《环境生物学》第4章环境污染生物监测.ppt

第4章 环境质量与污染生物监测,环境质量 环境监测：仪器、化学分析监测；生物监测 生物监测,引言！,它包括物理的、化学的和生物的质量，又可具体划分为大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、生物环境质量等,利用生物对环境毒物、污染物的反应变化及变化程度去监测评价环境质量的变化、受污染程度,第 一节 空气污染生物监测,第二节 水环境污染生物监测,主要内容,第4章 环境质量与污染生物监测,第1节 空气污染生物监测,大气污染的生物监测是利用生物对大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以了解大气的环境质量水平。,利用植物监测 利用动物监测 利用微生物监测,（一）植物监测依据/原因,第1节 空气污染生物监测,植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换; 植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响; 植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。,一、植物监测植物的选择,第1节 空气污染生物监测,在受到污染物的侵袭后有明显的显示：如明显的伤害症状、生长和形态的变化、果实或种子的变化以及生产力或产量的变化等 一般选择： 一年生草本植物、多年生木本植物以及地衣、苔藓等 主要是树木、农作物、蔬菜及野生草本植物,二氧化硫指示植物,苔藓,白蜡树,云杉,地衣,棉花,白杨,图1 部分二氧化硫指示植物,第1节 空气污染生物监测,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,图2 O3的指示植物,第1节 空气污染生物监测,雪松,葡萄,金钱草,杏树,慈竹,郁金香,图3 氟化物的指示植物,氟化物指示植物,第1节 空气污染生物监测,乙烯的指示植物,万寿菊,皂荚树,黄瓜,番茄,兰花,图4 乙烯的指示植物,第1节 空气污染生物监测,氮氧化物指示植物,向日葵,菠菜,秋海棠,番茄,烟草,图5 氮氧化物指示植物,第1节 空气污染生物监测,二、植物监测方法,1、现场调查法 2、现场盆栽定点监测法 3、污染指数法,二、植物监测方法,1、现场调查法 1）植物症状的观察 2）地衣、苔藓观察 3）植物群落调查,二、植物监测方法,1）植物症状的观察 植物的受害症状共同特点： 叶绿素被破坏 叶细胞组织脱水 叶面失去光泽、出现不同颜色,二、植物监测方法,2）地衣苔藓观察 在大气污染区域调查苔藓植物和地衣的种类、数量分布的变化、频度、盖度及其受害症状做出判断； 在工业城市中，通常距市中心越近，地衣的种类越少； 重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布； 随污染程度的减轻，出现枝状地衣； 在轻污染区，叶状地衣最多 当SO2年均浓度在0.015-0.105mg/m3时就可使当地地衣绝迹，达到0.017mg/m3时，大多数苔藓植物不能生存,二、植物监测方法,3）植物群落监测法 监测各种植物（敏感性不同）的受害症状和受害程度、分析植物群落中各种植物的反应： 敏感植物出现受害症状 轻度污染 抗性中等的植物出现部分受害症状 中度污染 抗性中等的植物出现明显受害症状，抗性较强的植物出现部分受害症状 严重污染,实例：某化工厂3050m范围内植物受害情况说明及分析,情况分析： 根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。,此外，剖析树木年轮可以了解所在地区大气污染的历史： 在气候正常、未曾遭污染的年份，树木年轮宽，木质相对密度大； 在大气污染严重或气候条件恶劣的年份，树木年轮窄，木质相对密度小,二、植物监测方法,二、植物监测方法,2、盆栽法 3、污染指数法,(二)利用动物监测,一、利用动物个体的异常反应,对矿井内瓦斯毒气敏感的动物,金丝雀,金翅雀,鸡,老鼠,图 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物,第1节 空气污染生物监测,对SO2敏感的动物,敏感性水平：,本鸟最高,俺狗狗第二,耐受力最好的当属我们家禽了,金丝雀,狗,家禽,图5 对SO2敏感的动物,第1节 空气污染生物监测,二、利用动物种群数量的变化,受不了啦，快跑吧！,大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移,图6 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处,第1节 空气污染生物监测,（三）利用微生物监测,空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。 室内空气微生物监测：,某医院的空气微生物监测163份标本，合格88份，合格率仅54；表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。,第1节 空气污染生物监测,空气污染的微生物学评价指标 细菌总数 链球菌总数 测定方法（146页） 沉降平皿法 撞击平皿法 吸收管法 滤膜法,第1节 空气污染生物监测,（三）利用微生物监测,平皿落菌法：将营养琼脂培养基融化倒人d90mm无菌平皿中制成平板。将它放在待测点(通常设5个测点)，打开皿盖暴露于空气510min，以待空气微生物降落在平板表面上，盖好皿盖，置于培养箱中培养1-3d后取出计菌落数，即为落菌数。,第1节 空气污染生物监测,（三）利用微生物监测,第1节 空气污染生物监测,撞击法检测空气中微生物数量,撞击法检测空气中微生物数量,培养前,培养后,第1节 空气污染生物监测,（三）利用微生物监测,第1节 空气污染生物监测,空气中细菌总数是每m3空气中各细菌的总数，一般认为超过500-1000个/m3以上时，作为空气污染的指标,环境质量评价方法指南中住房空气卫生评价标准,对水环境进行生物监测的主要目的: 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。,第2节 水环境污染生物监测,生物监测主要方法,一、水污染的细菌学监测（细菌总数、大肠杆菌） 二、生物群落监测法,第2节 水体污染生物监测,一、细菌总数 平面皿法：是将定量水样（原水样或经一定稀释后的水样1mL）接种于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基平板上，于37C培养24hr后观察结果，计算细菌菌落数，最后算出原水样每毫升的细菌总数。 具有相对的卫生学意义，菌数越高，反映出水体受有机物污染或粪便污染越重，病原菌污染的可能性亦大。,（一）水质的细菌学检验,第2节 水体污染生物监测,二、大肠杆菌群的测定： 特征 定义：一群需氧或兼性厌氧性的G-无芽孢杆菌，能在37C 培养24h使乳糖发酵产酸产气。包括了粪便内全部兼性需 氧性的G-杆菌，以大肠杆菌埃希氏菌属为主，尚有 柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属等。 成人每日粪便中排出的菌数可达(5100)106个。,（一）水质的细菌学检验,第2节 水体污染生物监测,常用多管发酵法与滤膜法： 1、发酵法： 又称多管发酵法或三步发酵法 1）初发酵（推测试验）：将不同稀释度的水样，分别接种于含有乳糖等糖类的培养液中（3倍或1倍乳糖液），经37C培养24hr，观察产酸产气情况，以初步判断是否有大肠菌群存在。,二、大肠杆菌群的测定：,（一）水质的细菌学检验,第2节 水体污染生物监测,2）平皿分离（证实试验） 水中除大肠菌群外，尚有其它细菌可能引起糖类发酵，因此需要进一步证实。 将初发酵管中已发酵的菌液接种于伊红美兰培养基上，37C培养24hr， 根据菌落特征，挑取可能为大肠菌群的菌落制片，经革兰氏染色，进一步证实是否为大肠菌群。,二、大肠杆菌群的测定：,（一）水质的细菌学检验,第2节 水体污染生物监测,3） 复发酵试验（完成试验）,将上述可能为大肠菌群的菌落再次转接入1倍乳糖培养液中，经37C培养24hr，产酸产气者即最后确证为存在大肠菌群。 产酸、产气分别记为阳性反应，不产酸、产气则记为阴性反应； 根据阳性管数量，查表求得水体大肠菌群的数量。,二、大肠杆菌群的测定：,（一）水质的细菌学检验,第2节 水体污染生物监测,2 滤膜法,发酵法全部检测需要的时间较长，为缩短时间，可以采用滤膜法，其步骤为： 1）水样过滤：选用具有微孔的滤膜，灭菌后通过抽滤一定量的待测水样，将水中的细菌截留在无菌滤膜上； 2）培养：将滤膜有菌面朝上贴于特定的固体培养基平板上（伊红美兰培养基），经37C培养16hr18hr；,第2节 水体污染生物监测,（一）水质的细菌学检验,3）结果观察： 培养16hr18hr后，挑选深红色或紫红色、不带或带有金属光泽的菌落，进行革兰氏染色观察，确定大肠菌群细菌。 G- ：接入乳糖培养液中，复发酵； G+：阴性结果。 经染色证实为G-无芽孢杆菌者，再接入乳糖蛋白胨半固体培养基中，37C培养68hr，产气者判定为大肠菌群阳性。,2 滤膜法,第2节 水体污染生物监测,（一）水质的细菌学检验,4）结果计算： 根据滤膜上证实的大肠菌群数及滤过水量，求出1L水中的大肠菌群数量。 计算公式： 总大肠菌群数 = 滤膜上的菌落数以2060个/片为适宜。 5）评价报告： 根据测定的数值写出检测水样的细菌学检测结果，予以评价。,第2节 水体污染生物监测,（一）水质的细菌学检验,滤膜法的优点：,省时、省料、设备要求低； 可以采集较多的检验水样。 局限性： 易受悬浮物干扰； 受其它细菌的干扰； 受水样中毒物的干扰。,第2节 水体污染生物监测,（一）水质的细菌学检验,（二）浮游生物监测,浮游植物：以单细胞、群体或丝状体的形式出现 浮游动物：原生动物、轮虫、枝角类 和桡足类等,浮游生物是指具有很少或没有克服水流的能力、随波逐流地生活于广阔水域或大洋的微型水池生物,包括：,（二）浮游生物监测,（一）采样 （二）检验标本的制作 （三）富有生物的计数 （四）生物量的测定,（二）浮游生物监测,采样步骤,确定采样地点、深度、频率 标签：日期，采样点，研究水域、样品类型，水深 记录本：地点、深度、类型、时间、气候条件、浊度、水温等 固定方法： 浮游植物可用鲁哥氏液、 5%福尔马林，另防褪色可加1ml饱和硫酸铜/L样品或避光保存 浮游动物可用70%乙醇、 5%福尔马林、鲁哥氏液；分析生物量的用5%福尔马林。另加洗涤剂可防止结团 采样量平行样,（二）浮游生物监测,教材 151,（二）浮游生物监测,（二）、检验标本的制作 浮游植物的永久性湿封片：摇匀沉淀样品，准确吸取0.1mL样品至载玻片上，盖上盖玻片。用粘合剂圈封盖玻片。对于半永久性封片，可在样品中加入甘油。 浮游动物的封片：从样品中吸取5mL样品，视样品浓度可作适当稀释或浓缩。用聚乙烯乳酰酚制备半永久性浮游动物封片。,（二）浮游生物监测,（三）、浮游生物的计数 总细胞数计数：费时、工作量大 自然单位或群单位：便于使用，但不准确 （样品的处理可能将细胞从群体中驱散出来）,显微镜,（二）浮游生物监测,（三）、浮游生物的计数 计数框 拉季(Lackey)微量(微断面)计数法 滤膜计数,（二）浮游生物监测,1、计数框,（二）浮游生物监测,所计数的生物数,每毫升的生物数,一个长条的面积mm2,计数的长条的条数,盖玻片的面积mm2,盖玻片下面 样品的体积，ml,移取0.1ml水样至一载玻片上，用2222mm盖玻片盖 上，计数3-4个盖玻片宽度和长度的生物,2、拉季(Lackey)微量计数法,（二）浮游生物监测,3、滤膜计数 在200 x-450 x倍下检查浓缩在滤膜上并在油中制片的样品 选择的放大倍数和显微镜视野大小应使数量最多的种类在显微镜检查视野中出现70%-90% 使用部分或全部回普方格调节显微镜视野的大小 检查30个随机视野并记录每一物种所出现的视野个数 确定出现的百分率和每个视野的密度(N)。以每毫升生物数M(个数mL)报告结果,过滤样品 体积,每个滤膜 的视野数,稀释系数,（二）浮游生物监测,4、生物量的测定 叶绿素 生物体体积 重量法 ATP法 单位体积的生物个体数：不足以反映种群动力学、多样性、生态系统结构 间接指标：总碳、氮、氧、氢、类酯、碳水化合物、磷、硅、几丁质等,（二）浮游生物监测,叶绿素 什么的指标？ 藻类生物量指标。估算藻类生物量时 可用叶绿素a含量乘以系数67,（二）浮游生物监测,生物体体积 一种生物细胞的大小在不同水体里以及在不同 时间里都有显著的不同对于每一个采样时 间，每一种生物都要测量20个个体，取平均 值每一种的总生物体积是用平均细胞体积 乘以每毫升的细胞个数,第2节 水体污染生物监测,（二）浮游生物监测,重量法 将100mg湿的浓缩样品放入灼烧、称重的清洁瓷坩埚里。在105下干燥24h。 缺点？ 易受淤泥与有机碎屑干扰,（二）浮游生物监测,测哪种生物的？ 测定总的活浮游生物生物量的唯一手段 原因是生物种类不同其ATP与生物量的比率也不 同，但这个比率相当恒定估算生物量,ATP法,浮游生物生物 量mg干重/ L,ATP浓度ng/L,思考题,生物监测与化学测试相比有哪些优点？存在哪些不足？ 大气污染的生物监测方法有哪些？ 如何进行水环境的生物学评价？,讨论课作业,镉对生物体的毒性效应及生物修复？（环科1班 ） 人工浮岛技术及其在受污染水体修复中的应用？（环工1班 ） 养猪废水处理技术与工艺？（环工 2班 ）,形式：分为三大组 汇报讨论形式：ppt 试讲 20min/组，讨论20分钟 汇报讨论情况记入最终的期末考试成绩 要求：每位同学最后写成word文档，上交作业,第5次作业教材1，2，3,