基于青海弧菌Q67的饮用水取水环境虚拟检测仪器

１ 发光细 菌分类及 妾急性毒物 影响的原理
１ １ 发 光 细 菌 的 分 类 ．
发 光 细菌 是 一类 在 正常 的 生理 条件 下 能够 发 射 可见荧 光 的 细菌 ， 种 可见 荧光 波 长 在 ４ ０ ４ ０ 这 ５ ～ ９ ｒ 之 间 ， 黑 暗处 肉眼 可见 ． 光 细菌 有 以下 几 种 ： 异 短杆 菌 属 （Ｘｅｏｈ ｂ ｕ ）的发 光 异 短 杆 菌 （ ｉ ｍ 在 发 ① ｎ ｒａ ｄ ｓ
大 、 据 采集 卡 、 Ｃ机 、 数 Ｐ 报警 、 网络 、 度传 感 器 、 Ｈ传 感 器 等部 分 ， 结构 框 图如 图 １所 示． 温 ｐ 其 发 光检 测 腔为 一 暗 室 ， 以避 免光 干扰 ． 度 传感 器 和 ｐ 传 感 器 检 测 备 检 样 品 的温 度 和 ｐ 值 ， 温 Ｈ Ｈ 因为 温度 和 ｐ 值 均对 检 测结 果 造成 影 响 ， Ｈ 因而 需 对其 进行 检 测 ； 同时也 不 可能像 在 实 验室 那 样将 样 品温 度 以及 ｐ 值 调整 到要 求 的水平 ． 度 及 ｐ 值 的数 据处 理 可采 用 多路 传感 器信 息 融合 算 法． Ｈ 温 Ｈ
１ ２ 发 光 机 理 ．
研 究 表 明 ， 同种类 发 光细 菌 的发 光 机理 是相 同的 ， 由特 异 性 的荧 光 酶 （ Ｅ 还原 性 的黄 素 （ 不 是 Ｌ ）、
Ｆ ＭＮＨ ）、 八碳 以上 长链 脂 肪醛 （ ＣＨＯ）、 Ｒ 氧分 子 （ Ｏ ）所参 与 的复杂 反应 ， 大致 历 程如 下 ：
［ 关键 词 ］ 青海 弧 菌 Ｑ６ ； 拟仪 器 ； 光微 生 物 ； ａ ＶＩ Ｗ ； ７虚 发 Ｌ ｂ Ｅ 急性 毒 物 ［ 图分 类 号］ ｘ １ ２ 中 ７ ［ 科 代码 ］ ６ ０・３ ２ 学 １ ００ ［ 献 标 志码 ］ Ａ 文
０ 引 言
由于环 境 污染 及其 他 因素 ， 一些 饮 用 水取 水 口水 污染 事 件 时有 发 生 ， 而加 强 水 质 监 测 ， 保 用 因 确 水安 全 是 十分 重要 的． 目前 ， 许 多种 方 法 可 以用 于 饮 用 水取 水 环境 的检 测 ． 验 室化 学 分 析 方 法 是 有 实 人们 较 常用 的检 测方 法 ， 对 于综 合 性 样 品 的处 理 研 究 表 明 ， 异 性 化 学 分 析 测 定 未 知 样 品 的 毒性 但 特 仅 占毒性 检 测 的小 部 分． 学分 析 虽 然 灵 敏 、 确 ， 由 于 时 间 、 用 以及 对 样 品 的 不 可 知 性 使 其 在 化 准 但 费 毒性 的实 际筛 选 中受 到很 大 限制［ ； 外 ， 合 样 品 中 不 同的 化 合 物 彼 此 之 间 存 在 着 协 同或 拮 抗 作 １ 另 ］ 混 用 ， 以最终 的毒 性作 用 并 非单 一 物 质作 用 的加 减 ， 所 因此 必 须 使 用 生 物 方 法 对综 合 的毒 性 效 应 （ 其 尤
ＦＭ ＮＨ ２ ＬＥ－ ＋ － ￣ＦＭ ＮＨ２・ＬＥ＋ Ｏ２ ＬＥ ・ＦＭ Ｎ Ｈ２・Ｏ２ ＲＣＨＯ— 一 ＋
Ｌ ・ＦＭＮＨ２・ｏ２・ＲＣＨＯ— ＬＥ＋ ＦＭＮ＋ Ｈ２ Ｅ Ｏ＋ ＲＣＯｏＨ＋ 光
概 括 来说 ， 菌 生 物 发 光 反 应 是 由分 子 氧 作 用 ， 内 荧 光 酶 催 化 ， 还 原 态 的 黄 素 单 核 苷 酸 细 胞 将
则 是细 胞 和生 物代 谢 的基本 过 程 ， 菌 的发光 直 接 与其 呼吸 相关 ． 细 当细 胞 活性 受 到 毒性 物 质 作 用 后 ，
其 活性 将 受 到抑 制 ， 而使 呼 吸速 率 下 降 ， 而导 致 发 光 强 度 降 低 ． 品 的 毒 性越 强 ， 光 细 菌 的 从 进 样 发
其余 都是 海 洋 细菌 ［ ． ２ 霍乱 弧 菌是 一 种非 常 可怕 的致 病 细菌 ， 类 对 它 导致 的灾 难 还 记忆 犹新 ， 然 ］ 人 显
不能 应 用作 为 检测 物 ． 海弧 菌 Ｑ６ （ ｑｎ ｈ ｉ ｓ ７ 为 非治 病 菌ｌ ， 青 ７ ． ｉｇ ａｅ ｉ Ｑ６ ） ｎ ｓ ｌ 因而可 以作 为 检 测微 生物 ． ３ ］
研 究 了基 于 青海 弧 菌 Ｑ６ ７的虚 拟仪 器 对 饮用 取 水 环境 检 测 的 可行 性． 以苯 酚 为 急性 毒 物 的
样本 ， 此方 法 同常规 发 光微 生物 检 测 方 法 相 比较 ， 果 表 明 两种 方 法 的检 测 结 果 相 关 系 将 结 数 为 ０ ９ ． 一 结果 证 明该 方 法 可用 于 饮 用 水 取 水 环 境 的 检 测 ， 时表 明基 于 青 海 弧 菌 ．９这 同 Ｑ６ ７的虚 拟仪 器 方 法具 有信 号 处 理 简捷 及 利 于 网 络化 的优 点 ， 别 是 为饮 用水 环 境 急 性 毒 特 物 实现 物联 网检 测打 下 了基 础．
对 于 未 知物 ） 行 测定 ． 另 一 方 面讲 ， 性 是 一 项 综 合 的生 物 学 参 数 ， 是 衡 量样 品 对 活 性 生 物 体 进 从 毒 它
所 产 生 的影 响 ， 能 以化 学分 析 的方 法 进 行测 定 ． 物 检 测 以其 快 捷 、 用 较 低 廉 的 特 点 得 到 了广 泛 不 生 费 应用． 目前所 应 用 的生 物 检 测 主要 包 括 ： 类 试 验 、 鱼 藻类 试 验 、 ． ｇ ａ试 验 和 微 生 物 传 感 器 （ ｃｏ Ｄ ｍａ ｎ ｍｉ — ｒ
（ ＭＮＨ ）及 长 链 脂 肪 醛 氧 化 为 Ｆ Ｎ 及 长 链 脂 肪 酸 ， 时 释 放 出 发 光 强 度 在 ４ ０ ４ ０ ｎ 处 的 蓝 Ｆ Ｍ 同 ５ ～ ９ ｍ
绿 光 ．
１ ３ 发 光微 生 物 受急 性毒 物 影响 的 原理 ． 发光 作 用是 发 光 细菌 正 常生 理状 态下 所 具 有 的性 质 ， 是 细 胞 呼 吸作 用 的 副产 物 ， 呼 吸 作 用 它 而
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ １４ ．
Ｊ ｎ ０ ０ ｕ ｅ２ １
［ 章 编 号 ］ ０ ０１ ３ （０ ｏ ０ —１ ３０ 文 １ ０—８ ２ ２ １ ）２０ ４ —４
基 于青 海 弧 菌 Ｑ６ ７的饮 用 水 取 水 环 境 虚 拟 检 测 仪 器
魏 胜 非 ， 了一 种 新 的用 于取 水 环境 急性 毒 物 检 测 的 系统 ． 这种 检 测 系 统 实 际上 构 成 了虚 拟 仪器 ． 谓 虚拟 仪 器 ， 所 就是 在 以通 用 计算 机 为核 心 的硬 件 平 台 上 ， 由用 户设 计 定 义 ， 有 虚 拟 面板 ， 具 其 测试 功 能 由测试 软 件 实现 的一 种 计算 机 仪器 系统 ． 用者 用 鼠标 或 键 盘操 作 虚 拟 面板 就 如 同使用 一 使 台专 用测 量 仪器 ．
Ｘ ｎｒ ａｄ ｓｕ ｎｓｅｓ ； 发 光 杆 菌 属 （Ｐ ｏｏａｔｒ ｍ ）的 明 亮 发 光 杆 菌 （Ｐ ｏ ｓａｔｒ ｍ ｈ ｓ ｅ ｏｈ ｂ ｕ ｍｉｅｃｎ ） ② ｌ ｈｔ ｃ ｉ ｂ ｅｕ ｈ ｔ ｂ ｃ ｉ ｐ ｏ— ｏ ｅｕ
ｐ ｏｅｍ）和 鳆发 光 杆 菌 （Ｐ １ｉ ｎ ｔｉ ； ｈ ｒｕ ．ｅ ｇ ａｈ ） ③希 瓦 氏菌属 （Ｓ ｅ ｎ ｌ ｏ ｈｗａ ｅｌ ａ）的羽 田希 瓦 氏菌 （Ｓ ｅ ｎ ｈｗａ ｄ—
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东 北 师 大 学 报（ 然 科 学 版） 自
第４ ２卷
采集 与控 制 单元 、 号 的分析 与 处 理单 元 、 果 的表 达 与 输 出单 元 ． 统 实 验 测 量 仪 器 灵 活 性 差 、 信 结 传 实
验测 试过 程 人 为干 扰较 大 ． 用 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 开 发 平 台开发 出的虚 拟 实验 仪 器 ， 以实 现传 统 实 验测 量 利 ａＶ Ｅ 可 仪 器 的各 项 功能 ， 同时 又 可 以克 服上 述 缺 点 ， 以此 开发 平 台组 成 的弱 光 检 测 系统 同发 光 微 生 物 检 测
ｔｘ 法 ， 三种 试验 周 期 长 、 ｏ） 前 操作 复杂 ， 微 生 物传 感器 法 解 决 了上 述 问题 ， 而 并且 数 据 的准 确 性 和重 复
性 也 明显 提高 ．
近年 来 ， 生物 学 检 测方 法 因 其 快 速 、 敏 、 济 等特 点 得 以迅 速 发 展 ， 些 已被 各 国 及 国 际 标 微 灵 经 有 准 化组 织列 为 标 准方 法 ． 用 发光 微 生 物检 测 水 的 急性 毒 性 方 法 已被 广 泛 使 用． 提 取 光 信 号 时 ， 利 在 一 般 是利 用 弱光 仪 检测 发 光 微生 物 的 光 强 变 化 ， 统 的 弱光 测 量 仪 器 主 要 由三 个 功 能 块 组 成 ： 号 的 传 信
［ 稿 日期 ］ ２ １－ １１ 收 ０ ００ －２ ［ 金项 目］ 吉 林 省 科 技 发 展 计 划 重 点 项 目 （ ０ ８ ４ ６１ ． 基 ２ ０ ０ ２— ） ［ 者 简 介 ］ 魏 胜 非 （ ９ ４ ） 男 ， 士研 究 生 ， 教 授 ， 作 １６一 ， 博 副 主要 从 事 传 感 器 、 通信 研 究
ｌｈ ｎｄ ｉ ， ａ ａ ｅ ａ ） 以前 也 曾经 把 它 归类 为 交 替 单 胞 菌 属 （Ａｌ ｒｍｏ ａ ｔ ｏ ｎ ｓ）的海 氏 交 替 单 胞 菌 （Ａｌ ｒｍｏａ ｅ ｔ ｏ ｎｓ ｅ ｈ ｎｄａ ； ａ ｅ ｉ ） ④弧 菌 属 （Ｖ ｂｉ）的哈维 氏弧菌 （ ｉ ｉ ｈ ｒｅ ｉ）、 ｉ ｏ ｒ Ｖ ｂ ｏ ａｖ ｙ ｒ 美丽 弧 菌生 物 型 Ｉ（ ． ｐｅ－ｉｕ ｉ Ｖ ｓ ｌ ｄｄ ｓ — ｎ ｂ ｏｙ ｅ ｔｐ Ｉ）、 氏 弧菌 （ ． ｓｈｒ）、 神 弧 菌 （ １ｇ ｉ 东方 弧 菌 （Ｖ． ｒ ｎａｉ）、 乱 弧 菌 （ ｃ ｏ— 费 Ｖ ｃｅｉ 火 Ｖ．ｏ ｅ）、 ｏｉ ｔｌ ｅ ｓ 霍 Ｖ． ｈ ｌ ｅａ ）、 中海弧 菌 （ ｍｅ ｉ ｒａ ｅ ）、 海弧 菌 （ ｑｎ ｈ ｉ ｓ ） 在 以上 发 光 细菌 中 ， 光 异 短 杆 菌 ｒｅ 地 ． ｄｔ ｒｎ ｉ 青 ｅ Ｖ． ｉｇ ａｅ ｉ ． ｎ ｓ 发 （Ｘｅｏｈ ｂ ｕ ｌｍｉｅｃｎ ｎｒ ａｄ ｓ ｕ ｎｓｅ ｓ）、 乱弧 菌 （ ｃｏｅａ ）和青 海 弧 菌 （ ｑｎ ｈ ｉ ｓ ）属 于 淡 水 发光 菌 ， 霍 ．ｈ ｌｒｅ ． ｉｇ ａｅ ｉ ｎｓ