发光细菌法检测饮用水综合毒性的应用研究

近年来，突发性污染事故及水质突变现象时有发 生，且呈明显 增 加 趋 势。 水 质 突 发 性 污 染 事 故 直 接 威 胁到了人民群众的生命安全［1］。为保障安全供水，预 防水质的突发性污染，必须建立供水预警系统，而应急 毒性检测是供水预警系统中至关重要的一环。Microtox 毒性测试技术（ 应用发光细菌法） 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 种发光细菌费希尔弧菌，该菌在进行新陈代谢时会发 光，而有毒物会抑制细菌正常的代谢，导致细菌发光强 度减弱，毒性越强，对细菌代谢的抑制作用就越强，发 光强度减弱的程度就越大。Microtox 毒性测试系统能 快速检测饮用水的综合毒性变化，通过对细菌发光强 度的测 定 即 可 以 监 测 水 中 化 学 毒 性 物 质 的 含 量 水 平［2］。该方法可在 15 min 内快速检测出饮用水中的 任何毒性变化，也可以对饮用水中的慢性毒性物质进 行长期监测。
关键词： 发光菌; 综合毒性; 生物毒理性基线
中国图书资料分类号： Ｒ123． 1
文献标识码： B
文章编号： 1004 － 1257（ 2013） 15 － 1897 － 03
Study on detection of complex toxicity of drinking water by luminescent bacteriaLeabharlann 图 3 甲醛对发光菌发光的影响
从图中我们可以看出，随着六价铬和甲醛浓度的 增加，发光菌的光损失率也逐渐增加，从甲醛的模拟毒 性实验可以看出，5 min 的光损失率和 15 min 的光损失 率差异不大，而六价铬的 15 min 损失率明显比 5 min 损失率要大，且甲醛浓度与光损失率的曲线斜率明显比 六价铬的斜率要大，说明发光菌对甲醛比六价铬要敏感。 3． 3 pH 值对发光菌发光的影响 水样的 pH 值会影 响发光菌的发光度。分别配制 pH 值为 1 ～ 12 的水样 进行试验，研究 pH 值对发光菌发光的影响，以 pH 值为 X 轴，细菌光损失率为 Y 轴绘制发光菌生理曲线，见图 4。
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职业与健康 2013 年 8 月第 29 卷第 15 期 Occup and Health，Aug. 2013，Vol. 29，No. 15
发光损失率是毒性物质影响发光菌活性而引起的发光 菌发光总量的降低比率，代表将原始样品浓度稀释为 81． 9% 时 仪 器 检 测 到 的 发 光 损 失 率，单 位 为 百 分 比 （ % ） ，该数值越大表示毒性越大。
结果 建立某地区水质生物毒理性基线为 － 11. 0% ～ 18． 4% ，作为水质综合毒性判断依据； 发光菌发光影响因素实验表
明，pH 值、色度、浑浊度、余氯等因素对发光菌发光有抑制作用，需要在测试之前对水样进行预处理。结论 通过建立生物
毒理性基线，发光细菌法可以快速地判定水样的毒性强弱，可作为监测水质突发性污染事故及水质突变的应急方法。
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菌测定水样毒性传统方法中，一般先将样品 pH 值调节 至 7 左右，而这有可能改变待测样品中毒物的存在形 态和性 质［3］。本 实 验 结 果 表 明，若 水 样 的 pH 值 在 5 ～ 9，则不需调节 pH 值； 若水样的 pH 值低于 4 或高于 10，则需就近调节至 5 或 9，尽量减小因调节水样 pH 值而引起 的 水 样 中 毒 物 性 质 的 变 化。 但 调 整 水 样 的 pH 值可能会影响到测试的准确性和水样完整性。
2 结果与讨论
2． 1 建立饮用水毒性基线 应用发光细菌法检测水 样的毒性不同于其他检测方法，不能通过 1 次或几次 测定结果来确定相应点位的水质情况，而是需要先建 立待测区域水质的生物毒理性基线，确定毒理性范围。 要建立一个全面的、可信度高的生物毒理性基线必须 对待测区域内的水质进行长时间（ 最好以 1 年为 1 个 周期，等时间间隔测试） 不间断的毒性检测，积累至少 20 个以上的数据作为保证。由于条件限制，我们无法 做长期的固定采样，只能模拟抽取某地的生活饮用水 测定 20 次建立毒理性基线限值，得到发光损失率测量 值。一般依据为：
试剂水合（ 菌种活化） 时间统一控制在 15 min，水 样和稀释水（ 小试管中） 在室温下放置 15 min，使菌种 与样品在进行曝光反应时的温度一致。
不同化 学 物 质 对 发 光 菌 的 发 光 影 响 作 用 稍 有 不 同，为了实验的一致性，统一将菌种的曝光反应时间控 制在 15 min。 1． 5 结果的表示 采用发光菌的光损失率表示结果，
D = x珋± 3s
式中： D—生物毒理性基线限值； x珋—数列的平均值； s—标准偏差
对某地生活饮用水水样 20 次的模拟检测，建立了 该水样的生物毒性基线，结果见图 1。
图 2 六价铬对发光菌发光的影响
图 1 某地生活饮用水发光菌的生物毒理性基线
通过计算得出所测生活饮用水生物毒性基准线下 限值 D = － 11. 0% ，上限值 D = 18． 4% 。由此建立该生 活饮用水的模拟生物毒理性基线，作为该水样水质毒 性的判断依据。在毒性测定中 Microtox 分析仪的结果 显示为“ － ”，表示光增加，“ + ”表示光损失。发光菌 与水样混合后，如果水样中含有毒性物质，发光菌的正 常代谢被抑制，导致发光强度减弱，从而造成光强度损 失； 如果水样中不含毒性物质或毒性物质含量很低，或 者水样中含有导致细菌发光性增强的物质时，细菌的 光强度会不变或增加。在建立生物毒理性基线时，把 光损失的示值作为正值，光增加的示值作为负值，从而 构成完整的观测列。 3． 2 六价铬及甲醛对发光菌发光的影响 据文献报 道发光细菌法对 2 000 余种不同类型的化学物质具有 敏感的效应，其反应的毒性物质包括重金属、农药、真
菌杀灭剂、杀鼠剂、有机溶剂、工业化合物等多种化合 物，其中 包 括 尚 未 列 入 国 家 标 准 内 须 检 测 的 有 害 物 质［5］。本次实验对六价铬和甲醛进行了模拟试验，分 别配制含六价铬和甲醛浓度为 1、2、5、10、20、50 和 100 mg / L 的生活 饮 用 水 进 行 毒 性 测 试，以 毒 物 浓 度 为 X 轴，光损失率为 Y 轴，绘制曲线，见图 2、3。
康莉，毛丽莎，陈慧玲，许欣欣 KANG Li，MAO Li-sha，ChEN Hui-ling，XU Xin-xin
广东省深圳市疾病预防控制中心，518055
摘要： 目的 应用发光细菌法，选用 81． 9% 低毒性测试模式，分析饮用水的综合毒性。方法 通过各种模拟实验，建立生
活饮用水的模拟生 物 毒 理 性 基 线 以 及 分 析 对 发 光 菌 试 验 的 影 响 因 素，说 明 在 饮 用 水 应 急 性 毒 性 检 测 中 的 应 用 价 值。
明显的颜色，特别是红、棕或黑色时，可能会影响光的 吸收从而影 响 测 试 精 度。 另 外，色 度 大 的 水 样 也 会 影 响测试的精度。选取一个色度为 30 度而其他化学指 标均为正常的水样做为试验样品，检测到水样的 5 min 发光损失率和 15 min 的发光损失率分别为 75． 94% 和 89． 69% ，均达到了高毒性，由此可见，色度对发光菌也 有抑制作用，对于这样的水样应该在测试前用纯水稀 释后进行测定。 3． 6 浑浊度对发光菌发光的影响 水样的浑浊度可 能会引起发光菌不明确的发光增强或减弱，为了研究 浑浊水样 对 发 光 菌 发 光 的 影 响，选 取 一 个 浑 浊 度 为 20. 1 NTU，而其他化学指标均正常的水样做测试，检测 到水样的 5 min 发光损失率和 15 min 的发光损失率分 别为 5． 499% 和 13． 87% ，均为低毒性，由此可见，浑浊 度对发光菌发光的影响不大。但在实际水样测定时，为 了避免误差，建议对浑浊的或含有沉淀颗粒物的水样，可 以采用离心或过滤的方式进行预处理后再进行测定。
KANG Li，MAO Li-sha，ChEN Hui-ling，XU Xin-xin Shenzhen Center for Disease Control and Prevention，Guangdong，518055，China Abstract： ［Objective］By using the luminescent bacteria method，a simulation experiment was carried out with 81． 9% low toxicity model，to analyze the complex toxicity of drinking water． ［Methods］By simulation experiments，the biological toxicological baseline of drinking water was established，and factors that influenced the luminescent bacteria test were studied，to explain the application value of this method in emergency toxicity detection of drinking water． ［Ｒesults］The biological toxicological baseline of water quality in a region was － 11． 0% ～ 18． 4% ，which can be used to detect the comprehensive toxicity of drinking water． The factors， including pH value，chrominance，turbidity and residual chlorine，would inhibit the luminosity of luminescent bacteria，so the water samples would be pretreated before test． ［Conclusion］Based on the biological toxicological baseline，the luminescent bacteria method can rapidly determine the toxicity of the drinking water，which can be used as the emergent method for monitoring the sudden water pollution accident and water quality mutation． Key words： Luminescent bacteria； Complex toxicity； Biological toxicological baseline