利用水生動(dòng)物和植物作為指示生物雖然可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境，但動(dòng)植物采集過(guò)程較困難，監(jiān)測(cè)周期比較長(zhǎng)。微生物取樣方便，研究周期短，成本低，使其更容易在海洋污染監(jiān)測(cè)中應(yīng)用。水生動(dòng)物和植物用于監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境污染，主要是通過(guò)生物體內(nèi)的污染物積累和變化來(lái)反映，由于生物受污染的影響首先發(fā)生在細(xì)胞水平，當(dāng)污染程度增大時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生生物個(gè)體和生態(tài)水平的效應(yīng)，需要一定的時(shí)間才能反映出來(lái)，當(dāng)人們可以通過(guò)動(dòng)植物對(duì)海水進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，海洋受到的污染已經(jīng)很嚴(yán)重了。如果想在海洋污染初期發(fā)現(xiàn)并預(yù)防，微生物是最好的選擇對(duì)象，微生物學(xué)參數(shù)的變化能夠早期感應(yīng)和預(yù)報(bào)海洋污染情況。

1.原核微生物

原核微生物中的發(fā)光細(xì)菌是海洋環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)的典型代表。正常情況下，發(fā)光細(xì)菌中的FMNH2和醛類在胞內(nèi)熒光素酶的作用下，氧化生成FMN、有機(jī)酸和水，同時(shí)釋放出藍(lán)綠色熒光。當(dāng)污染物存在時(shí)，發(fā)光細(xì)菌細(xì)胞活性下降，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度的降低，根據(jù)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的變化可以對(duì)有毒污染物進(jìn)行定量分析。我國(guó)于1995年將這一方法列為環(huán)境毒性檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法（GB/T15441—1995）。薛建華等在《發(fā)光細(xì)菌應(yīng)用于監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染的研究》中指出，水環(huán)境中的汞、苯酚都抑制細(xì)菌發(fā)光，且抑制程度與汞、苯酚的濃度之間存在著明顯的相關(guān)關(guān)系。吳偉等《發(fā)光細(xì)菌在漁業(yè)水域污染物毒性快速檢測(cè)中的應(yīng)用》一文中，以明亮發(fā)光桿菌為指示生物，對(duì)漁業(yè)區(qū)域中污染物的急性毒性進(jìn)行了檢測(cè)；同時(shí)研究了pH、溫度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

有機(jī)錫化合物如三丁基錫（TBT）是一種廣泛污染海水水體和沉積物的污染物，以前常作為防污物料進(jìn)行應(yīng)用，有報(bào)道稱ng/L級(jí)濃度的有機(jī)錫即會(huì)對(duì)水中生物產(chǎn)生毒害作用，因此這些化合物已被國(guó)際海事組織禁止使用。有機(jī)錫致毒濃度很低，但是目前所研究的生物傳感器對(duì)有機(jī)錫的最低檢測(cè)限還不能檢測(cè)到致毒的最低濃度，仍有待于進(jìn)一步的開發(fā)研究。Durand等報(bào)道的基于細(xì)菌生物發(fā)光技術(shù)的生物傳感器對(duì)TBT的檢測(cè)限為26000ng/L，對(duì)DBT（二丁基錫）的檢測(cè)限為30ng/L。

隨著技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光細(xì)菌法將會(huì)和電子技術(shù)以及光電技術(shù)、生物傳感器技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，逐步發(fā)展為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為水質(zhì)分析提供更加快速有效的測(cè)試手段。生物傳感器是一種將生物敏感元件與物理化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換器及電子信號(hào)處理器相結(jié)合的儀器，其工作原理是生物敏感元件與待測(cè)物質(zhì)之間的相互作用，主要有將化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)、將熱變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)、將光效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)等方式。生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，具有快速、靈敏的特點(diǎn)，可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行在線分析。

糞大腸菌群也是海洋和陸地水體常用的污染指示生物，該菌群來(lái)源于人和溫血?jiǎng)游锏募S便，當(dāng)培養(yǎng)溫度升高到44.5℃時(shí)，仍能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣。利用多管發(fā)酵法得出其在水體中的數(shù)量，此數(shù)量可直接顯示水體受糞便污染的程度。糞大腸桿菌已成為國(guó)際上通用的檢測(cè)水體受糞便污染的指示菌。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，DNA技術(shù)和電泳技術(shù)也被用于進(jìn)行環(huán)境污染狀況評(píng)價(jià)。16S rDNA 技術(shù)可以準(zhǔn)確地表現(xiàn)待測(cè)環(huán)境中原核微生物的種類和多樣性。Roane通過(guò)16S rDNA 技術(shù)，分別對(duì)毒性金屬污染和無(wú)污染的水體中的微生物進(jìn)行檢測(cè)，獲得細(xì)菌在基因水平上的多樣性，通過(guò)對(duì)不同環(huán)境下原核微生物的16S rDNA序列比較，證明金屬污染的水體中可培養(yǎng)的細(xì)菌微生物數(shù)量和種類減少了。以后發(fā)展的變性梯度凝膠電泳技術(shù)能夠把長(zhǎng)度相同但序列不同的DNA片段區(qū)分開來(lái)，通過(guò)比較微生物種群多樣性變化，預(yù)測(cè)環(huán)境污染的程度。

2.真核微生物

雖然細(xì)菌作為指示生物在一定的范圍內(nèi)得到應(yīng)用，但是細(xì)菌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形態(tài)不易區(qū)別。而真核微生物個(gè)體較大，可產(chǎn)生明顯的色素，易于觀察。通過(guò)研究真菌可以推測(cè)污染對(duì)高等真核生物的影響。

半知菌是真菌的一個(gè)重要類群，因在其成員的生活史中尚未發(fā)現(xiàn)有性階段而得名。當(dāng)海洋生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡遭受某種破壞時(shí)，一些半知菌種類比較敏感，周圍環(huán)境的輕微變化就會(huì)引起其形態(tài)和色素變化，人們可利用半知菌這種群體和個(gè)體的變化，對(duì)海洋污染情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。沈敏等研究不同濃度的重金屬離子對(duì)青霉形態(tài)學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)青霉形態(tài)學(xué)的變化與重金屬離子濃度的變化呈一定的相關(guān)性，隨著離子濃度的增加，菌體的生長(zhǎng)能力越來(lái)越弱，并且青霉對(duì)不同離子的變化效應(yīng)不同，對(duì)金屬離子的忍受能力為Pb2＋＞Cr3＋＞Cu2＋＞Cd2＋。利用半知菌的酶類變化則可更靈敏和準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)周圍環(huán)境的變化，劉建忠等研究金屬離子對(duì)黑曲霉的生理生化影響，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫酶和葡萄糖氧化酶的生物合成和活性受到金屬離子的抑制，菌體體內(nèi)生理生化指標(biāo)會(huì)因?yàn)榻饘匐x子的濃度變化而發(fā)生相應(yīng)變化。

【注釋】

[1]本章由牟海津、李秋芬編寫。