發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

白 金

(德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 德州 253034)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)按照測(cè)試手段可以分為理化監(jiān)測(cè)和生物監(jiān)測(cè)兩類。通常理化監(jiān)測(cè)可以揭示污染物在環(huán)境中存在的形式和組分，但是難以反映污染物的綜合作用和各個(gè)組分的單獨(dú)作用機(jī)制;生物監(jiān)測(cè)方法等雖然不能揭示污染水體含有的污染物和濃度，但是卻能夠看出生物受到污染的大小或者是程度，但傳統(tǒng)的用來(lái)作為指示生物的是水蚤、藻類，雖然能看出生物受到毒物的直接影響，但不好之處是實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)操作麻煩。由于以前生物毒性實(shí)驗(yàn)方法有缺陷，科學(xué)家們用發(fā)光細(xì)菌作為指示生物，研究和開(kāi)發(fā)出新型生物毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)—發(fā)光細(xì)菌法，因其監(jiān)測(cè)時(shí)間短，靈敏度高，并且它是用發(fā)光細(xì)菌定量表征污染水體毒性的生物監(jiān)測(cè)方法，它能對(duì)環(huán)境變化作出反應(yīng)，有助于對(duì)水環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，因而許多國(guó)家使用這種方法。我們國(guó)家的環(huán)境保護(hù)局、國(guó)家技術(shù)監(jiān)督在1995年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)急性毒性的發(fā)光細(xì)菌測(cè)定法 (GB/T15441——1995)[1]。

1 發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光機(jī)理及其應(yīng)用原理

1.1 發(fā)光細(xì)菌的分類[2，3]

發(fā)光細(xì)菌是一類在正常的生理?xiàng)l件下能夠發(fā)射可見(jiàn)熒光的細(xì)菌，主要分布在海洋環(huán)境中。屬革蘭氏陰性、兼性厭氧菌，大小約0.5～1.0 ×1.0 ～2.6μm。沒(méi)有孢子、莢膜，具有端生鞭毛若干根，適合溫度20～30℃，最適 pH6～9。3%的NaCl，0.3%的甘油對(duì)發(fā)光實(shí)驗(yàn)有好處。發(fā)光異短桿菌(Xenorhabdus luminescens)、霍亂弧菌(V.cholerae)和青?；【?V.qinghaiensis)屬于淡水發(fā)光菌，而其他都屬于海洋細(xì)菌。

1.2 發(fā)光機(jī)理[4，5]

不同種類的發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光機(jī)理是沒(méi)有區(qū)別的，是分子態(tài)的O2氧化FMNH2(還原態(tài)的黃素單核苷酸)和長(zhǎng)鏈脂肪醛(RCHO)受到細(xì)菌熒光素酶(Bacterial Luciferase簡(jiǎn)稱BL)催化，這些反應(yīng)中生成的能量用來(lái)釋放藍(lán)綠光，最大發(fā)光強(qiáng)度的波長(zhǎng)在450～490nm處，而不是用能量來(lái)建立質(zhì)子梯度、滲透反應(yīng)以及合成ATP。

1.3 發(fā)光細(xì)菌法原理[6]

在20世紀(jì)70年代后期，發(fā)光細(xì)菌法作為一種微生物監(jiān)測(cè)環(huán)境水質(zhì)毒性的新方法才被提出，它的特點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉，而且靈敏程度比魚(yú)類96h急性毒性試驗(yàn)方法還好。由于水中污染物對(duì)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度有很大影響，我們可以利用靈敏的光電測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，發(fā)光細(xì)菌法正是利用這種方法進(jìn)行測(cè)定。發(fā)光細(xì)菌在一定的條件下發(fā)光強(qiáng)度是恒定的，在正常的生理?xiàng)l件下能夠發(fā)出藍(lán)綠色可見(jiàn)光，波長(zhǎng)在450～490nm處。當(dāng)發(fā)光細(xì)菌遇到有毒污染物的時(shí)候，受到有毒物質(zhì)的干擾，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度被抑制而發(fā)生變化，在一定范圍內(nèi)，發(fā)光強(qiáng)度與有毒物質(zhì)的濃度、毒性大小呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。用EC50表示有毒物質(zhì)的毒性，即發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度降低50%時(shí)有毒物質(zhì)的濃度。有毒物質(zhì)抑制細(xì)菌發(fā)光的途徑有兩個(gè)，一是直接抑制參與發(fā)光反應(yīng)的酶類活性，二是抑制細(xì)胞內(nèi)與發(fā)光反應(yīng)有關(guān)的代謝過(guò)程，因此只要有毒物質(zhì)能夠干擾或破壞發(fā)光細(xì)菌呼吸、生長(zhǎng)、新陳代謝等生理過(guò)程，都能夠用發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)定。

2 應(yīng)用

2.1 測(cè)定水體水質(zhì)狀況

我國(guó)大部分水體均受到不同程度的污染，對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行全面細(xì)致的監(jiān)測(cè)，是治理其污染的首要任務(wù)。僅僅依靠簡(jiǎn)單的理化指標(biāo)來(lái)檢測(cè)水質(zhì)的污染程度，很難達(dá)到全面細(xì)致的監(jiān)測(cè)。為了對(duì)水質(zhì)污染現(xiàn)狀和污染物的毒性有一個(gè)綜合地評(píng)價(jià)，正確地表示出水體的污染負(fù)荷與生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系，就要依靠生物毒性試驗(yàn)。

2.2 測(cè)定工業(yè)廢水的毒性

造成水質(zhì)污染的一個(gè)重要因素是工業(yè)廢水，當(dāng)一片水域的污染達(dá)到一定程度時(shí)，水中的生物會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，表現(xiàn)就是正常代謝功能紊亂，行為反常，細(xì)胞組織變化，甚至死亡。對(duì)這種有毒物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)廢水以及整個(gè)污染水域的總毒性的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，就要用到生物毒性測(cè)試研究方法，這種方法可以真實(shí)客觀地反映水域的實(shí)際污染程度，有效的指示廢水中各種有毒物質(zhì)的相互作用和毒性水平。

3 小結(jié)

發(fā)光細(xì)菌法是根據(jù)發(fā)光細(xì)菌特有的生理特性建立起來(lái)的新型生物毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)，這種方法的特點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)便、靈敏。已廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水以及水域水質(zhì)毒性監(jiān)測(cè)，為水質(zhì)分析提供更加快速的測(cè)試手段。很多國(guó)家都投入了大量人力物力對(duì)這種方法進(jìn)行研究，相信發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及其它環(huán)境監(jiān)測(cè)中將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

[1]王兆群王芹丁長(zhǎng)春.發(fā)光細(xì)菌法監(jiān)測(cè)工業(yè)廢水綜合毒性[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2002(1)：33～35

[2]方戰(zhàn)強(qiáng)，陳中豪，胡勇有，李友明等.發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25(2)：56 ～58

[3]杜宗軍王祥紅 李海峰池振明.發(fā)光細(xì)菌的研究和應(yīng)用[J]，高技術(shù)通訊，2003(12)：103 ～106

[4]張菊梅 吳清平 周小燕.熒光素酶研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報(bào)，2001，28(5)：98 ～1101

[5]劉建武，孫成華，劉寧.熒光素酶及其應(yīng)用[J].生物學(xué)通報(bào)，2004，39(2)15 ～117

[6]杜宗軍，王祥紅，李海峰，池振明.發(fā)光細(xì)菌的研究和應(yīng)用[J].高技術(shù)通訊，2003(12)：103～106