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摘要：传统理化检测分析方式精度有限且连续性较差，微生物检测技术具有高效、高敏感等优势，弥补了传统技术的不足，在水质环境检测中应用价值显著。应用微生物检测技术能够高精度的判断水环境污染程度，准确检测出水体中的超标菌群以及有害物质，为水环境治理提供合理的依据。基于AHP模糊评价法，对不同微生物监测技术的应用可靠性进行评价分析，结果显示不同检测技术在应用可靠性方面存在差异。为此在实际应用中应结合技术现状，明确注意事项，提升技术应用的可靠性。
关键词：微生物检测；可靠性；微生物传感器；PCR
1水质环境监测概述
我国淡水资源约为2.8×104亿m3，占全球水资源的6%，但是人均量仅为世界121位，干旱、缺水严重[1]。与此同时，在工业化进程中，大量工业污水废水排入河流，水源污染问题严重，极大的影响了水环境质量。污水中含有的苯、酚、氧化剂等有毒有害物质破坏了水环境生态平衡，严重威胁人类健康。开展水环境监测是降低水污染的重要举措。微生物监测技术作为一种新颖有效的技术，较传统监测技术精度更高、连续性更好，为水质环境监测提供了可靠的现代化监测方法[2]。
2微生物监测技术在水质环境监测中的应用
2.1微生物传感器技术
微生物传感器技术应用微生物反应产生的信号对生物活性物质进行监测。微生物对外界生长环境较为免敏感，当环境发生变化时，会通过释放电信号等方式进行反馈。对微生物反馈信号进行电化学转换，可以获取微生物活动信号曲线，并作为水质监测的重要指标。微生物传感器的构成为生物感应元件、信号传导器以及运算显示单元等，其信号来源主要包括质子（H+）浓度变化、光和热的释放等[3]。
在水质检测中，生化需氧量（BOD）是常用的指标之一。传统标准稀释测定法检测方法操作复杂、干扰因素大，采用微生物传感器技术监测BOD操作便捷，快速准确，自动化程度高，可以将测定时间压缩到1 h内[4]。将微生物传感器放置到恒温缓冲溶液中，通过搅拌使得溶液达到氧饱和状态，通过微生物的扩散以及内源呼吸耗氧使得溶液中的氧达到平衡状态，此时传感器为恒定电流，对应图1中的区域1。将待测样品放入到溶液中，微生物转换到外源呼吸状态，此时呼吸活动增强，扩散到传感器的氧成分降低，输出电流降低，对应图1中的区域2，随后进入新的平衡状态，对应图1中的区域3。从上述微生物传感器工作原理可以看出，该方法基于微生物新陈代谢消耗氧的特征对水质环境进行检测，测定重现性较传统标准稀释测定法显著提升。随着研究的持续深入，越来越多的微生物如Trichosporon cutaneum、Hansenulaanomala等被应用于水质监测中，表1为部分微生物传感器及其检测限。
2.2 PCR技术
多聚酶链式反应（PCR）技术，也称为无细胞分子克隆技术，以DNA复制为原理，在体外进行特异性DNA序列扩增，常用于水质监测领域。PCR技术的实现包括高温变性、低温退火及适温延伸等几步，具有灵敏度高、特异性强等优势[5]。以该技术为基础，逐步衍生出一系列监测技术，如荧光定量PCR、逆转录（RT）-PCR、PCR-DGGE（变性梯度凝胶电泳）等。其中荧光定量PCR是将荧光基团置入PCR反应体系中，应用荧光信号积累对PCR过程进行实时监测，并采用标准曲线进行定量分析。RT-PCR由一条RNA单链逆转录为互补DNA并进行扩增，将RNA检测的灵敏度提升了几个数量级，使得微量RNA样品检测成为可能。PCR-DGGE技术从样品中提取微生物DNA，优选引物进行PCR扩增，对PCR产物进行DGGE分离，最终得到微生物群落多样性的信息。
2.3其他技术
酶免疫技术、基因工程技术、指示菌技术等微生物检测技术在水质环境监测中也具有较好的效果[6]。酶免疫技术指的是通过检测酶的方式对污染物进行筛选，根据抗原体反应特异性对水体污染情况进行分析。酶作为标记物，与抗体结合后能够增强其应用的标准性，助力检测效率的提升。实际中多采用流动注射的方式将抗体固定在专用膜上，基于荧光检测获取测定结果。基因工程技术也成为DNA重组技术，该方法基于分子遗传学理论，通过创建菌群的方式降解污染物，快速反映出水质的成分变化，该方式感应性能显著，能够提供准确的废水菌群指标、存活率。指示菌指的是对某一环境特征具有特定指示特定的微生物，基于指示菌技术开展水环境检测，可以获取反应环境污染的生物学效应指标，从而对水污染情况进行评价。
3微生物监测技术应用可靠性评价
基于AHP（层次分析）模糊评价法，对微生物监测技术应用可靠性进行评价分析。微生物监测技术在实际应用中影响因素较多，即为评价分析的指标。表2所示为构建的微生物监测技术应用可靠性评价指标，其中一级指标为样本因素A、人为因素B、实验环境因素C、设备因素D等4项，二级指标共13项。
指标确定后，采用层次分析法计算指标权重，该方法复杂的多目标问题分解为若干层次，用求解判断矩阵特征向量的方式计算层次排序，得到不同指标的权重值。选取专业领域内17名专家学者，根据重要程度对指标进行赋值打分，分值区间为0-10，其中0代表不重要，10代表重要，基于专家打分情况应用层次分析法确定指标权重，其实现过程为构建判断矩阵、均方根法求取判断矩阵的特征向量、一致性检验等，最终得到综合的权重值。确定权重后，应用模糊综合评价法进行可靠性评价。模糊综合评价法能够将经验判断程序化，能够较好的处理模糊性问题，多用于验证指标体系的合理性。为了最大程度上保证决策结果的有效性，对于专家评价犹豫不决的问题，采用犹豫模糊语言术语集予以解决，为此确定评价集、权重分配集以及隶属度集，选择评价指标对应的权重分配集与隶属度矩阵相乘，得到对应的综合评价向量，从而得到不同微生物评价技术的可靠性评分结果，如表3所示。
从中可以看出，不同技术对应的样本因素A、人为因素B、实验环境因素C、设备因素D等以及指标评价结果差异较大。指标A能够反应检测范围，分值越高，表明该技术能够对更多的污染物进行检测；指标B反应的是技术复杂程度，分数越高，说明技术应用更为成熟、操作难度小；指标C反应的是技术的外部依赖性，分值越高表明该技术对实现成本越低、对外部条件要求越低；指标D反应的是对设备的依赖程度，分值越高表明该技术对设备要求越低。从最终的加权综合得分来看，微生物传感器技术应用可靠性最高，PCR技术以及酶免疫技术应用可靠性最低。不同检测技术在应用可靠性方面存在差异，在实际应用中应结合技术现状，明确注意事项，提升技术应用的可靠性。
4结语
微生物检测技术可以高精度的判断水环境污染程度，准确检测出水体中的超标菌群以及有害物质，为水环境治理提供依据。与物理化学方法相比，该方法对操作人员以及外部条件要求较高，为此应结合技术要求做好人员培训以及环境指标控制，以期更好提升微生物检测的效率和准确性。
参考文献
[1]牛毛毛.探析微生物检测技术在水质环境监测中应用与质量控制措施[J].中文科技期刊数据库（全文版）自然科学，2023（4）：9-12.
[2]刘晓晓，赵明杰，王紫璇，等.微生物燃料电池传感器在水质毒性监测中的应用与发展[J].净水技术，2022（8）：23-30.
[3]王献昆，田志超，周南，等.河流疏浚底泥余水的固定化微生物处理技术[J].工业水处理，2024，43（12）：123-132.
[4]朱冰清，操庆，蒋林惠，等.基于微生物指标的水生态系统健康监测及评价研究进展[J].环境科技，2023，36（1）：73-77.
[5]吴妍，张晓，张良，等.水源性致病微生物检测中水样前处理方法研究进展[J].净水技术，2023，42（11）：8-17.
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