指示微生物

利用水生动物和植物作为指示生物虽然可以准确监测海洋环境，但动植物采集过程较困难，监测周期比较长。微生物取样方便，研究周期短，成本低，使其更容易在海洋污染监测中应用。水生动物和植物用于监测海洋环境污染，主要是通过生物体内的污染物积累和变化来反映，由于生物受污染的影响首先发生在细胞水平，当污染程度增大时，才会产生生物个体和生态水平的效应，需要一定的时间才能反映出来，当人们可以通过动植物对海水进行检测时，海洋受到的污染已经很严重了。如果想在海洋污染初期发现并预防，微生物是最好的选择对象，微生物学参数的变化能够早期感应和预报海洋污染情况。

1.原核微生物

原核微生物中的发光细菌是海洋环境污染物监测的典型代表。正常情况下，发光细菌中的FMNH2和醛类在胞内荧光素酶的作用下，氧化生成FMN、有机酸和水，同时释放出蓝绿色荧光。当污染物存在时，发光细菌细胞活性下降，导致发光强度的降低，根据发光细菌发光强度的变化可以对有毒污染物进行定量分析。我国于1995年将这一方法列为环境毒性检测的标准方法（GB/T15441—1995）。薛建华等在《发光细菌应用于监测水环境污染的研究》中指出，水环境中的汞、苯酚都抑制细菌发光，且抑制程度与汞、苯酚的浓度之间存在着明显的相关关系。吴伟等《发光细菌在渔业水域污染物毒性快速检测中的应用》一文中，以明亮发光杆菌为指示生物，对渔业区域中污染物的急性毒性进行了检测；同时研究了pH、温度对检测结果的影响。

有机锡化合物如三丁基锡（TBT）是一种广泛污染海水水体和沉积物的污染物，以前常作为防污物料进行应用，有报道称ng/L级浓度的有机锡即会对水中生物产生毒害作用，因此这些化合物已被国际海事组织禁止使用。有机锡致毒浓度很低，但是目前所研究的生物传感器对有机锡的最低检测限还不能检测到致毒的最低浓度，仍有待于进一步的开发研究。Durand等报道的基于细菌生物发光技术的生物传感器对TBT的检测限为26000ng/L，对DBT（二丁基锡）的检测限为30ng/L。

随着技术的发展，发光细菌法将会和电子技术以及光电技术、生物传感器技术、细胞固定化技术以及计算机技术紧密结合，逐步发展为在线监测系统，为水质分析提供更加快速有效的测试手段。生物传感器是一种将生物敏感元件与物理化学信号转换器及电子信号处理器相结合的仪器，其工作原理是生物敏感元件与待测物质之间的相互作用，主要有将化学变化转化为电信号、将热变化转化为电信号、将光效应转化为电信号等方式。生物传感器在环境监测中得到了广泛应用，具有快速、灵敏的特点，可对水质进行在线分析。

粪大肠菌群也是海洋和陆地水体常用的污染指示生物，该菌群来源于人和温血动物的粪便，当培养温度升高到44.5℃时，仍能发酵乳糖产酸产气。利用多管发酵法得出其在水体中的数量，此数量可直接显示水体受粪便污染的程度。粪大肠杆菌已成为国际上通用的检测水体受粪便污染的指示菌。

随着生物技术的发展，DNA技术和电泳技术也被用于进行环境污染状况评价。16S rDNA 技术可以准确地表现待测环境中原核微生物的种类和多样性。Roane通过16S rDNA 技术，分别对毒性金属污染和无污染的水体中的微生物进行检测，获得细菌在基因水平上的多样性，通过对不同环境下原核微生物的16S rDNA序列比较，证明金属污染的水体中可培养的细菌微生物数量和种类减少了。以后发展的变性梯度凝胶电泳技术能够把长度相同但序列不同的DNA片段区分开来，通过比较微生物种群多样性变化，预测环境污染的程度。

2.真核微生物

虽然细菌作为指示生物在一定的范围内得到应用，但是细菌结构简单，形态不易区别。而真核微生物个体较大，可产生明显的色素，易于观察。通过研究真菌可以推测污染对高等真核生物的影响。

半知菌是真菌的一个重要类群，因在其成员的生活史中尚未发现有性阶段而得名。当海洋生态系统的动态平衡遭受某种破坏时，一些半知菌种类比较敏感，周围环境的轻微变化就会引起其形态和色素变化，人们可利用半知菌这种群体和个体的变化，对海洋污染情况进行预测。沈敏等研究不同浓度的重金属离子对青霉形态学的影响，发现青霉形态学的变化与重金属离子浓度的变化呈一定的相关性，随着离子浓度的增加，菌体的生长能力越来越弱，并且青霉对不同离子的变化效应不同，对金属离子的忍受能力为Pb2＋＞Cr3＋＞Cu2＋＞Cd2＋。利用半知菌的酶类变化则可更灵敏和准确地预测周围环境的变化，刘建忠等研究金属离子对黑曲霉的生理生化影响，发现过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶的生物合成和活性受到金属离子的抑制，菌体体内生理生化指标会因为金属离子的浓度变化而发生相应变化。

【注释】

[1]本章由牟海津、李秋芬编写。