1、1发光细菌用于环境检测的研究进展摘要：发光细菌是一种能够在正常条件下发出可见光的细菌，大都生活在海洋中。野生发光细菌和基因工程发光细菌应用于环境检测，大大提高了环境检测的准确性、灵敏性。本文综述了发光真菌分类、发光机制以及发光真菌在环境检测中的应用，对发光真菌生物传感器的研究发展情况进行了简要分析，以供参考。 关键词：发光细菌 环境检测 研究 一、发光真菌分类 发光真菌，尤其是海洋真菌发光，是一种很早就被人们知晓的生物现象。在一定条件下，发光真菌能够发射一些可见光，一般在海洋环境中出现。根据美国 Baumann 分类法，将发光真菌分成以下几类，如表 1。我国学者已经成功分离出了另一种发光真菌，
2、即青海弧菌。 二、发光真菌发光机制分析 发光真菌在正常环境中，能够散发 450490nm 的蓝绿色光，发光强度一般比较稳定，发光真菌发光机制大体一致。从发光反应过程来看，霉菌体内部的还原型黄素 FMNH2、异性荧光素酶 LE、八碳脂肪醛 RCHO、氧分子 O2，发生氧化反应，因而产生了光子。细菌体内部的正常氧化作用引起了发光反应，影响菌体代谢的物质会对发光反应产生影响，改变发光强度。 三、发光细菌在环境检测中的应用分析 2在 1672 年，英国 Boyle 发现了发光真菌的光容易受到化学物质的影响，对发光真菌的研究产生了很大作用，海洋发光真菌也被作为了重点研究对象之一。在上个世纪七十年代，人们
3、首次从海洋鱼类中分离出了一种对环境敏感且无害的发光真菌，可以用于对水污染的检测。 从生物检测材料来看，从理论上说，所有的生物材料都能够作为检测的材料。在对比研究了发光真菌、水蚤、动物细胞、植物细胞、小球藻等环境样品分析后，表明了发光真菌在检测灵敏度和速度方面都有很大优势。由于发光真菌发光的强度和生物的污染浓度能够呈现出线性关系，因而能够快速、灵敏、稳定地表现出环境污染情况。同时，发光真菌易于培养，成本较低，且操作简便，检测结果的精度较高，能够广泛用于质检、水产养殖、环境监测等领域。 1.野生发光真菌用于环境污染检测分析 经过研究发现，发光真菌能够对 1000 多种简单的化合物做出及时反应，对大
4、范围物质毒性的反应较快，如杀鼠剂、杀真菌剂、杀虫剂、化工原料、重金属等。在 1995 年，我国已经将发光真菌法作为环境毒性检测的基本方法。在环境污染检测中，发光真菌能够对污染物的综合毒性和生态系统的潜在威胁进行评估，与细胞毒性试验、Ames 试验、理化检测结合起来，能够使检测的结果更全面、可靠。在上个世纪八十年代，美国的 SDI 生物技术公司研发了一种毒性检测系统，该检测系统将发光真菌作为检测的材料，能够在 15 分钟内对水质毒性进行检测，该系统已被广泛应用到水质检测中。 饮水系统的安全成为全球关注的问题，饮水系统安全在线监测也成3为当前亟待解决的难题。Appels 等人研制出了一种 TOX
5、control 的检测方法，将发光真菌检测法、紫外分光光度法结合起来，发光真菌检测法检测的对象主要是水中的未知毒性物质和综合毒性物质；紫外分光光度法的检测对象为化学物质，对其进行定量或定性测定。然后将两个分部仪器的检测数据综合起来，得出是否发出警报的结论，增强预警系统的准确性。从目前来看，TOX control 检测方法已经广泛应用到饮用水安全评价中，尤其是饮用水系统在线监测。 2.基因工程发光真菌用于环境污染检测分析 虽然发光真菌检测方法有很多优点，但是也存在很多限制：一是由于发光管真菌大都为海洋真菌，淡水或者污染浓度较高的水质中很难存活。二是由于野生真菌只能用于污染物综合毒性评估，对特定目
6、标物浓度确定并不准确。随着现代基因工程技术的快速发展，能够有效解决以上问题。 就发光真菌基因系统来看，可以分为结构基因、调节基因两种。不同的发光细菌，其发光基因的种类、数量都有很大差异。因此，利用基因工程技术，将发光基因导入到非发光细菌中，这样就能够形成发光基因，可以用于特定目标物和环境污染物检测中。基因工程发光真菌研究成为当前发光真菌研究的重要课题。 水质检测重点是工业污水检测，尤其是污水处理厂水处理效果分析。由于工业污水的污染浓度较高，污染物种类也比较复杂，因而外来细菌很难存活。针对这种情况，可以在活性污泥中提取一些细菌，这些细菌不仅对污水环境的耐受性较强，且对污水中的特定毒物应具有很高的
7、灵4敏性。再将发光基因导入到这些细菌中，这样就可以构造出能够用于工业污水检测的特殊的发光真菌了。在此基础上，Ren、Frymier 等人将假单细胞菌从活性污泥分离出来，将发光基因导入到菌中，构建了一个重组的发光真菌 Shk1，建立了一个基于 Shk1 的污水处理动态监测系统，能够大大提高污水检测的效率。 四、发光真菌生物传感器 随着光电转换技术的发展，发光细菌的特性使发光真菌生物传感也成为了当前的研究热点。在前人研究的基础上，张理兵、于海等人研制出了一种能够用于重金属环境检测的光纤传感器，以光纤为细菌发光信号的传导介质，将识别元件和光学检测部分分离开来，能够用于现场检测中。通过实验表明，该光感
8、器和传统的检测方法具有很强是星星。在基因工程技术基础上，Gil、Kim 等人研发了一种以固态琼脂为探头的传感器，该传感器可以用于气相毒物的检测，当发光真菌和空气接触时，探头元件通过光纤和光度计连接起来，进而读取数据。该种传感器可以用于甲苯、于苯、二甲苯和苯乙烷混合气体检测，且效果较好。 五、展望 如前所述，发光真菌具有成本低、灵敏、快速、操作方便等特点，在环境监测中广泛应用。通过基因工程对天然细菌进行有效改造，将发光基因导入到该细菌中，让其具有发光的特性，提高发光细菌对环境检测的可靠性和适应性。目前，发光真菌应用研究大都集中在生物传感器方面，在活性保存技术和固化技术进一步发展滞后，发光细菌生物传感器的研究水平也将大大提高。 5参考文献 1刘超，姚站馨.发光细菌用于环境检测的研究进展J.军事医学科学院院刊，2009，33（2）：179-182. 2许道艳，李伟，张芳等.用发光细菌法监测海洋沉积物综合毒性的可行性研究J.海洋环境科学，2009，28（5）：570-572. 3朱文杰，徐亚同，张秋卓等.发光细菌法在环境污染物监测中的进展与应用J.净水技术，2010，29（4）：54-59.
