什么是發(fā)光細(xì)菌法？

發(fā)光細(xì)菌法是利用靈敏的光電測量系統(tǒng)測定毒物對(duì)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的影響，判斷毒物毒性的大小。發(fā)光細(xì)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(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生微弱熒光。當(dāng)細(xì)胞活性升高，處于積極分裂狀態(tài)時(shí)，其ATP含量高，發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)。發(fā)光細(xì)菌在毒物作用下，細(xì)胞活性下降，ATP含量水平下降，導(dǎo)致發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)降低。

實(shí)驗(yàn)顯示，毒物濃度與菌體發(fā)光強(qiáng)度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，因而，可以根據(jù)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)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(xì)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(shí)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(xì)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(shí)驗(yàn)，同濟(jì)大學(xué)已開設(shè)了此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(duì)象，雖然能反映毒物對(duì)生物的直接影響，但是這些方法的大缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)周期長，實(shí)驗(yàn)過程比較繁瑣。針對(duì)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(xì)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(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。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(xì)菌法近年來受到了環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注。

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

發(fā)光細(xì)菌法：原理是利用某些細(xì)菌在正常（健康）狀態(tài)下會(huì)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(duì)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(duì)飲用水源進(jìn)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(jìn)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(xiàng)目參數(shù)，只能選取具有代表性的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；同時(shí)，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(jìn)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(duì)所有的水質(zhì)檢測參數(shù)進(jìn)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(xì)菌綜合毒性檢測技術(shù)。在利用移動(dòng)監(jiān)測車監(jiān)測常規(guī)理化指標(biāo)的同時(shí)，使用 Deletox(便攜)或Microtox(臺(tái)式)檢測系統(tǒng)，檢測了汶川地震災(zāi)區(qū) 12個(gè)市縣的 200多個(gè)城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中供水水源地及災(zāi)區(qū)群眾臨時(shí)安置供水點(diǎn)的飲用水源水質(zhì)，通過計(jì)算，直接確定樣品的綜合毒性；同時(shí)進(jìn)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(jià)鉻、氰化物和氟化物等參數(shù)。在一個(gè)月的飲用水源地巡回檢測中，共檢測水樣 1000多個(gè)，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)上萬個(gè)。結(jié)果顯示，大部分水源水質(zhì)較好，出水對(duì)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(jià)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(duì)汶川飲用水進(jìn)行測試期間，發(fā)光細(xì)菌法不僅顯示出了操作簡單、方便快捷的特點(diǎn)，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(bào)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(jìn)行毒性分級(jí)和河流水質(zhì)綜合毒性評(píng)價(jià)。同時(shí)，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(jī)污染物對(duì)發(fā)光菌的毒性貢獻(xiàn)情況，為進(jìn)一步的河流污染物監(jiān)測分析和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料，并為河流水質(zhì)評(píng)價(jià)、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(duì)發(fā)光菌顯示出了一定的毒性效應(yīng)，其毒性級(jí)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(duì)發(fā)光菌相對(duì)抑光率的變化，得出富集前水樣對(duì)發(fā)光菌產(chǎn)生毒性的有機(jī)物類型主要是在水中具有一定溶解度的極性或中性有機(jī)污染物。但由于多種有機(jī)污染物和無機(jī)污染物都能對(duì)發(fā)光菌產(chǎn)生毒性效應(yīng)，因此，對(duì)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(jìn)一步的鑒別評(píng)價(jià)。

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(shí)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(duì)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(fèi)希爾狐菌發(fā)光細(xì)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(xì)菌法用于環(huán)境樣品毒性試驗(yàn)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(jī)物，對(duì)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(xì)菌發(fā)光強(qiáng)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(duì)此，科學(xué)家們不斷地對(duì)其進(jìn)行完善和補(bǔ)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(xì)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(píng)價(jià)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(kuò)寬了發(fā)光細(xì)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(xì)菌法另一個(gè)新的發(fā)展。隨著科學(xué)研究技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光細(xì)菌法會(huì)有更加廣泛的發(fā)展。