熱帶海洋酵母生物電極在BOD傳感器中的應(yīng)用研究進展

胡銳 張承平

（瓊州學院理工學院 海南三亞 572000）

近海養(yǎng)殖業(yè)在海洋經(jīng)濟的發(fā)展中占有重要地位，但是伴隨養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也帶來了一系列環(huán)境污染問題，BOD監(jiān)測是近海養(yǎng)殖水體污染評價的國標法之一，近年來快速測定BOD的方法的研究在國際上引起了重視。

1 BOD傳感器的構(gòu)造和基本原理

BOD微生物傳感器是將微生物電位變化同物理信號轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種監(jiān)測系統(tǒng)，其核心元件為工程酶、微生物全細胞、動植物相關(guān)組織、醫(yī)學上的抗原和抗體等功能物質(zhì)。該傳感器具有眾多優(yōu)點，如針對污染源的高選擇性、檢測結(jié)果的高靈敏度、監(jiān)測過程穩(wěn)定性好、運行成本低，是目前國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的研究重點和熱點之一。

2 目前近海養(yǎng)殖水體BOD監(jiān)測領(lǐng)域研究進展

當前，在微生物傳感器的研究中應(yīng)用于生物膜電極構(gòu)建的微生物菌株有多種：Trosok利用固定化的Saccharomyces cerevisiae用于BOD微生物傳感器的生物感應(yīng)膜的研究[1]；Lehmann M利用酵母菌Arxula adeninovorans[2]；為了進一步提高菌株作為微生物傳感器生物膜電位傳遞的靈敏度和耐受性，Seo KS利用Saccharomyces cerevisiae，Chrzanowski L利用Candidamaltosaz作為生物膜功能菌株[3,4]，但是由于海水鹽度高,且海水中BOD濃度低，而上述菌株不是海水BOD檢測的專一菌株，因此均存在重復(fù)利用率低和BOD最低檢出值低等缺陷，并且專門測定海水BOD的自動測定儀器還未成型。

3 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器研究思路和關(guān)鍵

3.1 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器研究思路

為了解決上述研究中存在的問題，課題組從三亞近海岸污染嚴重的水體中分離純化出了三株極端環(huán)境下的海洋酵母目標功能菌株，通過相關(guān)微生物學鑒定初步鑒定為Debaryomyceshansenii HXY-09，Pichia guilliermondii HXY-04 和 Candida parapsilosis HXY-06。實驗過程中通過特定的工藝流程將上述三株目標功能菌株固定化制備成生物膜電極，安裝于相應(yīng)的物理電極上即可構(gòu)建成我們進一步課題組實驗所需的高靈敏度BOD微生物傳感器。

3.2 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器的構(gòu)成原理

下圖1和圖2中所示為課題組實驗過程中構(gòu)建的BOD生物傳感系統(tǒng)原理圖，將Clark電極內(nèi)室裝入特定的電解質(zhì)溶液，并且通過一定的固定化作用將篩選的3株目標功能菌株裝配于該Clark電極上，通過自動進樣器的流量控制來保證待測溶液進入檢測室。

圖1 熱帶海洋酵母目標功能菌株構(gòu)建的BOD生物傳感系統(tǒng)示意圖

污染水體中的可溶性有機物污染物會使微生物膜電極上固定化的微生物的呼吸作用增強，從而改變水體中溶解的氧分子的含量，因此相應(yīng)的進入電極表面的速率就會大幅降低，一段時間后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，上述兩種穩(wěn)定電流之差，是同水體污染中的有機污染物濃度成線性關(guān)系的，因此可以在線監(jiān)測水體污染物中的BOD值。

圖2 傳感器生物電極原理圖

[1]Trosok SP, Driscoll BT, LuongJHT. Mediated microbial biosensorusing a novelyeast strain for wastewater BOD measurement [J]. AppliedBiochemistry Biotechnology, 2001, 56:550-4.

[2]Lehmann M,Chan C,Lo A,Lung M,Tag K,Kunze G,et al.Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans foramicrobial sensor immobilized with poly(carbamoyl)sulfonate(PCS).Part II:application of the novel biosensor to real samples from coastal and island regions.Biosens Bioelectron,1999,14:295-302.

[3]Seo KS,Choo KH,Chang HN,Park JK.A flow injection analysis system with encapsulated high-density Saccharomyces cerevisiae cells for rapid determination ofbiochemicaloxygen demand[J].Applied Biochemistry Biotechnology,2013,83(2):217-23.

[4]Chrzanowski L,Kaczorek E,OlszanowskiA.The ability of Candida maltosa for hydrocarbon and emulsified hydrocarbon degradation[J].Polish Journal of Environmental Studies,2011,15(1):47-51.