什么是發(fā)光細菌法？

發(fā)光細菌法是利用靈敏的光電測量系統(tǒng)測定毒物對發(fā)光細菌發(fā)光強度的影響，判斷毒物毒性的大小。發(fā)光細菌含有熒光素、熒光酶、ATP等發(fā)光要素，在有氧條件下通過細胞內(nèi)生化反應(yīng)會產(chǎn)生微弱熒光。當(dāng)細胞活性升高，處于積極分裂狀態(tài)時，其ATP含量高，發(fā)光強度增強。發(fā)光細菌在毒物作用下，細胞活性下降，ATP含量水平下降，導(dǎo)致發(fā)光細菌發(fā)光強降低。

實驗顯示，毒物濃度與菌體發(fā)光強度呈線性負相關(guān)關(guān)系，因而，可以根據(jù)發(fā)光細菌發(fā)光強度判斷毒物毒性大小，用發(fā)光度表征毒物所在環(huán)境的急性毒性。

發(fā)光細菌法有什么優(yōu)勢？

近年來，水污染問題日益嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅人類生命健康，成為世界性的環(huán)境治理難題?？茖W(xué)研究工作者已開發(fā)出許多靈敏、有效的環(huán)境監(jiān)測方法，這些方法可以劃分為兩類：分析技術(shù)和生物監(jiān)測。

目前，該檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)品、污水、沉積物和土壤等的毒性測試，能夠在短時間內(nèi)反映水質(zhì)的綜合毒性狀況，判斷水體是否適于作為飲水水源。此外，發(fā)光細菌法在教學(xué)領(lǐng)域也得到了應(yīng)有的重視，配合《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第 4版)中關(guān)于發(fā)光菌應(yīng)用方面的實驗，同濟大學(xué)已開設(shè)了此項實驗課程。

分析技術(shù)常常用于廢水常規(guī)指標(biāo)的測試，但不能反應(yīng)水質(zhì)綜合毒性的大小。傳統(tǒng)的生物監(jiān)測以水蚤、藻類或魚類為受試對象，雖然能反映毒物對生物的直接影響，但是這些方法的大缺點是實驗周期長，實驗過程比較繁瑣。針對傳統(tǒng)生物毒性檢測方法的不足，做為一種新型的生物監(jiān)測技術(shù)，發(fā)光細菌法表現(xiàn)出了靈敏度高、相關(guān)性好、反應(yīng)速度快、成本低廉、自動化程度高等諸多優(yōu)點。它不僅能測定單因子指標(biāo)，還能快速準(zhǔn)確測出環(huán)境的綜合毒性指標(biāo)，具有理化法*的優(yōu)勢，因此，發(fā)光細菌法近年來受到了環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注。

發(fā)光細菌法在國內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

發(fā)光細菌法：原理是利用某些細菌在正常（健康）狀態(tài)下會產(chǎn)生熒光。當(dāng)被置于有毒物質(zhì)存在的環(huán)境中，它們的發(fā)光量減少。樣本中的毒性越大，它們的發(fā)光量就越小。測量發(fā)光菌的發(fā)光量的變化，可以表明水樣中毒性物質(zhì)的存在。

1.汶川地震災(zāi)區(qū)飲用水監(jiān)測

2008年 5月 12日，四川汶川地區(qū)的此次地震對災(zāi)區(qū)居民的飲水安全問題帶來了嚴(yán)重威脅，為了保障災(zāi)區(qū)居民的飲水安全，必須對飲用水源進行監(jiān)測。

地震災(zāi)區(qū)的水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測不同于常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測，也不同于其他突發(fā)性污染事故的應(yīng)急監(jiān)測。由于地震的毀滅性破壞，無法得知進入水體的污染類型、污染范圍和污染物濃度。在監(jiān)測目標(biāo)物未知的水體中，利用常規(guī)物理化學(xué)分析方法，很難確定監(jiān)測的項目參數(shù)，只能選取具有代表性的水質(zhì)參數(shù)進行監(jiān)測；同時，災(zāi)區(qū)水源地每天供應(yīng)當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟仨毊?dāng)天采集樣品進行監(jiān)測分析，這就要求監(jiān)測必須準(zhǔn)確、簡單、快速，不可能按照常規(guī)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對所有的水質(zhì)檢測參數(shù)進行測定_1。此外，需要一種能夠綜合反映水質(zhì)污染狀況的檢測技術(shù)來判斷飲用水源是否安全。為解決上述問題。長江流域水環(huán)境監(jiān)測中心應(yīng)用了發(fā)光細菌綜合毒性檢測技術(shù)。在利用移動監(jiān)測車監(jiān)測常規(guī)理化指標(biāo)的同時，使用 Deletox(便攜)或Microtox(臺式)檢測系統(tǒng)，檢測了汶川地震災(zāi)區(qū) 12個市縣的 200多個城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中供水水源地及災(zāi)區(qū)群眾臨時安置供水點的飲用水源水質(zhì)，通過計算，直接確定樣品的綜合毒性；同時進行了水質(zhì)理化指標(biāo)的監(jiān)測，主要包括水溫、pH值、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、亞硝酸鹽氮、COD、六價鉻、氰化物和氟化物等參數(shù)。在一個月的飲用水源地巡回檢測中，共檢測水樣 1000多個，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)上萬個。結(jié)果顯示，大部分水源水質(zhì)較好，出水對生物體的急性綜合毒性為低毒。測定結(jié)果與 pH、氰化物、揮發(fā)酚、六價鉻、砷、汞、硝酸鹽氮等理化指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果有可比性，水體的綜合毒性指標(biāo)正常。

在對汶川飲用水進行測試期間，發(fā)光細菌法不僅顯示出了操作簡單、方便快捷的特點，而且能夠反應(yīng)水體的綜合毒性效應(yīng)。

2.大沽排污河及永定新河水樣監(jiān)測

雷炳莉曾報道應(yīng)用發(fā)光菌生物毒性監(jiān)測技術(shù)，測定天津大沽排污河和永定新河水樣的綜合毒性，進行毒性分級和河流水質(zhì)綜合毒性評價。同時，比較了親水一疏水平衡 (hydrophilic—lipophilic balance，HLB)柱富集前后水樣的毒性變化，分析有機污染物對發(fā)光菌的毒性貢獻情況，為進一步的河流污染物監(jiān)測分析和生態(tài)風(fēng)險評價提供基礎(chǔ)資料，并為河流水質(zhì)評價、水質(zhì)污染應(yīng)急性生物毒性測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本方法。

測定分析結(jié)果顯示，大沽排污河和永定新河水樣均對發(fā)光菌顯示出了一定的毒性效應(yīng)，其毒性級別從低毒到劇毒，呈現(xiàn)較大差異，并且大沽排污河的毒性總體上高于永定新河，且二者均表現(xiàn)為富集前水樣的毒性大于富集后水樣的毒性。通過比較HLB柱富集前后水樣對發(fā)光菌相對抑光率的變化，得出富集前水樣對發(fā)光菌產(chǎn)生毒性的有機物類型主要是在水中具有一定溶解度的極性或中性有機污染物。但由于多種有機污染物和無機污染物都能對發(fā)光菌產(chǎn)生毒性效應(yīng)，因此，對發(fā)光菌產(chǎn)生毒性效應(yīng)的具體物質(zhì)需要結(jié)合化學(xué)分析作進一步的鑒別評價。

MicrotoxModel500毒性檢測儀的應(yīng)用

翁維滿，王莉莉根據(jù)上海茂默科學(xué)儀器有限公司代理供應(yīng)的 Micro toxModel500毒性檢測儀，開展檢測的實例分析，檢測自來水廠的水源水、出廠水和管網(wǎng)水，證明該檢測系統(tǒng)對于快速判斷水質(zhì)是否存在有害物質(zhì)，起著非常重要的作用，確保供水廠水質(zhì)在應(yīng)急情況下做到安全供水。

MicrotoxModel500毒性檢測儀是一種采用生物傳感技術(shù)的毒性檢測系統(tǒng)，它的技術(shù)的基礎(chǔ)是使用費希爾狐菌發(fā)光細菌，在常規(guī)模式下，15min內(nèi)光的損失率檢測結(jié)果大于2O，則飲用水毒性較大，不宜使用或飲用。

3．展望

發(fā)光細菌法用于環(huán)境樣品毒性試驗已有多年歷史，在飲用水、污水、廢水等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅能夠監(jiān)測有機物，對水中重金屬的監(jiān)測也有著應(yīng)用前景，是環(huán)境毒性檢測的一種有效方法。

但這種方法亦存在細菌發(fā)光強度本質(zhì)差異較大，檢測期間發(fā)光自然變化幅度較寬，操作繁瑣，重現(xiàn)性不佳，誤差較大等不足。對此，科學(xué)家們不斷地對其進行完善和補充。隨著現(xiàn)代儀器和光電子技術(shù)在的迅速發(fā)展，發(fā)光細菌技術(shù)和 GC、GC／MS及熒光、紫外等大型分析儀器相結(jié)合，為克服以上之不足，更加準(zhǔn)確、定量地評價環(huán)境污染物急性毒性提供了保證。基因操作技術(shù)的引入，更是大大擴寬了發(fā)光細菌法的應(yīng)用范圍，各種類型的生物發(fā)光傳感器不斷涌現(xiàn)。此外，熒光酶的應(yīng)用是發(fā)光細菌法另一個新的發(fā)展。隨著科學(xué)研究技術(shù)的不斷進步，發(fā)光細菌法會有更加廣泛的發(fā)展。