會發光的“環境監測者”

如今生態環境的狀況越來越受到人們的關注，越來越多的化學合成物在改善人們生活的同時也帶來對環境的危害，進而影響我們的健康。對于環境中存在的這些有害物質，必須有效、及時地進行監測。

對環境污染物的傳統檢測方法包括基于化學、物理學和生物學原理的多種方法，但大部分需要專業技術，消耗時間和經費較多，一般一次只能測定一種目標物，且不能反應污染物毒性的大小，生物檢測法如利用植物根系細胞、動物細胞、細菌等，測定的是環境污染物的毒性效應或多種污染物的綜合毒性，在污染物毒性篩查，特別是液體樣品毒性檢測方面，具有敏感、快速、耗資少等特點，而“發光細菌法”作為一種新型生物毒性監測技術，引起了廣大環保科研工作者的關注。

發光細菌為何物?

我們通常把天然存在，在正常生理條件下能夠發射可見熒光的細菌統稱為“發光細菌”。

大多數發光菌一般單個存在，不聚集在一起。由于有鞭毛，它們可以自由地游動。不同種屬的發光細菌大小略有差異，一般菌體長約1.5～4微米，寬約0.5～0.8微米。由于發光細菌形體微小，肉眼根本看不見它們，因此單個細菌所發出的光也極微弱，肉眼當然也看不見。但是，當發光細菌成千上萬地聚集在一起時，就可以在黑暗的環境中看到這一小點或一小片綠熒熒的光。如果發光細菌在某種水體里生長繁殖，經過一段時期，局部水體里的發光細菌達到一定的數量，就會使這個水體發出綠熒熒的熒光，在黑暗的環境中清晰可辨，其亮度有時甚至可以照亮周圍的物體。

發光細菌是如何“工作”的?

環境工作者們會利用靈敏的光電測量系統測定毒物對發光細菌發光強度的影響。發光細菌含有一系列發光要素，在有氧條件下通過細胞內生化反應而產生微弱熒光。當細胞活性升高，處于積極分裂狀態時，細菌體內的發光要素升高，于是發光強度增強。發光細菌在毒物作用下，細胞活性會下降，導致發光細菌發光強度的降低。實驗顯示，毒物濃度與菌體發光強度呈線性負相關關系，因此，可以根據發光細菌的發光強度判斷毒物毒性大小，用發光度表征毒物所在環境的毒性。

進行一次發光細菌對污染物或毒性物質的檢測實驗，僅需0.25～1小時就足夠了。也就是說，短時間內我們就知道受試驗物質有沒有毒性及毒性有多大。大量的研究表明，用發光細菌檢測毒性的結果與魚類或小鼠毒性檢測的效果基本相當。而且發光細菌很容易培養，比起專門飼養小鼠、魚類或是藻類等生物要方便得多，成本也低得多。現在，改進了的發光細菌檢測方法是將發光細菌制成凍干粉保存起來，使用前僅需加入復蘇液，幾分鐘之后凍干粉恢復活力，就可立即用于毒性檢測了，就像用化學試劑那樣簡單、方便。目前已有商業的發光菌凍干粉供應市場，這樣一來，檢測者無需事先培養發光細菌，也就無需配備細菌培養方面的設備及人員，只要從市場“拿來。就可以進行檢測試驗了。這就更有利于在“現場”進行即時的監測或是抽檢。而且，由于發光細菌法試驗每次所用的細菌數量達數百萬，因此個體差異可以忽略不計，結果易于重復，這也是其他生物方法所無法相比的。還有在某些緊急突發事件中，例如毒物泄漏事故發生后，能用發光茵快速作出判斷，以便及時地采取應急措施，減少對環境的影響，從而避免對周圍人群造成不良的后果。

發光細菌有“優勢”

目前的污染物監測手段主要還是以物理儀器及化學分析相結合的監測方法為主。這類方法的優點是能準確地定性定量，但所需儀器設備往往價格昂貴、技術要求和使用成本很高，即使不考慮這些，仍有一個重要問題：這樣的污染在中、遠期到底對人們的健康會有多大的危害？顯然，上述檢測是無法直接回答這個疑問的。如果有某一條河流受到污染，或某種化學物質突然泄漏，對污染來源及其主要成分的監測可以用物理和化學的方法很快得到結果，但要回答對流經區域的生物和人民群眾的健康有什么影響，也就是所謂對“生物毒性”的判斷，則上述監測也是無能為力的。

要判斷對健康的影響，即對生物毒性的大小做判斷，必須用生物醫學的方法對污染物進行毒性分析。目前用得較多的檢測污染物毒性的方法是從醫學、毒理學上引用過來的利用小鼠或是魚類或是藻類等的毒性試驗，以受試生物的死亡數來判斷毒性的大小，一般需幾天時間才能有結果。由于對受試生物有特別的要求，進行操作也需要有專門的人員及專門的場地，所以監測的成本較高，還需要幾天或幾周的時間才能有結果，不可能普遍推廣應用，若希望快速地作出結論，則上述生物檢測法是無法滿足要求的。而應用發光細菌來檢測污染物毒性則能克服這些缺陷，它具有快速、靈敏而且容易操作等優點。

工業廢水是造成水體污染的重要因素之一，當水體中污染物達到一定濃度時，就會引起生物的中毒反應，使之行為異常，生理功能紊亂，組織細胞病變甚至死亡。用發光細菌法測定廢水的綜合毒性，國外在20世紀70年代末和80年代做過大量的研究。水體環境污染是破壞水域生態平衡的重要因素，由于水體中的污染物比較復雜，難以用單一的理化指標來表示其污染程度。通過生物毒性試驗，可以更好地反映水體的污染負荷與生物學效應的關系，以便綜合地評價水體污染現狀和污染物的毒性。

這次5.12汶川大地震發生后，對受災地區的飲用水源的安全性判斷，就面臨了如何快速、準確地作出結論并及時告知能否飲用的問題，而國產的淡水發光細菌——青海弧菌檢測法就發揮了良好的作用。至于海洋環境的保護、海域污染的監測，發光細菌使用起來也是非常方便的。我國國家環保總局早在1995年就公布了發光菌檢測毒性的方法標準，由此，各地環境監測部門用發光菌檢測了很多河流水質的污染狀況。

近年來由于環境污染而造成癌癥發病率上升，這是因為不少環境污染物具有致癌性，人們接觸之后易于誘發癌癥。如果用一般化學或物理檢測法，根本無法推斷污染物有無致癌的作用，唯有用生物檢測才能判斷。而且通常進行致癌試驗的成本很高，不可能大量地普遍進行檢測。但是如果用發光細菌來進行的話，就會變得很簡單，成本相當低廉。其中一種方法是采用發光細菌的暗光突變種，另一種方法是用基因克隆的手段，不僅操作變得簡單，而且時間也由原先的48小時縮減到12小時。

閃亮登場世博會

發光細菌有廣泛的應用價值。不僅在水質監測方面，早在20世紀40年代，就有利用發光細菌進行大氣污染的監測、抗生素的篩選、麻醉藥物的篩選等報道。而今，這種發光細菌將在2010年上海世博會飲用水安全檢測中發揮其作用，相關研究成果也已轉化投產，進入市場。利用淡水發光細菌進行毒性物質檢測，這在世界上尚屬首次。只要在水樣中加入微量青海弧菌液體，用便攜式監測儀讀取相關數據，飲用水是否安全在半個小時內就能知道答案。

由于發光細菌法與其他生物監測方法相比具有快速、簡便、靈敏等特點，適用于大批量化合物和樣品的初篩，對控制環境的毒物污染和強化工業污染源的管理很有裨益，相信這一測試方法在今后的環境監測中將發揮更大的作用。