发光细菌法在国内水质监测中的应用

２０１２年第１期 分 析 仪 器
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发光细菌法在国内水质监测中的应用
农永光 胡 刚
（中 节 能 六 合 天 融 环 保 科 技 有 限 公 司 ，北 京 ，１０００８５）
摘 要 发光细菌法具有快速、灵敏、成本低廉、操作简便、测量结果直观等 诸 多 优 点，近 些 年 来 受 到 了 相 关 科 研 工 作 者 的 广 泛 关 注 。 本 文 在 查 阅 文 献 的 基 础 上 ，对 发 光 细 菌 法 在 我 国 水 环 境 检 测 中 的 应 用 做 了 介 绍 。
近 年 来 ，水 污 染 问 题 日 益 严 重 ，严 重 威 胁 人 类 生 命健康，成为世 界 性 的 环 境 治 理 难 题。 科 学 研 究 工 作 者 已 开 发 出 许 多 灵 敏 、有 效 的 环 境 监 测 方 法 ，这 些 方法可以划分为 两 类：分 析 技 术 和 生 物 监 测。 分 析 技术常常用于废水 常 规 指 标 的 测 试，但 不 能 反 应 水 质综合毒性的大 小。 传 统 的 生 物 监 测 以 水 蚤、藻 类 或鱼类为受试对象，虽 然 能 反 映 毒 物 对 生 物 的 直 接 影 响 ，但 是 这 些 方 法 的 最 大 缺 点 是 实 验 周 期 长 ，实 验 过程比较 繁 琐。 针 对 传 统 生 物 毒 性 检 测 方 法 的 不 足 ，做 为 一 种 新 型 的 生 物 监 测 技 术 ，发 光 细 菌 法 表 现 出 了 灵 敏 度 高 、相 关 性 好 、反 应 速 度 快 、成 本 低 廉 、自 动化程度 高 等 诸 多 优 点。 它 不 仅 能 测 定 单 因 子 指 标 ，还 能 快 速 准 确 测 出 环 境 的 综 合 毒 性 指 标 ，具 有 理 化 法 无 可 比 拟 的 优 势 ，因 此 ，发 光 细 菌 法 近 年 来 受 到 了环境工作者的广泛关注 。 ［３－５］
在我 国，利 用 发 光 细 菌 毒 性 试 验 检 测 环 境 污 染 物急性毒性备受重视，目前国内常用的 ３ 种发光细 菌为：明亮发光杆菌、费 氏 弧 菌、青 海 弧 菌。１９９５ 年 我国将发光细菌方 法 列 为 国 家 标 准 《水 质 急 性 毒 性 的测定发光细菌法》（ＧＢ／Ｔ１５４４１－１９９５）［８］，并 由 中 国标准出版社出版，标 准 所 应 用 的 发 光 细 菌 为 明 亮 发光杆菌。中国科学院南京土壤研究所长期以来一 直 推 广 类 似 测 试 方 法 ，并 设 计 制 造 了 专 用 发 光 测 定 仪（Ｇ Ｄ Ｊ 系列）。华东师范大学教授朱文杰和徐亚 同带领的团队完成 了 利 用 青 海 弧 菌 检 测 水 质 的 《快 速检测饮用水中有害物质综合毒性的传感仪研制》 课题。该项成 果 现 已 转 化 为 产 品，进 入 市 场。 利 用 淡水发光细菌进行 毒 性 物 质 检 测，在 世 界 上 尚 属 首 例。
２ 国 内 研 究 概 况
自１６７２ 年 Ｒ．Ｂｏｙｌｅ观 察 到 发 光 的 菌 体 所 发 出
的光易被化学物质 抑 制 后，许 多 科 学 家 相 继 对 细 菌 的发光效应进行了大量研究。 上 世 纪 ７０ 年 代 至 ８０ 年代初，国外科学家 首 次 从 海 鱼 体 表 分 离 和 筛 选 出 对人体无害而对环 境 敏 感 的 发 光 细 菌，并 用 于 水 体 生 物 毒 性 检 测 ，成 为 一 种 简 单 、快 速 的 生 物 毒 性 检 测 手段。８０年代初我国引进了这 项 技 术，并 先 后 分 离 出海水型和淡水型（青 海 弧 菌）发 光 细 菌，用 以 检 测 环境污染物的急性生物毒性 。 ［６］
地震灾区的水质应急监测不同于常规水质监 测，也不同于其 他 突 发 性 污 染 事 故 的 应 急 监 测。 由 于地震的毁灭性破 坏，无 法 得 知 进 入 水 体 的 污 染 类 型、污染范围和 污 染 物 浓 度。 在 监 测 目 标 物 未 知 的 水 体 中 ，利 用 常 规 物 理 化 学 分 析 方 法 ，很 难 确 定 监 测 的项目参数，只能选 取 具 有 代 表 性 的 水 质 参 数 进 行 监 测 ；同 时 ，灾 区 水 源 地 每 天 供 应 当 地 居 民 的 用 水 必 须当天采集样品进 行 监 测 分 析，这 就 要 求 监 测 必 须 准 确 、简 单 、快 速 ，不 可 能 按 照 常 规 饮 用 水 水 质 标 准 ， 对所有的水质检测参数 进 行 测 定 。 ［１１］ 此 外，需 要 一 种能够综合反映水质污染状况的检测技术来判断饮 用水源是否安全。为解决上述问题。长江流域水环 境监测中心应用了发光细菌综合毒性检测技术。在 利用移 动 监 测 车 监 测 常 规 理 化 指 标 的 同 时，使 用 Ｄｅｌｅｔｏｘ（便携）或 Ｍｉｃｒｏｔｏｘ（台式）检测系统，检测了 汶川地震灾区１２个市县的２００ 多个城镇、乡镇集中 供水水源地及灾区群众临时安置供水点的饮用水源 水质，通过计算，直 接 确 定 样 品 的 综 合 毒 性；同 时 进 行了 水 质 理 化 指 标 的 监 测，主 要 包 括 水 温、ｐＨ 值、 电 导 率 、浊 度 、氨 氮 、亚 硝 酸 盐 氮 、ＣＯＤＭｎ、六 价 铬 、氰 化物和氟化物等参数。在一个月的饮用水源地巡回 检测中，共 检 测 水 样 １０００ 多 个，获 取 监 测 数 据 上 万 个 。 结 果 显 示 ，大 部 分 水 源 水 质 较 好 ，出 水 对 生 物 体 的急性综合毒性 为 低 毒。 测 定 结 果 与 ｐＨ、氰 化 物、 挥 发 酚 、六 价 铬 、砷 、汞 、硝 酸 盐 氮 等 理 化 指 标 的 监 测 结 果 有 可 比 性 ，水 体 的 综 合 毒 性 指 标 正 常 。
Ｍｉｃｒｏｔｏｘ Ｍｏｄｅｌ ５００ 毒 性 检 测 仪 是 一 种 采 用 生 物传感技术的毒性 检 测 系 统，它 的 技 术 的 基 础 是 使 用 费 希 尔 狐 菌 发 光 细 菌 ，在 常 规 模 式 下 ，１５ｍｉｎ 内 光 的损失率检 测 结 果 大 于 ２０％，则 饮 用 水 毒 性 较 大， 不宜使用或饮用。
作 者 简 介 ：农 永 光 ，男 ，１９７９ 年 １ 月 出 生 ，大 学 本 科 ，从 事 环 境 监 测 分 析 仪 器 研 制 工 作 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｏｎｇｙｏｎｇｇｕａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
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目前，该 检 测 技 术 已 经 广 泛 应 用 于 化 学 品、污 水 、沉 积 物 和 土 壤 等 的 毒 性 测 试 ，能 够 在 短 时 间 内 反 映水质的综合毒性 状 况，判 断 水 体 是 否 适 于 作 为 饮 水水源。此外，发光 细 菌 法 在 教 学 领 域 也 得 到 了 应 有的重视，配合《水和 废 水 监 测 分 析 方 法》（第 ４ 版） 中关于发光菌应用 方 面 的 实 验，同 济 大 学 已 率 先 开 设了此项实验课程。
在对 汶 川 饮 用 水 进 行 测 试 期 间，发 光 细 菌 法 不 仅 显 示 出 了 操 作 简 单 、方 便 快 捷 的 特 点 ，而 且 能 够 反
应水体的综合毒性效应。 ２．２ 大 沽 排 污 河 及 永 定 新 河 水 样 监 测性监测技术， 测定天津大沽排污河和永定新河水样的综合毒性， 进行毒性分级和 河 流 水 质 综 合 毒 性 评 价。 同 时，比 较 了 亲 水 － 疏 水 平 衡 （ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ－ｌｉｐｏｐｈｉｌｉｃ ｂａｌ－ ａｎｃｅ，ＨＬＢ）柱富集前后水样的毒性变化，分 析 有 机 污染物对发光菌的 毒 性 贡 献 情 况，为 进 一 步 的 河 流 污染物监测分析和 生 态 风 险 评 价 提 供 基 础 资 料，并 为河流水质评价、水 质 污 染 应 急 性 生 物 毒 性 测 试 提 供基础数据和基本方法。
测定 分 析 结 果 显 示，大 沽 排 污 河 和 永 定 新 河 水 样均对发光菌显示 出 了 一 定 的 毒 性 效 应，其 毒 性 级 别 从 低 毒 到 剧 毒 ，呈 现 较 大 差 异 ，并 且 大 沽 排 污 河 的 毒性总体上高于永 定 新 河，且 二 者 均 表 现 为 富 集 前 水样 的 毒 性 大 于 富 集 后 水 样 的 毒 性。通 过 比 较 ＨＬＢ 柱富集前后水样对发光菌相对抑光率的变化， 得出富集前水样对发光菌产生毒性的有机物类型主 要是在水中具有一定溶解度的极性或中性有机污染 物。但由于多种有机污染物和无机污染物都能对发 光 菌 产 生 毒 性 效 应 ，因 此 ，对 发 光 菌 产 生 毒 性 效 应 的 具体物质需要结合化学分析作进一步的鉴别评价。 ２．３ Ｍｉｃｒｏｔｏｘ Ｍｏｄｅｌ ５００ 毒 性 检 测 仪 的 应 用 ［１３］
翁维 满，王 莉 莉 根 据 广 西 绿 城 水 务 股 份 有 限 公 司引进的 格 维 恩 科 技 有 限 公 司 代 理 供 应 的 Ｍｉｃｒｏ－ ｔｏｘ Ｍｏｄｅｌ ５００毒性 检 测 仪，开 展 检 测 的 实 例 分 析， 检 测 自 来 水 厂 的 水 源 水 、出 厂 水 和 管 网 水 ，证 明 该 检 测系统对于快速判 断 水 质 是 否 存 在 有 害 物 质，起 着 非常重要的作用，确 保 供 水 厂 水 质 在 应 急 情 况 下 做 到安全供水。
发 光 细 菌 属 革 兰 氏 阴 性 、兼 性 厌 氧 菌 ，最 适 宜 的 生存温度 为 ２０～３０℃，ｐＨ６～９；３％ ＮａＣＩ和０．３％ 的甘油对发光很有利。目前已发现的发光细菌分别 属 于 γ－ 变 形 菌 （Ｇａｍｍａｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）的 弧 菌 属 （Ｖｉｂｒｉｏ），发 光 杆 菌 属 （Ｐｈｏｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ），希 瓦 氏 菌属（Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ）以 及 致 病 杆 菌 属 （Ｘｅｔｏｒｈａｂｄｕｓ）。 除了异短杆菌和青 海 弧 菌 属 于 淡 水 发 光 细 菌 外，其 它都是海 洋 细 菌。 发 光 细 菌 主 要 分 布 于 海 洋 环 境 中 。 ［７］
关键词 发光细菌 水质监测