水中发光细菌的急性毒性快速检测技术

水中发光细菌的急性毒性快速检测技术

刘康

（北京市环境保护监测中心 北京 100048）

摘 要 现场检测中，通过对水体进行发光细菌急性毒性检测，快速判定水体的综合毒性和污染量级，起到早期预警作用。文章介绍了DeltaTox毒性仪及其工作原理和方法、毒性参照物实验和比对实验等内容。仪器通过高敏感度分析仪（光度计）测试发光细菌与水样混合后的光强度，并与空白实验的光强度比较，根据实验前后样本发光强度的变化得到光损失或光增益的百分比。该检测耗时短，操作简便，敏感度高，适用于现场检测或突发性污染事故的应急监测。

关键词 发光细菌；急性毒性；快速检测

Rapid Testing Technique on Acute Toxicity of Luminescent Bacteria in Water

Kang Liu

(Beijing Municipal Environmental Monitoring Center,Beijing,100048)

Abstract By acute toxicity test using luminescent bacteria,the concerned water’s overall toxicity and polluted level can be rapidly determined right in field.This test can be used as an early warning.The essay introduced the working principle of DeltaTox instrument,the toxicity reference substance experiments and the contrast experiments,etc.The high-sensitivity analyzer(photometer)of the DeltaTox detects the light intensity of the mixture of the luminescent bacteria and the potentially contaminated https://www.360docs.net/doc/0b13651145.html,paring it with the blank test,we can obtain the percentage of optical loss and gain according to the luminous intensity of the simples before and after the experiment.This testing method is a simple,sensitive and rapid way which can be used both in pollution accidents and regular on-site testing.

Key words Luminescent bacteria;A cute toxicity;Rapid testing

近些年,随着工农业的快速发展,各种有毒有害物质大量产生,它们随着地表径流直接排入到江、河、湖泊等环境水体中,给人类赖以生存的水资源带来了巨大威胁.为及时掌握水质情况，控制水体污染，提高水环境安全水平,为制定水污染防治措施提供技术支撑，需要对环境水体的水质进行便捷、快速地监测．目前对水体毒性物质的分析主要采用气相或液相色谱等化学分析方法进行。通过分析某一种或几种代表性污染物浓度来估测水体的毒性．其有效性并不为毒理学界广泛认同。另外．分析化学方法虽然精密度和灵敏度较高．但设备庞大，无法在野外进行水质毒性的快速检测。近来水质毒性的生物检测方法取得了快速的进展．尤其以发光细菌检测方法相对简便和快速，应用较广泛。

1 实验部分

1.1 仪器（试剂）

DeltaTox是美国SDI(Strategic Diagnostics Inc)一种急性毒性检测系统，该毒性测试技术是一种基于生物传感技术的应急毒性检测系统，测定系统的基础是使用一种发光细菌即：费希尔弧菌(Vibrio fiseheri)。该毒性仪体积小、携带方便，工作温度在10°C -28°C之间，非常适合变化的现场环境。整个系统包括一台高灵敏度的分析仪（光度计）、干冻的细菌试剂、实验控制液和补充液。

1.2 工作原理及方法

DeltaTox检测系统可进行毒性和ATP两种检测。在毒性测试时，仪器检测发光细菌与测试样本混合后的发光强度，并与控制实验（空白实验）的光强度比较。光强度的损失或增益（标志对测试细菌新陈代谢的抑制作用或促进作用）反映测试样本的相对毒性。

发光细菌即费希尔弧菌的发光作用是其正常生理状态下所具有的性质，发光细菌体内的荧光素酶催化荧光素的氧化作用，反应如下：

FMNH

2 + 0

2

+ R-CO-H → FMN + R-COOH + H

2

0 + Light

它是细胞呼吸作用的副产物，直接与细胞的活性及代谢状况相关。呼吸作用则是细胞和生物代谢的基本过程，细菌的发光直接和其呼吸相关，当细胞活性受到毒性物质作用后，其活性将受到抑制，从而使呼吸速率下降，进而导致发光降低，样品的毒性越强，发光细菌的光损失越多，通过对生物发光强度的测定来计算样品毒性的强弱[1]。

该毒性测试方法具有快速、简便、费用低等特点，可测出水体中5000多种有毒有害物质。其准确性和可靠性与用标准小白鼠毒性实验的传统毒性实验方法的结果具有良好的相关性，其灵敏度可与鱼类96h急性毒性试验相媲美[2]。此外DeltaTox还提供了Q–TOX和B–TOX两种毒性检测模式，最快可以在5分钟得到检测结果，其中B–TOX模式中有高毒性样本测试、中毒性样本测试和低毒性样本测试3种方式[3]。

2 结果与讨论

2.1 毒性参照物实验

配置一定浓度梯度的苯酚标准溶液，浓度由低到高依次为：50mg/L、75 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、500mg/L，将标准溶液作为样品分别测定，得到发光抑制率，并计算出相对偏差值和EC

50

值（每一浓度做平行双样实验）。

表1 苯酚标准溶液参照物实验比对表

序号苯酚溶液浓度

（mg/L）

DeltaTox毒性仪

测试结果（发光抑制率）

相对偏差

1

5026%

10.3%

232%

3

7539%

9.3%

447%

5

10049%

2%

651%

7

15058%

4%

863%

9

20064%

2.3%

1067%

1150078%--经回归分析，表1中得到的发光抑制率与苯酚浓度具有较好的相关性，相关系数为0.9276。另外，通过对不同浓度平行双样相对偏差的计算，数值均在15%以内，说明数据的平行性良好，已达到实验室质控要求。最后经计算得到苯酚的EC50值为125.36mg/L。

2.2 现场快速检测与实验室比对情况

在一次地下水应急水源地调查中，笔者赶赴现场，先采用Delta -Tox毒性仪的快速毒性检测模式

（Q-Tox）对水体的毒性量级进行初步评估。此模式下，仅需5分钟便可定性水样是否有毒，但测定结果不够准确。定性后，可根据水样毒性强弱选择精确模式（B–Tox）对该样本进行测定。最后采集水样返回，进行比对实验。

实验室比对：采用同为美国SDI公司的Microtox Model 500 Analyzer毒性分析仪与DeltaTox快速毒性仪进行比对实验。Microtox Model 500 Analyzer是一种用于实验室的专业毒性分析仪，它功能较完备，所用菌种为v.fischeri，是现今使用最为广泛的用于水质毒性检测的菌种。仪器采用重量法和发光强度测量两种手段同步对待测水样的结果进行计算.实验室方法检测周期为30-40min，菌种和试管等一次性耗材使用量较大，菌种复苏后需要在15°C恒温下保存，该方法与现场测定方法测试结果如下：

表2 快速检测仪DeltaTox与实验室分析仪Microtox Model 500数据比对表

样品名称浓度模式

（Conc）

DeltaTox毒性结果

（发光抑制率）

Microtox毒性结果

（发光抑制率）

平行双样

相对偏差

空白实验81.9-1%-1.301%

DeltaTox 相对偏差（%）Microtox 相对偏差（%）

1#81.9-16%-16.00%

2#81.9-16%-9.149%

3#81.9-11%-13.34%

4#81.9-9%-9.010%

5#81.9-9%-5.737%

6#81.9-14%-9.553%

6.7 4.5

6#平行81.9-16%-10.45%

注：“-”表示光增益效果.

由表6可知：现场快速检测与实验室分析都使用了B-Tox 81.9%低毒性模式，两台仪器的测定结果较接近，1#样本测试结果完全相同。通过对6#样本平行双样相对偏差的计算，得到的数据较理想，其中DeltaTox快速毒性仪的相对偏差值为6.7%，说明快速检测仪的数据平行性、准确度已接近于实验室分析仪的水平。另一方面，DeltaTox快速毒性仪的检测速度更快，5min内可完成对目标水体定性，精确测定模式也能在15min内完成。其次，快速毒性仪更加小巧，方便携带，除配有交流电转换器外，只须安装4节干电池即可使用，非常适用于现场应急或车载实验室的流动性监测。

3 结论

发光细菌快速检测能够快速测定水体的综合毒性情况，使水样在现场即可得到定性筛选。该方法操作简便，敏感度高，并且其光损失值与部分污染物的浓度呈很好地相关性，能够为后期应急监测和处置工作的快速、有效地开展提供依据。虽然快速毒性检测还不能完全代替常规理化监测，但它作为一种辅助监测手段，在对未知污染物的毒性判读，对污染物动态变化的快速监测方面，仍具有传统检测方法无法比拟的优势。

参考文献

[1] 王兆群，等．发光细菌法监测河流水质状况[J]．环境与开发．200I，16(1)：49—50；

[2] 张俊强，等．Microtox。毒性检测系统与给水水质预警[J]．中国给水排水，2007，23(16)：79—80；

[3] 杜晓丽，等．发光细菌法应用于环境样品毒性测试的研究进展[J]．工业用水与废水，2008，39(2)：13—16；