發光細菌法在水質監測中的應用

白 金

(德州職業技術學院，山東 德州 253034)

水質監測按照測試手段可以分為理化監測和生物監測兩類。通常理化監測可以揭示污染物在環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組分的單獨作用機制;生物監測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，但傳統的用來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，但不好之處是實驗時間長，實驗操作麻煩。由于以前生物毒性實驗方法有缺陷，科學家們用發光細菌作為指示生物，研究和開發出新型生物毒性監測技術—發光細菌法，因其監測時間短，靈敏度高，并且它是用發光細菌定量表征污染水體毒性的生物監測方法，它能對環境變化作出反應，有助于對水環境進行綜合評價，因而許多國家使用這種方法。我們國家的環境保護局、國家技術監督在1995年頒布了國家標準的水質急性毒性的發光細菌測定法 (GB/T15441——1995)[1]。

1 發光細菌的發光機理及其應用原理

1.1 發光細菌的分類[2，3]

發光細菌是一類在正常的生理條件下能夠發射可見熒光的細菌，主要分布在海洋環境中。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%的甘油對發光實驗有好處。發光異短桿菌(Xenorhabdus luminescens)、霍亂弧菌(V.cholerae)和青海弧菌(V.qinghaiensis)屬于淡水發光菌，而其他都屬于海洋細菌。

1.2 發光機理[4，5]

不同種類的發光細菌的發光機理是沒有區別的，是分子態的O2氧化FMNH2(還原態的黃素單核苷酸)和長鏈脂肪醛(RCHO)受到細菌熒光素酶(Bacterial Luciferase簡稱BL)催化，這些反應中生成的能量用來釋放藍綠光，最大發光強度的波長在450～490nm處，而不是用能量來建立質子梯度、滲透反應以及合成ATP。

1.3 發光細菌法原理[6]

在20世紀70年代后期，發光細菌法作為一種微生物監測環境水質毒性的新方法才被提出，它的特點是快速、簡便、費用低廉，而且靈敏程度比魚類96h急性毒性試驗方法還好。由于水中污染物對發光細菌發光強度有很大影響，我們可以利用靈敏的光電測量系統對其進行測定，發光細菌法正是利用這種方法進行測定。發光細菌在一定的條件下發光強度是恒定的，在正常的生理條件下能夠發出藍綠色可見光，波長在450～490nm處。當發光細菌遇到有毒污染物的時候，受到有毒物質的干擾，發光細菌的發光強度被抑制而發生變化，在一定范圍內，發光強度與有毒物質的濃度、毒性大小呈線性負相關關系。用EC50表示有毒物質的毒性，即發光細菌發光強度降低50%時有毒物質的濃度。有毒物質抑制細菌發光的途徑有兩個，一是直接抑制參與發光反應的酶類活性，二是抑制細胞內與發光反應有關的代謝過程，因此只要有毒物質能夠干擾或破壞發光細菌呼吸、生長、新陳代謝等生理過程，都能夠用發光強度的變化來測定。

2 應用

2.1 測定水體水質狀況

我國大部分水體均受到不同程度的污染，對水質狀況進行全面細致的監測，是治理其污染的首要任務。僅僅依靠簡單的理化指標來檢測水質的污染程度，很難達到全面細致的監測。為了對水質污染現狀和污染物的毒性有一個綜合地評價，正確地表示出水體的污染負荷與生物學效應的關系，就要依靠生物毒性試驗。

2.2 測定工業廢水的毒性

造成水質污染的一個重要因素是工業廢水，當一片水域的污染達到一定程度時，水中的生物會出現中毒反應，表現就是正常代謝功能紊亂，行為反常，細胞組織變化，甚至死亡。對這種有毒物質構成復雜的工業廢水以及整個污染水域的總毒性的監測和評價，就要用到生物毒性測試研究方法，這種方法可以真實客觀地反映水域的實際污染程度，有效的指示廢水中各種有毒物質的相互作用和毒性水平。

3 小結

發光細菌法是根據發光細菌特有的生理特性建立起來的新型生物毒性監測技術，這種方法的特點是快速、簡便、靈敏。已廣泛應用于工業廢水以及水域水質毒性監測，為水質分析提供更加快速的測試手段。很多國家都投入了大量人力物力對這種方法進行研究，相信發光細菌法在水質監測以及其它環境監測中將會發揮更大的作用。

[1]王兆群王芹丁長春.發光細菌法監測工業廢水綜合毒性[J].儀器儀表與分析監測，2002(1)：33～35

[2]方戰強，陳中豪，胡勇有，李友明等.發光細菌法在水質監測中的應用[J].重慶環境科學，2003，25(2)：56 ～58

[3]杜宗軍王祥紅 李海峰池振明.發光細菌的研究和應用[J]，高技術通訊，2003(12)：103 ～106

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

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

[6]杜宗軍，王祥紅，李海峰，池振明.發光細菌的研究和應用[J].高技術通訊，2003(12)：103～106