发光细菌法在水质监测中的应用

白 金

(德州职业技术学院，山东 德州 253034)

水质监测按照测试手段可以分为理化监测和生物监测两类。通常理化监测可以揭示污染物在环境中存在的形式和组分，但是难以反映污染物的综合作用和各个组分的单独作用机制;生物监测方法等虽然不能揭示污染水体含有的污染物和浓度，但是却能够看出生物受到污染的大小或者是程度，但传统的用来作为指示生物的是水蚤、藻类，虽然能看出生物受到毒物的直接影响，但不好之处是实验时间长，实验操作麻烦。由于以前生物毒性实验方法有缺陷，科学家们用发光细菌作为指示生物，研究和开发出新型生物毒性监测技术—发光细菌法，因其监测时间短，灵敏度高，并且它是用发光细菌定量表征污染水体毒性的生物监测方法，它能对环境变化作出反应，有助于对水环境进行综合评价，因而许多国家使用这种方法。我们国家的环境保护局、国家技术监督在1995年颁布了国家标准的水质急性毒性的发光细菌测定法 (GB/T15441——1995)[1]。

1 发光细菌的发光机理及其应用原理

1.1 发光细菌的分类[2，3]

发光细菌是一类在正常的生理条件下能够发射可见荧光的细菌，主要分布在海洋环境中。属革兰氏阴性、兼性厌氧菌，大小约0.5～1.0 ×1.0 ～2.6μm。没有孢子、荚膜，具有端生鞭毛若干根，适合温度20～30℃，最适 pH6～9。3%的NaCl，0.3%的甘油对发光实验有好处。发光异短杆菌(Xenorhabdus luminescens)、霍乱弧菌(V.cholerae)和青海弧菌(V.qinghaiensis)属于淡水发光菌，而其他都属于海洋细菌。

1.2 发光机理[4，5]

不同种类的发光细菌的发光机理是没有区别的，是分子态的O2氧化FMNH2(还原态的黄素单核苷酸)和长链脂肪醛(RCHO)受到细菌荧光素酶(Bacterial Luciferase简称BL)催化，这些反应中生成的能量用来释放蓝绿光，最大发光强度的波长在450～490nm处，而不是用能量来建立质子梯度、渗透反应以及合成ATP。

1.3 发光细菌法原理[6]

在20世纪70年代后期，发光细菌法作为一种微生物监测环境水质毒性的新方法才被提出，它的特点是快速、简便、费用低廉，而且灵敏程度比鱼类96h急性毒性试验方法还好。由于水中污染物对发光细菌发光强度有很大影响，我们可以利用灵敏的光电测量系统对其进行测定，发光细菌法正是利用这种方法进行测定。发光细菌在一定的条件下发光强度是恒定的，在正常的生理条件下能够发出蓝绿色可见光，波长在450～490nm处。当发光细菌遇到有毒污染物的时候，受到有毒物质的干扰，发光细菌的发光强度被抑制而发生变化，在一定范围内，发光强度与有毒物质的浓度、毒性大小呈线性负相关关系。用EC50表示有毒物质的毒性，即发光细菌发光强度降低50%时有毒物质的浓度。有毒物质抑制细菌发光的途径有两个，一是直接抑制参与发光反应的酶类活性，二是抑制细胞内与发光反应有关的代谢过程，因此只要有毒物质能够干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程，都能够用发光强度的变化来测定。

2 应用

2.1 测定水体水质状况

我国大部分水体均受到不同程度的污染，对水质状况进行全面细致的监测，是治理其污染的首要任务。仅仅依靠简单的理化指标来检测水质的污染程度，很难达到全面细致的监测。为了对水质污染现状和污染物的毒性有一个综合地评价，正确地表示出水体的污染负荷与生物学效应的关系，就要依靠生物毒性试验。

2.2 测定工业废水的毒性

造成水质污染的一个重要因素是工业废水，当一片水域的污染达到一定程度时，水中的生物会出现中毒反应，表现就是正常代谢功能紊乱，行为反常，细胞组织变化，甚至死亡。对这种有毒物质构成复杂的工业废水以及整个污染水域的总毒性的监测和评价，就要用到生物毒性测试研究方法，这种方法可以真实客观地反映水域的实际污染程度，有效的指示废水中各种有毒物质的相互作用和毒性水平。

3 小结

发光细菌法是根据发光细菌特有的生理特性建立起来的新型生物毒性监测技术，这种方法的特点是快速、简便、灵敏。已广泛应用于工业废水以及水域水质毒性监测，为水质分析提供更加快速的测试手段。很多国家都投入了大量人力物力对这种方法进行研究，相信发光细菌法在水质监测以及其它环境监测中将会发挥更大的作用。

[1]王兆群王芹丁长春.发光细菌法监测工业废水综合毒性[J].仪器仪表与分析监测，2002(1)：33～35

[2]方战强，陈中豪，胡勇有，李友明等.发光细菌法在水质监测中的应用[J].重庆环境科学，2003，25(2)：56 ～58

[3]杜宗军王祥红 李海峰池振明.发光细菌的研究和应用[J]，高技术通讯，2003(12)：103 ～106

[4]张菊梅 吴清平 周小燕.荧光素酶研究进展[J].微生物学通报，2001，28(5)：98 ～1101

[5]刘建武，孙成华，刘宁.荧光素酶及其应用[J].生物学通报，2004，39(2)15 ～117

[6]杜宗军，王祥红，李海峰，池振明.发光细菌的研究和应用[J].高技术通讯，2003(12)：103～106