生物監測(生物學概念)

生物監測利用生物個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應闡明環境污染狀況，從生物學角度為環境質量的監測和評價提供依據。

生物監測對環境素質的優劣更具有直接和指示作用。但由於生物監測的監測對象（生態系統）的複雜性，使生物監測的操作面臨許多問題。其靈敏性、快速性和精確性等都需進一步提高。

生物監測的優點是能綜合地反映環境因素的聯合作用，有時甚至比理化監測更敏感。

基本介紹

• 中文名：生物監測
• 外文名：Biological detection
• 利用：生物個體、種群
• 學科：生物
• 開展時間：20世紀

原理

生物監測的理論基礎是生態系統理論。生態系統是包括生物部分（生產者、消費 者、分解者）和非生物環境部分的綜合體。生物部分從低級到高級，包含有生物分子→細胞→器官→個體→種群→群落→生態系統等不同的生物學水平。污染物進人環境後， 會對生態系統在各級生物學水平上產生影響，引起生態系統固有結構和功能的變化。例 如，在分子水平上，會誘導或抑制酶活性，抑制蛋白質、DNA和RNA等的合成。在細 胞水平上，引起細胞膜結構和功能的改變，破壞像線粒體和內質網等細胞器的結構和功能。在個體水平上，對動物導致死亡，行為改變，抑制生長發育與繁殖等，對植物表現 為生長速度減慢，發育受阻，失綠黃化及早熟等。在種群和群落水平上，引起種群數量 密度的改變，結構和物種比例的變化，遺傳基礎和競爭關係的改變，引起群落中優勢種群、生物量、物種多樣性等的改變。

生物監測，正是利用生命有機體對污染物的種種反應，來直接地表征環境質量的好壞及所受污染的程度。 由於環境變化的效應從根本上是對以人為主體的生物系統的影響，因此生物監測對 環境素質的優劣更具有直接和指示作用。但由於生物監測的監測對象（生態系統）的複雜性，使生物監測的操作面臨許多問題。其靈敏性、快速性和精確性等都需進一步提高。

農業環境學上： 生物監測是指利用生物對環境中污染物質的反應，即在各種污染環境下所發出的各種信息，來判斷環境污染狀況的一種手段，對污染物敏感的生物種類，都可以作為監測生物。

又稱“生物測定”。利用生物對環境中污染的物質的敏感性反應來判斷環境污染的一種手段。用來補充物理、化學分析方法的不足。如利用敏感植物監測大氣污染；套用指示生物群落結構、生物測試及殘毒測定等方法，反映水體受污染的情況。

發展現狀

生物監測工作是20世紀初在一些國家開展起來的。70年代以來，水污染的生物監測成了活躍的研究領域。1977年美國試驗和材料學會(ASTM)出版了《水和廢水質量的生物監測會議論文集》，內容包括利用各類水生生物進行監測和生物測試技術，概括了這方面的成就和進展。同年非洲的奈及利亞科學技術學院用遠距離電報記錄甲殼動物的活動電位監測烴類、油類以及其他污染物的室內試驗也取得初步結果。還有人提出了以魚的呼吸和活動頻度為指標的、設在廠內和河流中的自動監測系統。國外對於植物與大氣污染的關係做了很多調查研究工作，已選出一批敏感的指示植物和抗性強的耐污植物。

中國近年來在環境污染調查中，也開展了生物監測工作，例如對北京官廳水庫、湖北鴨兒湖、遼寧渾河等水體的生物監測，利用魚血酶活力的變化反映水體污染，用底棲動物監測農藥污染等，都取得一定成果。在利用植物監測大氣污染方面，也進行了大量研究。

生物監測指利用生物個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應闡明污染狀況，為環境質量的監測和評價提供依據。生物監測在國內外正受到越來越多的重視，我國應著重開展發揮生物監測在污染源排放監測中的先導作用、建立生物監測預警系統、研究生物監測與理化監測的關係、制定生物監測指標的環境標準等方面工作.。

生物監測方法

生物監測方法的建立是以環境生物學理論為基礎的。根據監測生物系統的結構水平、監測指示及分析技術等，可以將生物監測的基本方法大致分為四大類，即生態學方法、生理學方法、毒理學方法及生物化學成分分析法。

生物監測是環境監測的重要手段之一。運用某些對環境污染物敏感的植物可以方便快捷、實時低廉的得到環境的污染情況。具有很高的實用價值。早期的生物監測方法主要是觀察生物的群落數量、形態變化、習性特徵等進行定性分析如：利用細菌總數及糞便污染指示菌監測水質; Ames實驗檢驗物質致突變性與致癌性; 通過測定水中藻類的數量來進行水質監測或物質的霉性檢測。隨著監測技術的不斷發展和各學科的互相支持，環境監測中生物監測技術得到了迅猛的發展，衍生出了一系列高效、精確地監測技術如：基因工程技術、電泳分離純化技術、PCR技術及DNA探針技術、酶蛋白標誌物、免疫檢測技術、生物感測器、生物毒性試驗單細胞電泳技術等。

生物監測目前主要套用在大氣和水質監測上。

大氣污染的指示生物分析和監測

利用生物對存在於大氣中的污染物的反應，監測大氣污染的程度和確定大氣的環境質量水平，成為大氣污染的生物監測。

由於植物缺乏動物的循環系統來緩衝外界的影響，且植物固定生長的特點使其無法避開污染物的傷害，所以與動物和微生物相比，植物更易遭受大氣污染的傷害。因為植物對大氣污染的反應敏感性強，本身位置固定又便於監測與管理，故大氣污染的生物監測主要是利用植物進行監測。

大氣污染物對植物的影響主要表現在：

（1）植物群落組成變化：在大氣污染物的作用下，一些對污染物敏感的植物物種明顯減少或消失，而耐污染的物種則逐漸成為優勢種；（2）植物個體生長發育受阻：受到污染後部分個體生長緩慢、早衰、葉片變黃； （3）組織器官、細胞和細胞器、酶系統等受損：如葉片組織壞死、細胞膜和葉綠體 遭到破壞、部分酶受抑或失活。 用以靈敏指示和反映大氣污染狀況的植物，稱為大氣污染的指示植物。

較常用的大氣污染的指示植物為：（1）二氧化硫污染指示植物：地衣、苔醉、落葉松、杜仲、水杉等。 （2）氟化物污染指示植物：唐營蒲、鬱金香、金線草、葡萄、大蒜、苔醉、杏、 梅等。（3）二氧化氮污染指示植物：向日葵、秋海棠、番茄、菸草、柑橘、蠶豆、瓜 類等。

用於生物監測的手段很多。大氣污染的生物監測手段主要有：①利用指示植物監測大氣污染，主要是根據各種植物在大氣污染的環境中葉片上出現的傷害症狀，對大氣污染作出定性和定量的判斷。利用指示生物來監測，如根據顫蚓、蛭等大型底棲無脊椎動物和搖蚊幼蟲，以及某些浮游生物在水體中的出現和消失、數量的多少等來監測水體的污染狀況。利用污水生物系統也是監測水體污染一種常用的手段。

②測定植物體內污染物的含量，估測大氣污染狀況。

③觀察植物的生理生化反應,如酶系統的變化、發芽率的降低等，對大氣污染的長期效應作出判斷。

④測定樹木的生長量和年輪等，估測大氣污染的現狀和歷史。

⑤利用某些敏感植物（如地衣、苔蘚等）製成大氣污染植物監測器，進行定點觀測（見大氣污染的生物監測）。

水質生物監測

利用水生生物群落結構的變化來監測。水質狀況發生變化，水生生物群落結構也會發生相應的改變。在有機物污染嚴重、溶解氧很低的水體中，水生生物群落的優勢種只能由抗低溶解氧的種類組成；未受污染的水體，水生生物群落的優勢種則必然是一些清水種類。在利用指示生物和群落結構監測水體污染時，還引用了生物指數和生物種的多樣性指數等數學手段，簡化監測的方法。

水污染的生物測試，即利用水生生物受到污染物的毒害所產生的生理機能的變化，測試水質污染的狀況。這種方法可以測定水體的單因素污染，對測定複合污染也能收到良好的效果。測試方法分為靜水式生物測試和流水式生物測試。

對土壤污染進行生物監測也是一種可行的途徑，但國內外做的工作還不多。環境系統十分複雜，生物監測只有與物理、化學監測結合起來，才能取得更好的效果。

特點

環境中的生物學變化與環境中的物理、化學變化是相互聯繫的。因此，可以通過生物的 變化來監測環境質量。與物理、化學監測方法相比，生物監測有多種優點：（1）生物監測的結果能更直接地反映出環境質至對生態系統的影響： （2）監測方法簡易、監測費用低廉；（3）可以在更廣的範圍布置監測點； （4）可以較方便地實現連續監測。

影響

1、環境污染問題解決過程中不可或缺的一個步驟就是環境監測。由於環境污染的程度主要是靠環境監測反映的，然而傳統的環境監測方式較為浪費資源，在監測的過程中，有可能又會帶來新的環境污染問題，因而目前環境監測主要採用的是生物監測方式。

2、目前礦山井下采動災害預測與控制的監測方法都具有一定的適用範圍，而目前剛研發的礦山井下采動災害的生物監測法將能建立礦山井下采動災害發生前、發生時與發生後的生物可能存在的表觀特徵或發聲頻率等的對應關係，並依據這種對應關係建立礦山井下采動災害的生物監測模式。