发光细菌在国内水质监测中的应用

什么是发光细菌法？

发光细菌法是利用灵敏的光电测量系统测定毒物对发光细菌发光强度的影响，判断毒物毒性的大小。发光细菌含有荧光素、荧光酶、ATP等发光要素，在有氧条件下通过细胞内生化反应会产生微弱荧光。当细胞活性升高，处于积极分裂状态时，其ATP含量高，发光强度增强。发光细菌在毒物作用下，细胞活性下降，ATP含量水平下降，导致发光细菌发光强降低。

实验显示，毒物浓度与菌体发光强度呈线性负相关关系，因而，可以根据发光细菌发光强度判断毒物毒性大小，用发光度表征毒物所在环境的急性毒性。

发光细菌法有什么优势？

近年来，水污染问题日益严重，严重威胁人类生命健康，成为世界性的环境治理难题。科学研究工作者已开发出许多灵敏、有效的环境监测方法，这些方法可以划分为两类：分析技术和生物监测。

目前，该检测技术已经广泛应用于化学品、污水、沉积物和土壤等的毒性测试，能够在短时间内反映水质的综合毒性状况，判断水体是否适于作为饮水水源。此外，发光细菌法在教学领域也得到了应有的重视，配合《水和废水监测分析方法》(第 4版)中关于发光菌应用方面的实验，同济大学已开设了此项实验课程。

分析技术常常用于废水常规指标的测试，但不能反应水质综合毒性的大小。传统的生物监测以水蚤、藻类或鱼类为受试对象，虽然能反映毒物对生物的直接影响，但是这些方法的大缺点是实验周期长，实验过程比较繁琐。针对传统生物毒性检测方法的不足，做为一种新型的生物监测技术，发光细菌法表现出了灵敏度高、相关性好、反应速度快、成本低廉、自动化程度高等诸多优点。它不仅能测定单因子指标，还能快速准确测出环境的综合毒性指标，具有理化法*的优势，因此，发光细菌法近年来受到了环境工作者的广泛关注。

发光细菌法在国内水质监测中的应用

发光细菌法：原理是利用某些细菌在正常（健康）状态下会产生荧光。当被置于有毒物质存在的环境中，它们的发光量减少。样本中的毒性越大，它们的发光量就越小。测量发光菌的发光量的变化，可以表明水样中毒性物质的存在。

1.汶川地震灾区饮用水监测

2008年 5月 12日，四川汶川地区的此次地震对灾区居民的饮水安全问题带来了严重威胁，为了保障灾区居民的饮水安全，必须对饮用水源进行监测。

地震灾区的水质应急监测不同于常规水质监测，也不同于其他突发性污染事故的应急监测。由于地震的毁灭性破坏，无法得知进入水体的污染类型、污染范围和污染物浓度。在监测目标物未知的水体中，利用常规物理化学分析方法，很难确定监测的项目参数，只能选取具有代表性的水质参数进行监测；同时，灾区水源地每天供应当地居民的用水必须当天采集样品进行监测分析，这就要求监测必须准确、简单、快速，不可能按照常规饮用水水质标准，对所有的水质检测参数进行测定_1。此外，需要一种能够综合反映水质污染状况的检测技术来判断饮用水源是否安全。为解决上述问题。长江流域水环境监测中心应用了发光细菌综合毒性检测技术。在利用移动监测车监测常规理化指标的同时，使用 Deletox(便携)或Microtox(台式)检测系统，检测了汶川地震灾区 12个市县的 200多个城镇、乡镇集中供水水源地及灾区群众临时安置供水点的饮用水源水质，通过计算，直接确定样品的综合毒性；同时进行了水质理化指标的监测，主要包括水温、pH值、电导率、浊度、氨氮、亚硝酸盐氮、COD、六价铬、氰化物和氟化物等参数。在一个月的饮用水源地巡回检测中，共检测水样 1000多个，获取监测数据上万个。结果显示，大部分水源水质较好，出水对生物体的急性综合毒性为低毒。测定结果与 pH、氰化物、挥发酚、六价铬、砷、汞、硝酸盐氮等理化指标的监测结果有可比性，水体的综合毒性指标正常。

在对汶川饮用水进行测试期间，发光细菌法不仅显示出了操作简单、方便快捷的特点，而且能够反应水体的综合毒性效应。

2.大沽排污河及永定新河水样监测

雷炳莉曾报道应用发光菌生物毒性监测技术，测定天津大沽排污河和永定新河水样的综合毒性，进行毒性分级和河流水质综合毒性评价。同时，比较了亲水一疏水平衡 (hydrophilic—lipophilic balance，HLB)柱富集前后水样的毒性变化，分析有机污染物对发光菌的毒性贡献情况，为进一步的河流污染物监测分析和生态风险评价提供基础资料，并为河流水质评价、水质污染应急性生物毒性测试提供基础数据和基本方法。

测定分析结果显示，大沽排污河和永定新河水样均对发光菌显示出了一定的毒性效应，其毒性级别从低毒到剧毒，呈现较大差异，并且大沽排污河的毒性总体上高于永定新河，且二者均表现为富集前水样的毒性大于富集后水样的毒性。通过比较HLB柱富集前后水样对发光菌相对抑光率的变化，得出富集前水样对发光菌产生毒性的有机物类型主要是在水中具有一定溶解度的极性或中性有机污染物。但由于多种有机污染物和无机污染物都能对发光菌产生毒性效应，因此，对发光菌产生毒性效应的具体物质需要结合化学分析作进一步的鉴别评价。

MicrotoxModel500毒性检测仪的应用

翁维满，王莉莉根据上海茂默科学仪器有限公司代理供应的 Micro toxModel500毒性检测仪，开展检测的实例分析，检测自来水厂的水源水、出厂水和管网水，证明该检测系统对于快速判断水质是否存在有害物质，起着非常重要的作用，确保供水厂水质在应急情况下做到安全供水。

MicrotoxModel500毒性检测仪是一种采用生物传感技术的毒性检测系统，它的技术的基础是使用费希尔狐菌发光细菌，在常规模式下，15min内光的损失率检测结果大于2O，则饮用水毒性较大，不宜使用或饮用。

3．展望

发光细菌法用于环境样品毒性试验已有多年历史，在饮用水、污水、废水等方面都得到了广泛的应用。它不仅能够监测有机物，对水中重金属的监测也有着应用前景，是环境毒性检测的一种有效方法。

但这种方法亦存在细菌发光强度本质差异较大，检测期间发光自然变化幅度较宽，操作繁琐，重现性不佳，误差较大等不足。对此，科学家们不断地对其进行完善和补充。随着现代仪器和光电子技术在的迅速发展，发光细菌技术和 GC、GC／MS及荧光、紫外等大型分析仪器相结合，为克服以上之不足，更加准确、定量地评价环境污染物急性毒性提供了保证。基因操作技术的引入，更是大大扩宽了发光细菌法的应用范围，各种类型的生物发光传感器不断涌现。此外，荧光酶的应用是发光细菌法另一个新的发展。随着科学研究技术的不断进步，发光细菌法会有更加广泛的发展。