1、指標微生物與發光菌,大綱,指標生物指標生物在環境監測上的應用發光生物發光細菌發光細菌如何應用於環境監測發光細菌在研究與其他生物科技上的應用,近代化學污染特性,化學物成分複雜與多元化難分解化學與物理法分析困難不易鑑定毒性物質對生物之加乘效應加乘效應: A 毒物毒性單位為1 B 毒物毒性單位為1 A+B 同時對生物的毒性 1+1,指標微生物,可用來指示環境狀況的微生物能忠實而直接反應生物受污染的傷害反應靈敏可補足化學分析與物理分析法無法檢測的項目或效應,指標微生物,藻類地衣水蚤原生動物細菌,指標微生物的特色,數量多, 個體差異小生長與繁殖速度快偵測容易容易培養且實驗方便,指標藻類- 清潔水域指標藻
2、種,脆桿藻 Fragilaria (一種矽藻) 是清潔水域中常見的藻種,指標藻類- 清潔水域指標藻種,曲殼藻 Achnanthes (一種矽藻) 亦是清潔水域中常見的藻種,指標藻類- 清潔水域指標藻種,各式的微星鼓藻 Micrasterias 亦是清潔水域中常見的藻種,指標藻類- 污染水域指標藻種,單胞藻 Chlamydomonas 是污染水中常出現的藻種,指標藻類- 污染水域指標藻種,眼藻 Euglena 亦是污染水中常出現的藻種,指標藻類- 污染水域指標藻種,顫藻 Oscillatoria (一種藍綠藻) 是污染水中常出現的藻種, 不但產生臭味影響水質, 而且會阻塞濾床, 是自來公司的頭痛
3、人物,地衣 (Lichen) 是優良的空氣污染指標生物,地衣是藻類與真菌的共生體對空氣污染極為敏感,藻類,真菌,地衣 (Lichen) 是優良的空氣污染指標生物,各種不同型態的地衣: 枝狀, 葉狀, 與殼狀,水蚤對水中的毒性物質相當敏感常作為急毒性實驗指標生物,微生物指標舉例水質糞便污染指標,1. 大腸桿菌群類 (coliform)2. 糞便鏈球菌 (Fecal streptococci)3. 大腸桿菌噬菌體 (coliphage)* 與病原菌共存且呈正相關性* 能耐水質處理過程* 能容易及快速鑑定,可發出螢光的生物,昆蟲 (如螢火蟲)軟體動物 (如烏賊)腔腸動物 (如水母)甲殼動物原生動物低
4、等植物真菌細菌,生物發光反應 (Bioluminescence),螢火蟲發光基質 + 氧氣 + ATP 氧化態基質 + ADP + 螢光發光細菌醛類基質 + 氧氣 + FMNH2 酸類基質 + FMN + 螢光,發光酵素,發光酵素,深海魚類身上具有發光器,發光水母,會發光的蝦,烏賊的發光器,螢火蟲,發光真菌,發光細菌,發光細菌,均為革蘭氏陰性桿菌或弧菌除一種為陸生外 (與一種線蟲共生) 其餘均為海洋菌代謝方式為兼性厭氧發光能源: FMNH2,發光細菌的生活方式,自由浮游生活在海水中附著在其他海洋生物體表共生於海洋動物的消化道中共生於海洋生物的發光器官內,生物為何要發光?,誘捕餌食信號傳遞 (同
5、伴辨認, 求偶等)驚嚇與驅散敵人對比補光, 掩藏行蹤,影響細菌發光的一些因素,氧氣濃度鹽度溫度基因的表現強弱自動誘導現象 細菌的濃度必須達到某一程度(其分泌的誘導分子累積超過臨界點), 發光基因才會表達,細菌發光的自動誘導機制,為一種臨界值感應現象當細菌所分泌的自動誘導物質濃度超過某一臨界值時, 發光基因開始表現, 而使發光強度增加自動誘導物質的濃度受到細胞濃度影響, 通常細胞濃度到每毫升為 107 108 時, 自動誘導系統開始啟動,細菌發光的自動誘導機制,有人將此種機制稱為 “細胞與細胞間的對話 (Talking)”,生物螢光在生物科技上的應用,環境污染的偵測DNA損傷的偵測氧化逆境的偵測
6、病原菌的偵測農業蟲害防治其他,微生物指標舉例發光菌指標的應用,微生物指標舉例發光菌指標的應用 Microtox 系統,DNA損傷的偵測,將發光基因透過遺傳工程技術, 與DNA修補基因結合, 一旦修補系統啟動時, 細胞也會同時啟動發光基因而發出螢光, 因此便可得知DNA受損與修復的程度,氧化逆境的偵測,細胞代謝或紫外光照射時, 細胞內部會產生超氧離子與自由基, 造成細胞老化與傷害以遺傳工程技術, 將發光基因與對過氧化物敏感的基因結合起來細胞遭遇過氧化物時, 會發出螢光, 因而可以偵測氧化逆境,病原菌偵測,將發光基因植入特定噬菌體內, 再使噬菌體感染病原菌噬菌體專一性極高, 只感染特定病原菌病原菌受到感染而發出螢光, 易於辨識此方法也可以應用於其他細菌, 例如追蹤細菌在環境中的變遷,農業蟲害防治,中央研究院趙裕展博士於1996年首創將水母螢光基因植入昆蟲病毒中病毒感染植物害蟲, 造成昆蟲發光可追蹤宿主昆蟲發病程度, 以及病毒的分布可用於篩選高效率殺蟲病毒, 減少化學農藥的施用,農業蟲害防治,未感染病毒的蟲體不發光,利用近代生物科技監測環境污染的展望,準確性快速標準化操作簡便價格低廉,
