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1、第六章 环境污染生物监测,生物监测反映自然的、综合的污染状况,能直接反映环境质量对生态系统的影响,可以进行连续监测，不需要昂贵的仪器、设备,可以作为早期污染的报警器,生物监测的特点,生物可以选择性地富集某些污染物,可以监测污染效应的发展动态,可以在大面积或较长距离内密集布点进行监测,环境监测方法的分类,1,2,3,4,生物所处的环境介质,生物分类法,生物学层次,采用的方法,第一节 水环境污染生物监测,一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目,对水环境进行生物监测的主要目的是了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据
2、。,采样断面和采样点的布设原则, 断面要有代表性 尽可能与化学监测断面相一致 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性,河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面。海洋：监测站位应覆盖或代表监测海域；测站应考虑监测海域的功能区划和水动力状况，尽可能避开污染源；除特殊需要（因地形、水深和监测目标所限制）外，可结合水质或沉积物站位，采用网格式或断面等方式布设；开阔海区，测站可适当减少，半封闭或封闭海区，测站可适当加密。,各类环境水体生物监测指标及频次一览
3、表,二、水环境污染生物监测方法,（一）污水生物系统法（二）生物群落监测方法（三）生物测试法（四）叶绿素a的测定（五）微囊藻毒素的测定,（一）污水生物系统法,将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即多污带段、-中污带段、-中污带段和寡污带段，每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。根据这些特征进行判断。,污水系统生物学、化学特征,（二）生物群落监测方法,水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物，它们对水环境的变化特别是化学污染反应敏感或有较高的耐受性。,浮游生物,着生生物附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有机体群落,底栖动物栖息
4、在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物,鱼类 能够全面反映水体的总体质量,微生物 微生物的多少可以反映水体被有机物污染的程度,浮游动物（原生动物、轮虫、枝角类和桡足类 ）,浮游植物藻类,水污染指示生物,（二）生物群落监测方法,生物指数监测法是指运用数学公式计算出的反映生物种群或群落结构变化，用以评价环境质量的数值。,贝克生物指数 贝克-津田生物指数 生物种类多样性指数 硅藻生物指数,把从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分为两类，不耐有机物污染的敏感种和耐有机物污染的耐污种，按下式计算：生物指数（BI）=2A+B式中：A、B分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数
5、。BI10时，为清洁水域；BI为16时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。,贝克-津田生物指数,不限于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各种低栖大型无脊椎动物尽量采到。BI20，为清洁水区；10BI20，为轻度污染水区；6BI10，为中等污染水区；0BI6，为严重污染水区。,种类多样性指数；N单位面积样品中收集的各类动物的总数；ni单位面积样品中第i种动物的个数；S收集到的动物种类数。,生物种类多样性指数,该指数的特点是能定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化信息。,沙农-威尔姆种类多样性指数,值1.0，严重污染； 值1.03.0，中等污染； 值3.0，清洁,硅藻生物
6、指数,硅藻指数= 硅藻指数050为多污带；硅藻指数50100为-中污带；硅藻指数100150为-中污带；硅藻指数150200为轻污带。,不耐污染藻类的种类数,广谱性藻类的种类数,仅在污染水域才出现的藻类种类数,PFU微型生物群落监测法（简称PFU法）,（二）生物群落监测方法,原理： PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。 还可以用毒性试验方法预报废水或有害物质对受纳水体中微型生物群落的毒害强度。,测定要点：根据水环境条件确定采样时间，一般在静水
7、中采样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，带回实验室，把PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。,PFU微型生物群落结构和功能参数,Seq为群落达平衡时的种数；G为微型生物群集速度常数；T90%为达到90%Seq所需时间。,（三）生物测试法,利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。有静水式生物测试和流水式生物测试两种。,分 类,按水流方式：静水式和流水式,按测试时间分类：急性试验和慢性试验,按受试活体分类：水生生物和发光细菌等,1、水生生物毒性试验,水生生物毒性试验可用：鱼类、蚤
8、类、藻类等，其中鱼类毒性试验应用较广泛。,金鱼,绿藻,褐藻,蝴蝶鱼,可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类,静水式鱼类急性毒性试验,供试鱼的选择和驯养要选择无病、行动活泼、鱼鳍完整舒展、食欲和逆水性强、体长（不包括尾部）约3 cm的同种和同龄的金鱼。选出的鱼必须先在与试验条件相似的生活条件（温度、水质等）下驯养7 d以上；试验前一天停止喂食；如果在试验前4 d天内发生死亡现象或发病的鱼高于10%，则不能使用。,金鱼2,金鱼1,试验条件选择,每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过2g。试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为1228，对温水鱼为
9、2028。同一试验中，温度变化为2。试验溶液中不能含大量耗氧物质，要有足够的溶解氧，对冷水鱼DO应5mg/L，对温水鱼DO4mg/L。试验溶液的pH值通常控制在6.78.5之间。配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。,试验步骤,试验溶液浓度设计,确定试验溶液的浓度范围,试验,记录不同时间的金鱼成活数,毒性判定,计算半数致死量（LD50）半数致死浓度（LC50）,预试验(探索性试验),通常选七个浓度(至少五个),求LC50值的简便方法是将试验鱼死亡半数以上和半数以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐标纸上（对数坐标
10、表示毒物浓度，算术坐标表示死亡率），用直线内插法求出。,用直线内插法求LC50,鱼类急性毒性的分级标准,假设某废水实验结果,安全浓度=,安全浓度=,安全浓度=,对易分解、积累少的化学物质，一般选用的系数在0.050.1之间；稳定能在鱼体内高蓄积化学物质，一般选用的系数在0.010.05之间。,方法原理 发光细菌是一类非致病的革兰氏阴性微生物，它们在适当条件下能发射出肉眼可见的蓝绿色光（450490nm）。当样品毒性组分与发光细菌接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光光度计测定水样的相对发光
11、强度来监测有毒物质的浓度。,2、发光细菌法,以氯化汞浓度作为参比毒物表征废水或可溶性化学物质的毒性，也可用半数有效浓度（EC50），即发光强度为最大发光强度一半时的废水浓度或可溶化学物质的浓度来表征；选用明亮发光杆菌T3小种作发光细菌。常采用新鲜发光细菌培养法和冷冻干燥发光菌粉制剂法。,测定要点,2、发光细菌法,实验材料的准备,发光细菌新鲜菌悬液的制备,样品测定,测试结果分析,工业废水发光强度标准系列,样品EC50值与生物毒性的关系,致突变和致癌物质也称诱变剂，其检测方法有微核测定、艾姆斯（Ames）试验、染色体畸变试验等。,3、致突变和致癌物检测,染色体畸变试验是生物细胞在诱变因素的作用下，
12、其染色体数目和结构发生变化，如染色体单体断裂、染色单体互换等检测诱变剂及其强度。,微核测定法原理基于：生物细胞中的染色体在复制过程中常会发生一些断裂，在正常情况下，这些断裂绝大多数能自己愈合，但如果受到外界诱变剂的作用，就会产生一些游离染色体断片，变成大小不等的小球体（微核），其数量与外界诱变剂强度成正比。,Ames试验是利用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型菌株发生回复突变的性能来检测被检物是否具有致突变性。该菌株含有控制组氨酸合成的基因，在不含组氨酸的培养基中不能生长，但如果存在致突变物时，使其特定部位发生基因突变而回复为野生菌株，能在无组氨酸的培养基中生长。,AMES试验图解,（四）叶绿素
13、a的测定,叶绿素a是一种能将光合作用的光能传递给化学反应系统的唯一色素，叶绿素b、c、d和e等吸收的光能均可通过叶绿素a传递给化学反应系统的。通过测定叶绿素a，可掌握水体初级生产力，了解河流、湖泊和海洋中植物性浮游生物现存量。,高效液相色谱法,荧光分光度法,分光光度法,叶绿素a的测定方法,丙酮法、热乙醇法,提取光合色素,（五）微囊藻毒素的测定,微囊藻毒素（microcystin，简称MC）是蓝藻产生的一类天然毒素，是富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素，微囊藻可产生肝毒素，导致腹泻、呕吐、肝肾等器官的损坏，并有促瘤致癌作用 。,微囊藻毒素LR的分子结构,微囊藻毒素检测方法比较,（六）细菌学检验法
14、,卫生学质量的判断在实际工作中，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。,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。 采集江、河、湖、库等水样，可将采样瓶沉入水面下1015 cm处，瓶口朝水流上游方向，使水样灌入瓶内。 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。,第二节 空气污染生物监测,大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确
15、定大气的环境质量水平。空气中污染物多种多样，有些可以利用指示植物或指示动物及指示微生物进行监测。,（一）指示植物及其受害症状,指示植物是指受到污染物的作用后能较敏感和快速地产生明显反应的植物，可以选择草本植物、木本植物及地衣、苔藓等。空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。症状共同特点：叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。,一、利用植物监测,二氧化硫指示植物,堇菜,苔藓,白蜡树,云杉,地衣,棉花,白杨,部分二氧化硫指示植物
16、,SO2监测植物矮牵牛,2、氮氧化物指示植物,向日葵,菠菜,秋海棠,烟草,氮氧化物指示植物,番茄,雪松,葡萄,金钱草,杏树,慈竹,郁金香,氟化物的指示植物,3、氟化物指示植物,4、光化学氧化物指示植物,矮牵牛花,葡萄,菠菜,黄瓜,马铃薯,洋葱,O3的指示植物,5、持久性有机污染物（POPs）的指示植物,持久性有机污染物具有以下特性：具有毒性; 能在环境中持久地存在; 能在生物体内积累;能通过大气输送至很长距离之外; 对于接近或远离污染源的环境质量和人体健康会产生不利的影响。,POPs，PersistentOrganic Pollutants的缩写,中文名称为“持久性有机污染物”,它是一类具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力和高生物毒性的特殊污染物。,
