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基于生物标志物的环境污染评估与检测方法研究

李文鑫
  
创新版媒体号
2024年4期
四川轻化工大学 643000

摘要:环境污染评估对于保护生态环境和公众健康至关重要,而生物标志物作为一种直接反映生物体受环境污染影响的指标,为精准评估提供了有力工具。本文首先概述了生物标志物的定义和分类,随后深入探讨了其在环境污染评估中的应用,包括暴露评估、毒性效应与健康风险评估以及个体差异与易感性评估,最后介绍了相关的生物标志物检测技术,旨在为环境保护和公共健康提供科学依据。

关键词:生物标志物;环境污染;评估;检测;技术

环境污染评估对于环境保护与公共健康至关重要。为了更准确地评估环境污染的影响,研究者们致力于开发精细、可靠的评估方法。其中,基于生物标志物的评估与检测方法因其直观性、敏感性和特异性而备受关注。生物标志物能反映生物体暴露于污染物或受其影响的程度,为环境污染评估提供直接证据。本文将深入探讨生物标志物在环境污染评估中的应用及检测技术,旨在为精准评估和有效治理环境污染提供科学依据,保护生态环境和公众健康。通过这些研究,期望能够更好地理解环境污染物对生物体的影响,从而制定更有效的环境保护策略。

1生物标志物概述

生物标志物是指能够反映生物体暴露于环境污染物或受到其生物学影响的特定分子或生化指标。这些标志物在生物体的不同组织、器官或体液中均可被检测到,为环境污染评估提供了直接且有力的科学证据。根据其在环境污染评估中的角色和功能,生物标志物主要被划分为三大类:暴露标志物、效应标志物和易感性标志物[1]。

(1)暴露标志物,顾名思义,是那些能够直接证明生物体已暴露于某种环境污染物的生物分子。例如,当生物体摄入或吸收重金属、有机污染物等环境污染物时,这些污染物或其代谢产物会在生物体内积累,形成可被检测的暴露标志物。通过分析这些标志物的种类和数量,科学家可以推断出污染物的种类、暴露时间以及暴露程度。

(2)效应标志物则是指那些能够反映环境污染物对生物体产生的具体生理、生化或遗传效应的指标。这些效应可能包括氧化应激、DNA损伤、细胞功能异常等。通过监测效应标志物的变化,可以评估污染物对生物体健康的潜在威胁,为环境污染的健康风险评估提供重要依据。

(3)易感性标志物则主要关注生物体对环境污染物的敏感性差异。不同生物体由于遗传背景、生理状态、生活习惯等因素的差异,对同一污染物的反应可能会有所不同。易感性标志物,如基因多态性、酶活性等,可以帮助科学家识别那些对特定污染物更为敏感的生物体或人群,从而为制定针对性的环境保护和健康干预策略提供指导。

2生物标志物在环境污染评估中的应用

2.1暴露评估与污染源识别

生物标志物在暴露评估中发挥着核心作用。通过分析生物样本中的污染物或其代谢产物,可以直接证明生物体的暴露情况。例如,在水体污染评估中,通过检测鱼类体内的重金属含量,可以推断出污染物的来源和暴露程度。这种暴露评估不仅有助于确定污染源,还能为环境管理者提供关于污染物扩散范围和速度的关键信息。此外,通过比较不同生物体或同一生物体不同时间点的暴露标志物水平,可以追踪污染事件的发展和变化趋势,为及时采取应对措施提供科学依据。

2.2毒性效应与健康风险评估

生物标志物在评估环境污染物的毒性效应和健康风险方面同样具有重要价值。效应标志物,如DNA损伤指标、氧化应激标志物等,可以反映污染物对生物体细胞结构和功能的损害。通过监测这些标志物的变化,可以评估污染物对生物体健康的潜在威胁。例如,在空气污染评估中,通过检测居民血液中的炎性标志物水平,可以预测空气污染物对呼吸系统健康的不良影响。这种健康风险评估有助于制定更加严格的环境质量标准,保护公众免受环境污染的危害[2]。

2.3个体差异与易感性评估

生物标志物还能帮助评估不同生物体对环境污染物的个体差异和易感性。基因多态性、酶活性差异等生物标志物与个体对污染物的代谢、排泄和毒性反应密切相关。例如,某些基因变异可能导致个体对特定污染物的敏感性增加。通过检测这些生物标志物,可以识别易感人群,为制定针对性的环境保护和健康干预策略提供依据。这种个体差异评估有助于实现精准的环境健康管理,提高环境保护的针对性和有效性。同时,对于保护生态系统中的敏感物种也具有重要意义。通过了解不同物种对污染物的敏感性差异,可以更好地制定生物多样性保护策略,维护生态系统的平衡和稳定。

3生物标志物检测技术

生物标志物检测技术是环境污染评估与检测的关键环节。目前,常见的生物标志物检测技术主要包括生物监测、免疫分析、分子生物学方法等。这些技术各有优缺点,应根据具体需求选择合适的方法。

3.1生物监测检测技术

近年来,基于生物标志物的毒性效应检测技术已成为环境污染监测领域的研究热点。其基本原理是根据污染物在生物体内的吸收、迁移和代谢等过程,建立一种能够反映污染物毒性效应的生物标志物,用于分析和评估污染物对人类健康和环境的潜在影响。它通过观察生物体(如植物、动物、微生物)的生长、繁殖、生理变化等指标,来推断环境污染的状况。这种方法的优点在于直观、经济,且能够反映污染物的综合效应。然而,生物监测的结果可能受到多种因素的影响,如生物种类、生长环境、季节变化等,因此其准确性和可重复性相对较低。此外,生物监测通常只能提供定性的结果,难以精确量化污染物的浓度和暴露程度[3]。

3.2免疫分析检测技术

免疫分析是一种基于抗原-抗体特异性反应的生物标志物检测方法。它通过制备特异性抗体来识别并结合目标生物标志物,从而实现对其的定性和定量检测。免疫分析具有高灵敏度、高特异性和可重复性好等优点,因此广泛应用于环境污染评估中。目前,免疫分析主要包括胶体金免疫层析技术(GIA)、免疫荧光技术(IFA)、酶联免疫吸附试验(ELISA)(ELISA)、化学发光免疫分析法(CLIA)以及基于核酸探针的免疫分析技术等。然而,免疫分析的缺点在于抗体的制备成本较高,且可能受到交叉反应和非特异性结合的干扰。此外,某些生物标志物可能缺乏合适的抗体或难以制备出高亲和力的抗体,从而限制了免疫分析的应用范围。

3.3分子生物学方法检测技术

分子生物学方法是一种在分子水平上检测生物标志物的技术。它通过提取和分析生物样本中的DNA、RNA或蛋白质等分子,来评估环境污染对生物体基因表达和蛋白质功能的影响。这种方法的优点在于具有高灵敏度、高特异性和能够直接反映生物体分子水平的变化。然而,分子生物学方法需要较高的技术水平和昂贵的仪器设备支持,且操作过程相对复杂繁琐。此外,分子生物学方法可能受到样本采集、保存和处理等因素的影响而产生误差或假阳性结果。目前,分子生物学方法在环境污染评估中的应用主要集中在污染物种类鉴定、污染物种类鉴别、毒性效应评价以及健康风险评估等方面。未来,随着分子生物学技术的进一步发展,必将为环境污染评估提供更加可靠的技术支持。

4结语

本文综述了生物标志物在环境污染评估中的重要作用及其相关检测技术。生物标志物以其直观性、敏感性和特异性,为环境污染评估提供了有力支持。通过深入研究生物标志物的应用及检测技术,能够更准确地了解污染物对生物体和生态系统的影响,进而为环境保护和公共健康提供科学指导。本文的研究不仅有助于推动环境污染评估与检测技术的发展,还为制定更有效的环境保护策略提供了重要依据,为保护生态环境和公众健康贡献力量。

参考文献:

[1]支梦雪,王建设. 暴露组学在识别环境污染物及其健康危害中的应用进展 [J]. 色谱, 2024, 42 (02): 142-149.

[2]袁密. 荧光传感器在炭疽生物标志物和四环素检测中的应用[D]. 华中农业大学, 2023. DOI:10.27158/d.cnki.ghznu.2023.000707.

[3]王犁. 基于纳米复合材料的生物标志物超敏检测方法研究[D]. 云南大学, 2022. DOI:10.27456/d.cnki.gyndu.2022.000118.

作者简介:李文鑫,2001.5,男,汉族,四川达州,本科,学生,研究方向:环境污染监测

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