發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定水質(zhì)急性毒性研究進(jìn)展

李再興,尹 青，趙俊娜，李貴霞，劉艷芳，李 偉，高 湘

(1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北省污染防治生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊 050018)

發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定水質(zhì)急性毒性研究進(jìn)展

李再興1,2,尹 青1,2，趙俊娜1,2，李貴霞1,2，劉艷芳1,2，李 偉1,2，高 湘1,2

(1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北省污染防治生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊 050018)

發(fā)光細(xì)菌法具有簡(jiǎn)單、有效、快速、重現(xiàn)性好、成本低等特點(diǎn)，已成為水質(zhì)急性毒性快速檢測(cè)的首選方法。介紹了發(fā)光細(xì)菌法的檢測(cè)原理、常用發(fā)光細(xì)菌類(lèi)型及其檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，綜述了發(fā)光細(xì)菌法在工業(yè)廢水、城市污水、飲用水、地表水的水質(zhì)急性毒性檢測(cè)研究現(xiàn)狀，及其在水質(zhì)污染突發(fā)事件的快速應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。分析表明，充分利用發(fā)光細(xì)菌的自身優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)出便捷、快速、穩(wěn)定的水質(zhì)急性毒性在線檢測(cè)方法和設(shè)備，對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)將是發(fā)光細(xì)菌法的一個(gè)研究重點(diǎn)。

發(fā)光細(xì)菌; 急性毒性; 水質(zhì)檢測(cè)

污染水體引起水生生物生理活動(dòng)不良改變時(shí)，即是對(duì)這種生物產(chǎn)生了生物毒性。生物毒性根據(jù)作用時(shí)間的長(zhǎng)短分為急性毒性、慢性毒性和遺傳毒性。其中急性毒性可以表明污染水體與生物短時(shí)間接觸后對(duì)生物造成的損害[1]。通過(guò)建立污染水體作用劑量與毒性效應(yīng)關(guān)系，可以將損害程度量化，直觀地反映污染水體對(duì)生物種群的影響，提供環(huán)境污染預(yù)警，更好地指導(dǎo)環(huán)境污染防治[2-3]。因此，水質(zhì)急性毒性檢測(cè)已經(jīng)逐步成為評(píng)價(jià)水質(zhì)污染的重要手段之一。

急性毒性檢測(cè)以選取受試生物的不同分為魚(yú)類(lèi)急性毒性測(cè)試法、浮游生物急性毒性測(cè)試法和微生物急性毒性測(cè)試法[4]。魚(yú)類(lèi)急性毒性測(cè)試法和浮游生物急性毒性測(cè)試法可以靈敏而準(zhǔn)確地反映水體急性毒性水平，但是這兩種方法工作量大，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，不適于大批量水樣的快速檢測(cè)；發(fā)光細(xì)菌法因其檢測(cè)速度快、自動(dòng)化程度高、人為錯(cuò)誤少等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代末，國(guó)外科學(xué)家從海魚(yú)體表分離出了發(fā)光細(xì)菌用于檢測(cè)水體的生物毒性，現(xiàn)已成為一種簡(jiǎn)單、快速的生物毒性檢測(cè)手段[5-7]。本文綜述了發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)水質(zhì)急性毒性的研究進(jìn)展，并對(duì)發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 發(fā)光細(xì)菌法原理

發(fā)光細(xì)菌是一類(lèi)含有l(wèi)ux基因，在正常的生理?xiàng)l件下能夠發(fā)射可見(jiàn)光的細(xì)菌，屬革蘭氏陰性菌，兼性好氧化能自養(yǎng)型。目前已知的發(fā)光細(xì)菌有弧菌屬(Vibrio)、發(fā)光桿菌屬(Photobacterium)、希瓦氏菌屬(Shewanella)、光桿菌屬(Photorhabdus)和致病桿菌屬(Xetorhabdus)，均屬于γ-朊細(xì)菌組[8]，主要分布在海洋中。而霍亂弧菌(Vibriocholera)則是少數(shù)被發(fā)現(xiàn)的淡水發(fā)光細(xì)菌之一，中國(guó)學(xué)者朱文杰從青海湖中分離得到一個(gè)淡水發(fā)光細(xì)菌新種并命名為青?；【?。

發(fā)光細(xì)菌在正常生理?xiàng)l件下能發(fā)出450～490 nm藍(lán)綠色可見(jiàn)光，在一定的環(huán)境條件下發(fā)光強(qiáng)度比較穩(wěn)定。其發(fā)光機(jī)理為特異性熒光酶(LE)、還原性黃素單核苷酸(FMNH2)、八碳以上長(zhǎng)鏈脂肪醛(RCHO)、氧分子(O2)所參與的復(fù)雜反應(yīng)，大致反應(yīng)歷程如下：

FMNH2+LE→FMNH2·LE+O2→LE·FMNH2·O2+RCHO→

LE·FMNH2·O2·RCHO→LE+FMN+H2O+RCOOH+光。

發(fā)光細(xì)菌發(fā)光是細(xì)菌體內(nèi)正常生理氧化反應(yīng)的結(jié)果。發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光過(guò)程極易受到外界條件的影響，凡是干擾細(xì)菌呼吸或生理過(guò)程的因素均能使細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生改變，這就是發(fā)光細(xì)菌用于毒性檢測(cè)的基本原理。培養(yǎng)至正常發(fā)光的發(fā)光細(xì)菌與毒性物質(zhì)接觸后，由于其與發(fā)光相關(guān)的代謝途徑受阻，短時(shí)間內(nèi)即可表現(xiàn)出發(fā)光強(qiáng)度減弱，且發(fā)光強(qiáng)度的減弱量與毒性物質(zhì)的濃度呈良好的相關(guān)性[9]，可以此來(lái)檢測(cè)物質(zhì)的急性毒性。

2 發(fā)光細(xì)菌用于急性毒性檢測(cè)

1672年BOYLE觀察到發(fā)光細(xì)菌所發(fā)出的光易被化學(xué)物質(zhì)抑制，引起科學(xué)界對(duì)細(xì)菌發(fā)光效應(yīng)的大量研究。BULLICH于20世紀(jì)70年代提出了水環(huán)境急性毒性檢測(cè)的發(fā)光細(xì)菌法，率先推出“Microtox Test”，配以發(fā)光細(xì)菌凍干粉制劑機(jī)和專(zhuān)用的測(cè)光儀進(jìn)行水環(huán)境急性毒性的測(cè)定。此后該方法因其快速、靈敏、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)逐步得到推廣應(yīng)用[10]。目前發(fā)光細(xì)菌用于急性毒性檢測(cè)包括以下2個(gè)層面。

1)發(fā)光細(xì)菌直接用于急性生物毒性檢測(cè)

利用發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度與環(huán)境中急性毒性物質(zhì)濃度成負(fù)相關(guān)的原理，直接將發(fā)光細(xì)菌與檢測(cè)樣品進(jìn)行接觸，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的變化，來(lái)考察樣品的急性毒性水平，這種方法是最常見(jiàn)的發(fā)光細(xì)菌急性毒性檢測(cè)方法，BULLICH所推出的“Microtox Test”即屬于該層面應(yīng)用。此類(lèi)方法因所采用的測(cè)試菌種、表征方式和測(cè)試儀器的差異而有所不同。目前常用的發(fā)光細(xì)菌測(cè)試菌種為費(fèi)氏弧菌、明亮發(fā)光桿菌和青?；【?/p>

美國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[11]中推薦采用費(fèi)氏弧菌作為急性生物毒性的測(cè)試菌種。JURADO等以費(fèi)氏弧菌為測(cè)試菌種，檢測(cè)了烷基聚葡糖苷的急性生物毒性，通過(guò)與其他急性生物毒性測(cè)試方法的比較，表明采用費(fèi)氏弧菌作為測(cè)試菌種能準(zhǔn)確反映該物質(zhì)的急性生物毒性[12]。中國(guó)現(xiàn)行急性生物毒性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[13]中推薦采用的測(cè)試菌種為明亮發(fā)光桿菌，同樣能獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。費(fèi)氏弧菌和明亮發(fā)光桿菌均屬于海洋發(fā)光細(xì)菌，無(wú)法準(zhǔn)確反映湖泊、河流等淡水水體的急性生物毒性。因此，一種淡水發(fā)光細(xì)菌被分離制備為測(cè)試菌種，WU等采用其測(cè)定上海市高速公路地表徑流的急性生物毒性，通過(guò)與斑馬魚(yú)急性生物毒性檢測(cè)法進(jìn)行比較，表明檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)便快速，獲得滿意效果[14]。

發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定水質(zhì)急性毒性可選用參比毒物濃度來(lái)表征，也可選用EC50值(半數(shù)效應(yīng)濃度)來(lái)表征。中國(guó)國(guó)標(biāo)中采用氯化汞作為參比毒物，在檢測(cè)樣品的同時(shí)，制作一系列濃度的氯化汞與發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系曲線。以樣品的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得對(duì)應(yīng)的氯化汞濃度，則該樣品的毒性即相當(dāng)于該濃度氯化汞的毒性。所謂的EC50值是從毒理學(xué)的半數(shù)致死劑量引申而來(lái)的，在此是指使一組受試菌體相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為50%時(shí)的樣品的百分比濃度。顯然，此值越小，毒性越大。這兩種表征方法客觀上均對(duì)污染水體的毒性大小給出了判斷標(biāo)準(zhǔn)。為了更加直觀地反映水質(zhì)的毒性水平，可將毒性進(jìn)行分級(jí)[15-16]，水質(zhì)急性毒性(發(fā)光細(xì)菌法)分級(jí)見(jiàn)表1。杜麗娜等以GB/T 15441—1995中推薦明亮發(fā)光桿菌(PhotobacteriumphosphoreumT3spp．)為測(cè)試生物，從數(shù)據(jù)處理、參比毒物和測(cè)定方法3個(gè)角度，對(duì)國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行了改進(jìn)。建議采用自身活動(dòng)性較強(qiáng)的弧菌科菌種替代國(guó)標(biāo)推薦的桿菌。同時(shí)討論了毒性較低的 ZnSO4·7H2O替代標(biāo)準(zhǔn)劇毒性物質(zhì)氯化汞的可行性[17]。

表1 水質(zhì)急性毒性(發(fā)光細(xì)菌法)分級(jí)Tab.1 Classification acute toxicity of water quality (luminescent bacteria)

目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已出現(xiàn)了多種發(fā)光細(xì)菌相關(guān)的檢測(cè)儀器與試劑盒產(chǎn)品，如美國(guó)BECHMAN儀器公司的Microtox、SDI公司的Delta Tox，Merck公司的Tox Alert，以及荷蘭Skaler公司的ToxTracer等，這些儀器各具特點(diǎn)，但都以發(fā)光細(xì)菌直接用于急性毒性檢測(cè)，只是檢測(cè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了模塊化，使操作更簡(jiǎn)便、快速和準(zhǔn)確，并盡可能地減少了人為干擾[9,18]。

2)基因水平發(fā)光細(xì)菌急性生物毒性檢測(cè)

發(fā)光細(xì)菌直接用于急性毒性檢測(cè)，能較好地反映物質(zhì)的綜合毒性，但是不能獲得不同類(lèi)型毒性物質(zhì)的毒性信息，于是人們開(kāi)始探索重組型發(fā)光細(xì)菌用于急性毒性檢測(cè)。重組型發(fā)光細(xì)菌可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定毒物的選擇性檢測(cè)，HWANG等將發(fā)光細(xì)菌基因與各種應(yīng)激系統(tǒng)的啟動(dòng)子重組之后，構(gòu)成各種應(yīng)激型發(fā)光細(xì)菌測(cè)試菌種，如分別對(duì)超氧自由基和羥基自由基產(chǎn)生損傷敏感的DS1型和DK1型，將2種應(yīng)激型發(fā)光細(xì)菌與銀納米顆粒接觸后發(fā)現(xiàn)，DS1型的發(fā)光強(qiáng)度有明顯變化，而DK1型則幾乎未發(fā)生變化，即可推測(cè)出游離Ag+導(dǎo)致大量超氧自由基生成，而未產(chǎn)生羥基自由基[19]。

此外，還可以采用基因重組技術(shù)將發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光基因重組于某種特殊載體，然后將這種載體進(jìn)一步固化于特定物質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)毒性物質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。CHO等采用基因工程技術(shù)對(duì)發(fā)光細(xì)菌進(jìn)行基因水平改造后將其冷凍干燥在384微孔板中，再配以生物發(fā)光測(cè)定儀組成了全自動(dòng)Microtox毒性檢測(cè)系統(tǒng)[20]，可實(shí)現(xiàn)毒性物質(zhì)連續(xù)性監(jiān)測(cè)，消除人為操作的誤差。

3 發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定水質(zhì)急性生物毒性研究進(jìn)展

20世紀(jì)90年代德國(guó)與歐盟均頒布了應(yīng)用發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)水質(zhì)急性毒性的標(biāo)準(zhǔn)方法。英國(guó)于1999年依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，頒布了用發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)水質(zhì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(British Standard)，實(shí)驗(yàn)所用的發(fā)光細(xì)菌菌種均屬于海洋細(xì)菌的費(fèi)氏弧菌?！?·11事件”以后，美國(guó)有26個(gè)州強(qiáng)制要求應(yīng)用發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)水廠水質(zhì)。中國(guó)于1995年頒布實(shí)施了《水質(zhì) 急性毒性的測(cè)定 發(fā)光細(xì)菌法》(GB/T 15441—1995)，近年來(lái)該方法不斷發(fā)展，已成為中國(guó)水質(zhì)急性毒性快速檢測(cè)的首選方法。中國(guó)2008年頒布的《發(fā)酵類(lèi)制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21903—2008)等6項(xiàng)制藥廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中首次提出了急性毒性水質(zhì)指標(biāo)，其推薦檢測(cè)方法為發(fā)光細(xì)菌法。

3.1工業(yè)廢水急性毒性檢測(cè)

工業(yè)廢水組成復(fù)雜，常規(guī)理化指標(biāo)檢測(cè)雖然可以對(duì)廢水中某些污染物進(jìn)行快速定量但卻難以測(cè)定其全部污染組分對(duì)環(huán)境的綜合效應(yīng)。因此，常采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行急性毒性檢測(cè)，以考察其進(jìn)入自然水體后可能對(duì)水生生物和自然環(huán)境造成的沖擊。王賓香等采用Microtox技術(shù)(發(fā)光細(xì)菌毒性檢測(cè)技術(shù))對(duì)印染廢水中主要污染成分蒽醌染料和偶氮染料及其降解產(chǎn)物進(jìn)行了急性毒性檢測(cè)，結(jié)果表明，Microtox技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地反映樣品的急性毒性水平，與常規(guī)理化指標(biāo)具有相關(guān)性[21]。MEKKI等分別采用發(fā)光細(xì)菌法和細(xì)菌生長(zhǎng)抑制法對(duì)橄欖油磨坊廢水處理前后的急性毒性進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明發(fā)光細(xì)菌法較細(xì)菌生長(zhǎng)抑制法測(cè)試時(shí)間更短，毒性效應(yīng)敏感性更強(qiáng)[22]。SOMENSI等采用臭氧工藝對(duì)紡織制造業(yè)廢水進(jìn)行處理，并利用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)處理前后的廢水急性毒性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，采用發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)紡織廢水能較好地反映處理過(guò)程中廢水的急性毒性變化，具有靈敏、快速的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水處理工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[23]。RIBO用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)不同時(shí)期的工業(yè)廢水分別進(jìn)行了急性毒性測(cè)定，結(jié)果表明，理化分析并不能完全說(shuō)明工業(yè)廢水的危害，而發(fā)光細(xì)菌法則具有較大的優(yōu)越性[24]。韋昊等采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)某企業(yè)PTA廢水進(jìn)行急性毒性測(cè)試，結(jié)果表明，6個(gè)PTA廢水樣中有3個(gè)呈現(xiàn)高毒性，建議化工企業(yè)排放PTA廢水時(shí)應(yīng)先進(jìn)行無(wú)毒處理，確定無(wú)毒后再排放[25]。MAHMOUD等利用發(fā)光細(xì)菌Vibriofischeri對(duì)薩力多胺進(jìn)行改進(jìn)發(fā)光細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行了綜合毒性評(píng)價(jià)和定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系(QSAR)研究[26]。

從國(guó)內(nèi)外的研究情況可以看出，采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行急性毒性檢測(cè)與理化分析方法具有相關(guān)性，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水急性毒性檢測(cè)的快速、準(zhǔn)確。

3.2城市污水急性毒性檢測(cè)

城市污水回用是解決水資源短缺的重要措施之一，但是實(shí)現(xiàn)污水回用首先要保證回用水的安全性，消除其對(duì)人體或環(huán)境可能產(chǎn)生的潛在危害，因此需要對(duì)城市污水進(jìn)行急性毒性檢測(cè)，建立污水處理工藝急性毒性評(píng)價(jià)與優(yōu)化體系，實(shí)現(xiàn)污水再生回用的安全性。黃滿紅等分別用發(fā)光細(xì)菌法、大型水蚤法和微生物氧吸收累計(jì)量法3種方法對(duì)上海市3家污水處理廠水質(zhì)進(jìn)行沿流程急性毒性檢測(cè)[27]。發(fā)現(xiàn)污水經(jīng)各廠處理后，急性毒性顯著降低，出水急性毒性合乎要求。而就3種檢測(cè)方法的對(duì)比來(lái)看，利用發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)水質(zhì)急性毒性具有簡(jiǎn)單、省時(shí)、直觀的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于水處理工藝的評(píng)估和優(yōu)化過(guò)程中。王麗莎等采用發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定了2個(gè)城市污水再生利用示范工程工藝流程中急性毒性的變化，結(jié)果表明，二級(jí)生物處理能顯著降低污水的急性毒性，但氯消毒顯著提高了污水的急性毒性，并且脫氯后污水的急性毒性仍保持較高的水平，對(duì)生態(tài)安全造成了潛在威脅[28]。馬曉妍等應(yīng)用青海弧菌Q67對(duì)氧化溝處理工藝各處理單元和進(jìn)、出水的生物急性毒性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，水樣取回后立即進(jìn)行發(fā)光細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn)，水樣均顯示為刺激發(fā)光效應(yīng)，污水毒性被掩蓋；將污水用微濾膜過(guò)濾可以使水樣的生物毒性更好地顯現(xiàn)，提高了毒性檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性[29]。

發(fā)光細(xì)菌因其良好的毒物響應(yīng)特性，可用作城市污水處理過(guò)程中急性毒性檢測(cè)受試生物。發(fā)光細(xì)菌急性毒性檢測(cè)法可為污水處理過(guò)程中的水質(zhì)安全提供技術(shù)保證。

3.3飲用水急性毒性檢測(cè)

目前，由于農(nóng)、獸藥殘留、有機(jī)污染物污染、食品添加劑以及生物污染等引起的飲用水安全問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，飲用水安全問(wèn)題成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。歐美許多國(guó)家和地區(qū)均將發(fā)光細(xì)菌法廣泛應(yīng)用于飲用水系統(tǒng)的安全和應(yīng)急評(píng)估。中國(guó)2008年奧運(yùn)會(huì)及2010年上海世博會(huì)期間均采用發(fā)光細(xì)菌法監(jiān)測(cè)飲用水的安全性。潘海祥等利用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)寧波供水體系中的7個(gè)主要水源、5個(gè)水廠出水及相應(yīng)的管網(wǎng)水2次/月連續(xù)進(jìn)行了急性毒性監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明發(fā)光細(xì)菌法因其快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)可用于飲用水系統(tǒng)的毒性監(jiān)測(cè)及預(yù)警[30]。張亞旦等用青海弧菌Q67對(duì)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定限制檢出的14種物質(zhì)配制的混合液進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明，該混合液對(duì)發(fā)光細(xì)菌有明顯的抑制作用，雖然單一物質(zhì)濃度均在安全限制濃度以下，但其綜合毒性十分明顯，可能對(duì)生物和人造成嚴(yán)重影響[31]?？道虻炔捎冒l(fā)光細(xì)菌法對(duì)某地區(qū)飲用水的綜合毒性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，該地區(qū)水質(zhì)生物毒理性基線為-11%～18.4%，pH值、色度、渾濁度、余氯等因素對(duì)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光有抑制作用，需要在測(cè)試之前對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理[32]。通過(guò)建立生物毒理性基線，發(fā)光細(xì)菌法可以快速地判定水樣的毒性強(qiáng)弱，可作為監(jiān)測(cè)水質(zhì)突發(fā)性污染事故及水質(zhì)突變的應(yīng)急方案。

發(fā)光細(xì)菌急性毒性檢測(cè)法因其結(jié)果的可靠性、操作的簡(jiǎn)便性以及成本的合理性已成為飲用水水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)的有效手段，其中比較常用的是Microtox檢測(cè)系統(tǒng)，已有多個(gè)國(guó)家將該系統(tǒng)應(yīng)用于飲用水的監(jiān)測(cè)。

3.4地表水急性毒性檢測(cè)

近年來(lái)，地表水系受到工、農(nóng)業(yè)污水的影響，水質(zhì)持續(xù)惡化。由于地表水體中的污染物種類(lèi)復(fù)雜，難以用單一的理化指標(biāo)來(lái)表示其污染程度。因此需要通過(guò)急性毒性試驗(yàn)，考察水體的污染負(fù)荷與生物效應(yīng)的關(guān)系，以便綜合評(píng)價(jià)地表水水體污染現(xiàn)狀。發(fā)光細(xì)菌法因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)方面具有較好的可行性。KUCZYNSKA等將化學(xué)分析法與發(fā)光細(xì)菌法相結(jié)合評(píng)價(jià)了離城市垃圾堆較近的地表水水體的急性毒性，結(jié)果表明，化學(xué)分析法只能檢測(cè)某一種或某一類(lèi)物質(zhì)的存在狀態(tài)或水平，并不能準(zhǔn)確反映地表水體的受污染程度對(duì)水生生物造成的危害，而發(fā)光細(xì)菌法可以直觀地反映地表水污染程度對(duì)生物造成的損害[33]。ELTZOV等將發(fā)光細(xì)菌固定在光纖上制成水中毒性污染物在線監(jiān)測(cè)儀，用以檢測(cè)地表水中的遺傳毒性物質(zhì)，取得了良好的效果[34]。

3.5水質(zhì)污染突發(fā)事件的快速應(yīng)急監(jiān)測(cè)

近年來(lái)吉林松花江、河北大沙河、無(wú)錫太湖等地陸續(xù)發(fā)生惡性水質(zhì)污染事件，嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的正?；顒?dòng)。為保障供水安全，需要建立快速、準(zhǔn)確的急性毒性監(jiān)測(cè)方法，以生物傳感器為基礎(chǔ)的全自動(dòng)Microtox毒性檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。CHO等發(fā)明的全自動(dòng)Microtox毒性檢測(cè)系統(tǒng)用連續(xù)的苯酚溶液和廢水測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌暴露于水樣后發(fā)光強(qiáng)度急速下降，1 min后即可達(dá)到儀器檢出限，通過(guò)生物發(fā)光測(cè)定儀對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)后即可給出監(jiān)測(cè)結(jié)果，該系統(tǒng)滿足水質(zhì)24 h全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求[20]。張理兵等以明亮發(fā)光桿菌為指示生物，采用光纖作為細(xì)菌發(fā)光信號(hào)傳導(dǎo)介質(zhì)，研究出一種用于重金屬檢測(cè)的光纖傳感器，使識(shí)別元件與光學(xué)檢測(cè)分析部分相分離，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用，且該傳感器與傳統(tǒng)檢測(cè)方法具有很好的相關(guān)性[35]。

基于發(fā)光細(xì)菌法的生物毒性在線監(jiān)測(cè)儀器以其可靠的評(píng)價(jià)方法、高效的檢測(cè)能力和便捷的操作方式等優(yōu)點(diǎn)，已被越來(lái)越多地應(yīng)用在水質(zhì)污染突發(fā)事件的快速應(yīng)急監(jiān)測(cè)中。

3.6其他方面的應(yīng)用

目前發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)綜合毒性監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用十分廣泛，除以上幾個(gè)方面外，還在廢渣浸出液、納米材料、持久性有機(jī)物及重金屬等的生物毒性研究方面都有所應(yīng)用。

曾理等采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)金礦礦區(qū)農(nóng)田周邊堆存的廢渣浸出液及礦區(qū)農(nóng)田灌溉用水的生物毒性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，所有礦區(qū)樣品浸出液及水體中的Cd均超出地表水質(zhì)量Ⅲ類(lèi)限值和農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)上游地表水和下游廢水中CN-含量超出地表水質(zhì)量Ⅳ類(lèi)限值[36]。隆異娟等采用發(fā)光細(xì)菌法考察了硫化鎘納米材料的形狀對(duì)毒性的影響，結(jié)果表明，硫化鎘納米材料的毒性差異與其形狀有關(guān)，其原因可能是不同形狀的納米粒子對(duì)細(xì)胞膜具有不同的刺傷能力[37]。KATRITZKY等用多重線性回歸建立了一組持久性有機(jī)污染物毒性與其濃度的定量構(gòu)效關(guān)系[38]。張海鳳等采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)5種鑄造廢砂中的重金屬與有機(jī)污染物的生物效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，5種廢砂中的有機(jī)污染物種類(lèi)十分復(fù)雜，對(duì)發(fā)光細(xì)菌表現(xiàn)出不同程度的抑菌活性，發(fā)光強(qiáng)度的抑制率為30%～95%[39]。

朱麗娜等采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)中國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中各重金屬限值的毒理學(xué)安全性進(jìn)行了毒性等級(jí)評(píng)價(jià)，為上述標(biāo)準(zhǔn)的修訂完善提供了技術(shù)參考[40]。

4 展 望

發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)水質(zhì)急性毒性，具有靈敏、快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、人為錯(cuò)誤少等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)試結(jié)果與理化分析方法和傳統(tǒng)的魚(yú)類(lèi)急性毒性測(cè)試法等其他急性毒性測(cè)試法的結(jié)果具有良好的相關(guān)性。利用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和水體污染突發(fā)事件的快速響應(yīng)。但是發(fā)光細(xì)菌作為一種原核生物，并不能完全真實(shí)地反映污染水體對(duì)所有生物的急性毒性效應(yīng)，這給發(fā)光細(xì)菌法的應(yīng)用帶來(lái)一些不可避免的缺陷。盡管如此，發(fā)光細(xì)菌法經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種有效的檢測(cè)水質(zhì)急性毒性的方法。今后，對(duì)水體進(jìn)行連續(xù)性急性毒性監(jiān)測(cè)將成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，利用發(fā)光細(xì)菌自身的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)便捷、快速、低成本的急性毒性在線監(jiān)測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備，成為水環(huán)境保護(hù)工作中的必要環(huán)節(jié)。

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Advance in the application of luminescent bacteria on detecting acute toxicity of water

LI Zaixing1,2, YIN Qing1,2, ZHAO Junna1,2, LI Guixia1,2, LIU Yanfang1,2, LI Wei1,2, GAO Xiang1,2

(1. School of Environmental Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China; 2.Pollution Prevention Biotechnology Laboratory of Hebei Province, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

The simple, useful, rapid, reproducibility and inexpensive luminescent bacteria toxicity test had become the preferred method for acute toxicity testing of water quality. Detection principle of luminescent bacteria toxicity test, common types of luminescent bacteria, and advances in detection technology of luminescent bacteria toxicity test were introduced in this paper. In addition, acute toxicity testing of water quality research status for industrial wastewater, municipal wastewater, drinking water and surface water, and its applications in the monitoring of water pollution rapid response in emergencies of luminescent bacteria toxicity test were also reviewed.The results show that a convenient，rapid and stable online acute water toxicity testing methods and equipments for water quality monitoring，which are developed by full using of the advantages of luminescent bacteria，will be a research focus of luminescent bacteria toxicity test in the future.

luminescent bacteria; acute toxicity; water detecting

2014-03-17；

2014-05-30；責(zé)任編輯：王海云

河北省重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(12276703Z)

李再興(1973-)，男，四川安岳人，教授，博士，主要從事水污染控制及污染資源化方面的研究。

E-mail：li_zaixing@163.com

1008-1542(2014)05-0480-07

10.7535/hbkd.2014yx05012

X703

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