發(fā)光細菌法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

1、發(fā)光細菌法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用摘要詳細敘述發(fā)光細菌的生理特性及其應(yīng)用原理,與其它生物監(jiān)測方法相比具有快速、簡便、靈敏等特點,重點評述了發(fā)光細菌法在工業(yè)廢水、水域水質(zhì)毒性及在其他相關(guān)領(lǐng)域監(jiān)測中的應(yīng)用情況,其測試結(jié)果與傳統(tǒng)的魚類毒性試驗結(jié)果具有良好的相關(guān)性,實際應(yīng)用方便可行。同時,結(jié)合現(xiàn)代電子技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)對發(fā)光細菌法的發(fā)展進行了展望。關(guān)鍵詞發(fā)光細菌;綜合毒性;環(huán)境監(jiān)測;測試環(huán)境監(jiān)測方法可以劃分為兩類:理化分析技術(shù)和生物監(jiān)測。其中理化分析技術(shù)常常用于單一理化指標(biāo)的測試,但不能反應(yīng)污染物毒性的大小。傳統(tǒng)的生物監(jiān)測以水蚤、藻類或魚類等為受試對象,雖然能反映毒物對生物的直接影響,但是這些方法的最大缺點

2、是實驗周期長,實驗比較繁瑣。針對傳統(tǒng)生物毒性檢測方法的不足,發(fā)光細菌法作為一種新型生物毒性監(jiān)測技術(shù)正在廣泛應(yīng)用,引起了廣大環(huán)?？蒲泄ぷ髡叩年P(guān)注。 1發(fā)光細菌法的應(yīng)用原理發(fā)光細菌法1是利用靈敏的光電測量系統(tǒng)測定毒物對發(fā)光細菌發(fā)光強度的影響。發(fā)光細菌含有熒光素、熒光酶、ATP等發(fā)光要素,在有氧條件下通過細胞內(nèi)生化反應(yīng)而產(chǎn)生微弱熒光。當(dāng)細胞活性升高,處于積極分裂狀態(tài)時,其ATP含量高,發(fā)光強度增強。發(fā)光細菌在毒物作用下,細胞活性下降,ATP 含量水平下降,導(dǎo)致發(fā)光細菌發(fā)光強度的降低。實驗顯示,毒物濃度與菌體發(fā)光強度呈線性負相關(guān)關(guān)系,因而,可以根據(jù)發(fā)光細菌發(fā)光強度判斷毒物毒性大小,用發(fā)光度表征毒物所在

3、環(huán)境的急性毒性。 2應(yīng)用概況常規(guī)理化分析方法存在待測項目多、成本高、工作量大的問題,難以判斷廢水的毒性,無法反映出有毒化合物相互作用的影響,而發(fā)光細菌法則可以彌補這些缺憾,即可以測定廢水的綜合毒性,也可以測定單一污染成份的毒性。 2.1測定工業(yè)廢水的毒性工業(yè)廢水是造成水體污染的重要因素之一,當(dāng)受納水體的污染物達到一定濃度時,就會引起生物的中毒反應(yīng)。使之行為異常,生理功能紊亂,組織細胞病變,甚至死亡。用發(fā)光細菌法測定廢水的綜合毒性,國外在20世紀(jì)70年代末和80年代做過大量的的研究。Bolich2根據(jù)采用發(fā)光細菌方法和采用魚類、蚤類測定工業(yè)廢水的急性毒性的試驗結(jié)果,提出了3個毒性比較方法標(biāo)準(zhǔn):有

4、毒/無毒;百分?jǐn)?shù)等級;對數(shù)等級,其中百分?jǐn)?shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為國內(nèi)多數(shù)科研人員所采用,如表1所示。表1發(fā)光細菌試驗百分?jǐn)?shù)法等級劃分 EC50或LC50(百分濃度)毒性級別等級 0. 9),與水蚤的測試結(jié)果相關(guān)系數(shù)r0. 8,總體上,發(fā)光細菌法的靈敏性高于虹鱒魚的,而低于水蚤的。厲以強9等將發(fā)光菌毒性試驗應(yīng)用于項目竣工環(huán)保驗收,試驗結(jié)果與常規(guī)驗收監(jiān)測結(jié)果有可比性,并認為發(fā)光菌毒性試驗可用于必須公示的敏感項目竣工環(huán)境保護驗收監(jiān)測。童中華10等用淡水發(fā)光菌評估電化學(xué)處理模擬印染廢水的效果,測定了14種染料化合物對發(fā)光菌的EC50值,結(jié)果顯示:還原直接染料毒性最大, 酸性染料毒性次之,活性染料毒性最小。等利

5、用發(fā)光細菌測定了不同行業(yè)廢水的生物毒性, 指出:電鍍、印染、染化、造漆、冶金行業(yè)廢水的生物毒性最大,制藥、造紙、化纖、化肥等行業(yè)廢水的生物毒性次之,日用化工、食品等行業(yè)廢水的生物毒性最小。喬鴻澤12等用發(fā)光細菌法估算了淮陰、淮安兩市城市污水對河道水體的分擔(dān)率,評價了工廠排放污水的毒性,并據(jù)此確定污染源監(jiān)督管理中應(yīng)優(yōu)先治理的工業(yè)廢水?？傊?采用發(fā)光細菌法進行工業(yè)廢水毒性分析是可行的,并且可以與化學(xué)分析技術(shù)相結(jié)合,為工業(yè)廢水的毒性物質(zhì)的鑒別和去除效果提供了快捷的評價方法。 2.2測定特定水域的毒性水體環(huán)境污染是破壞水域生態(tài)平衡的重要因素,由于水體中的污染物比較復(fù)雜,難以用單一的理化指標(biāo)來表示其污染

6、程度。通過生物毒性試驗,可以更好地反映水體的污染負荷與生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系,以便綜合地評價水體污染現(xiàn)狀和污染物的毒性。其中水域污染對漁業(yè)影響較為顯著。吳偉13以明亮發(fā)光桿菌作為指示物,對漁業(yè)水域污染物的急性毒性進行了監(jiān)測,同時研究了pH值、溫度對試驗結(jié)果的影響。結(jié)果表明,在溫度2030, pH=69條件下測試,其結(jié)果與魚類毒性試驗可以互相替代。喬鴻澤14等用發(fā)光細菌法測定了污水對魚類的綜合毒性并利發(fā)光細菌法對死魚事故進行了調(diào)查后指出:死魚事故是由于工業(yè)廢水大量排放所致。發(fā)光細菌法還可以用于區(qū)域污水毒性的評價和污染防治方面,陳曉東15應(yīng)用生物毒性研究方法對沈陽西部工業(yè)污水排放系統(tǒng)的衛(wèi)工、肇工渠及細河

7、水體進行了生物急性毒性和遺傳毒性的監(jiān)測和評價,研究結(jié)果表明,其工業(yè)混合廢水排放水體具有很高的生物毒性,將直接影響受納河流水生生物的生存,同時也將影響污水處理廠的微生物群落,影響處理效果。采用生物毒性測試研究方法對污染物構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)污水以及對受納水體的總毒性的監(jiān)測和評價,在工業(yè)污水水質(zhì)監(jiān)控中將具有重要意義。 AdelaFemadez16采用發(fā)光細菌法對西班牙的Tormes 河進行了毒性研究,隨著河流兩岸工業(yè)廢水的流入, 河流的毒性隨著河流的方向逐漸增強,而且污染物的毒性已經(jīng)超過河流的自凈能力,并且水體中含有一些具有蓄積能力的三致物質(zhì)。馬梅17等采用發(fā)光細菌法對樂安江水進行了毒性研究指出樂安江河

8、水毒性是德興銅礦和洎水河二者排放的共同結(jié)果。王兆群18等利用發(fā)光細菌法監(jiān)測了淮安市河流水質(zhì)狀況指出:淮安市河流水質(zhì)受水動力因素、工業(yè)廢水和生活污水的影響,在工業(yè)廢水得到控制的情況下,生活污水對發(fā)光細菌的毒性貢獻較大。 2.3測定有機化合物的毒性蘇麗敏19等用QSAR模型預(yù)測苯酚類化合物對發(fā)光菌的聯(lián)合毒性,采用相加指數(shù)法對聯(lián)合毒性進行了評價,結(jié)果表明,苯酚和取代苯酚的二元混合物對發(fā)光菌的聯(lián)合作用以相加作用為主,并根據(jù)12種苯酚類化合物的單一毒性建立了QSAR方程對混合物中取代苯酚的毒性進行了預(yù)測,預(yù)測值與實測值相吻合。劉新會20等應(yīng)用比較分子場分析方法對56種苯砜基乙酸酯類化合物的發(fā)光菌急性毒性進行了研究,獲得了6組分三維定量結(jié)構(gòu)- 活性相關(guān)模型(3D-QSAR),模型分析表明:該類化合物發(fā)光菌急性毒性效應(yīng)與化合物分子的空間場和靜電場具有顯著關(guān)系。袁星21等研究了硝基苯、苯酚衍生物對發(fā)光菌毒性定量構(gòu)效關(guān)系,測定了14種硝基苯、苯酚衍生物對發(fā)光菌的毒性,采用疏水性參數(shù)(logP)和電性參數(shù)(ELUMO、SNav)進行定量構(gòu)效關(guān)系 (QSAR)研究,探討了兩類化合物對發(fā)光菌的毒性機制,為硝基苯、苯酚衍生物環(huán)境危險性評價提供了依據(jù)。莫凌云22等測定了苯酚與苯胺衍生物對發(fā)光菌的聯(lián)合毒性,并應(yīng)用劑量加和模型(DA)與獨立作用 (IA)模型由單一毒物的劑量-效應(yīng)參