水体的面积、形态特征、工作的条件和要求、浮游植物的生态分布特点等设置采样点和确定采样频率。在水体的中心、沿岸区、主要进出水口附近必须设有代表行的采样点。采样频率：根据工作目的，每月采样1~4次，或每季度一次，或春、夏各一次。采样层次当水深2m，可只采表层（0.5m）水样当水深为3m~10m，至少分别取表层（0.5m）和底层（离底0.5m）两处的混合样当水深10m，在上层或温跃层以下，可每隔2m~5m各采一样采样时间应尽量在一天的相近时间，比如上午8:00~10:00.采水量一般采水样1000mL，同时用网孔为的浮游生物网再采一次样，专门用于观察鉴定浮游植物种类。浮游生物网采样浮游生物采样器岸边采样浮游生物采样器网采样水样的固定计数用水样应立即用鲁哥氏液（6gKI，4gI2，100mL水，棕色瓶保存）加以固定，即杀死水样中的浮游植物和其他生物定量水样一般用1L。固定剂量为水样的1%，即1L水样中加10mL左右，使水样呈棕黄色即可。需长期保存的样品，再在水样中加入5mL左右甲醛溶液。沉淀和浓缩沉淀和浓缩在筒形分液漏斗中进行。把水样倒入分液漏斗，使浮游植物自然沉淀。一般浮游藻类大小在1μm~50μm之间，再经过碘液固定后，下沉较快，所以静置沉淀时间一般可为48h。在野外条件下，为节省时间，也可采取分级沉淀法。计数对采到的优势种要求鉴定到种，一般到属。目前我国通用的计数框是由玻璃条组成的方框，面积为20mm×20mm，容量0.1mL，框内划分横直各10行格，共100个小方格。将计数样品充分摇匀后，迅速吸取0.1mL样品至计数框中，盖上盖玻片。计数框内应无气泡，也应无样品溢出。气温高时，为防止在长时间计数过程中水分蒸发而出现气泡，可在盖玻片四周封以液体石蜡。计数时，显微镜的目镜可用10×，物镜40×，但根据情况可加以变动。为减小工作量，一般不对整个计数框内水样中的浮游植物都计数，而只选取一部分样品计数。常用行格法和视野法。视野法：由所用目镜的视场直径值除以物镜放大率求得视野直径，再按圆面积公式（1/4πd2）求得视野面积。生物量的测算浮游植物不同种类的个体大小相差悬殊，因此用数量表示存在较大的片面性。由于浮游植物的个体太小，很难直接称重，所以一般都通过计数和测量体积，按密度值为1进行换算。体积的测定：现成的资料（不同藻类细胞体积）；研究者自己测定。各种浮游藻类的数量乘以各自的平均体积，单位为mg·L-1或是g·m-3。这种换算的生物量为湿重。结果计算与分析N：浮游植物数量，cell·L-1A：计数框面积，mm2Ac：视野面积，mm2Vs：1L原水样沉淀浓缩后的体积，mLVa：计数框的容量，mLn：计数所得浮游植物的数目，cell（2）浮游动物浮游动物是悬浮于水中，缺乏自主游泳能力的动物。浮游动物的组成十分复杂，但在淡水水域中主要由原生动物、轮虫、甲壳动物中的枝角类和跷足类这四大类水生无脊椎动物组成。变形虫（原生动物）轮虫枝角类水蚤（跷足类）浮游动物监测法具体步骤①水样的采集和固定同浮游植物监测法。②样品的浓缩沉淀法同浮游植物定量样品的沉淀法。过滤法：甲壳动物一般个体较大，在水体中的丰度也较低，因此要用浮游生物网（孔径64μm）过滤较多的水样才有较好的代表性。浮游生物网采样③镜检计数及计算原生动物：0.1mL计数框；轮虫：1mL计数框N：1L水样中浮游动物个体数，ind·L-1Vs：沉淀体积，mLVa：计数体积，mLV：采样体积，Ln：计数所获得的个体数，ind甲壳动物：将经25号浮游生物网（孔径64μm）过滤后的过滤物放入标本瓶中，直接计数。随堂作业（1）取1L水样，浓缩至3