会发光的“环境监测者”

如今生态环境的状况越来越受到人们的关注，越来越多的化学合成物在改善人们生活的同时也带来对环境的危害，进而影响我们的健康。对于环境中存在的这些有害物质，必须有效、及时地进行监测。

　　对环境污染物的传统检测方法包括基于化学、物理学和生物学原理的多种方法，但大部分需要专业技术，消耗时间和经费较多，一般一次只能测定一种目标物，且不能反应污染物毒性的大小，生物检测法如利用植物根系细胞、动物细胞、细菌等，测定的是环境污染物的毒性效应或多种污染物的综合毒性，在污染物毒性筛查，特别是液体样品毒性检测方面，具有敏感、快速、耗资少等特点，而“发光细菌法”作为一种新型生物毒性监测技术，引起了广大环保科研工作者的关注。

　　

　　发光细菌为何物?

　　

　　我们通常把天然存在，在正常生理条件下能够发射可见荧光的细菌统称为“发光细菌”。

　　大多数发光菌一般单个存在，不聚集在一起。由于有鞭毛，它们可以自由地游动。不同种属的发光细菌大小略有差异，一般菌体长约1.5～4微米，宽约0.5～0.8微米。由于发光细菌形体微小，肉眼根本看不见它们，因此单个细菌所发出的光也极微弱，肉眼当然也看不见。但是，当发光细菌成千上万地聚集在一起时，就可以在黑暗的环境中看到这一小点或一小片绿荧荧的光。如果发光细菌在某种水体里生长繁殖，经过一段时期，局部水体里的发光细菌达到一定的数量，就会使这个水体发出绿荧荧的荧光，在黑暗的环境中清晰可辨，其亮度有时甚至可以照亮周围的物体。

　　

　　发光细菌是如何“工作”的?

　　

　　环境工作者们会利用灵敏的光电测量系统测定毒物对发光细菌发光强度的影响。发光细菌含有一系列发光要素，在有氧条件下通过细胞内生化反应而产生微弱荧光。当细胞活性升高，处于积极分裂状态时，细菌体内的发光要素升高，于是发光强度增强。发光细菌在毒物作用下，细胞活性会下降，导致发光细菌发光强度的降低。实验显示，毒物浓度与菌体发光强度呈线性负相关关系，因此，可以根据发光细菌的发光强度判断毒物毒性大小，用发光度表征毒物所在环境的毒性。

　　进行一次发光细菌对污染物或毒性物质的检测实验，仅需0.25～1小时就足够了。也就是说，短时间内我们就知道受试验物质有没有毒性及毒性有多大。大量的研究表明，用发光细菌检测毒性的结果与鱼类或小鼠毒性检测的效果基本相当。而且发光细菌很容易培养，比起专门饲养小鼠、鱼类或是藻类等生物要方便得多，成本也低得多。现在，改进了的发光细菌检测方法是将发光细菌制成冻干粉保存起来，使用前仅需加入复苏液，几分钟之后冻干粉恢复活力，就可立即用于毒性检测了，就像用化学试剂那样简单、方便。目前已有商业的发光菌冻干粉供应市场，这样一来，检测者无需事先培养发光细菌，也就无需配备细菌培养方面的设备及人员，只要从市场“拿来。就可以进行检测试验了。这就更有利于在“现场”进行即时的监测或是抽检。而且，由于发光细菌法试验每次所用的细菌数量达数百万，因此个体差异可以忽略不计，结果易于重复，这也是其他生物方法所无法相比的。还有在某些紧急突发事件中，例如毒物泄漏事故发生后，能用发光茵快速作出判断，以便及时地采取应急措施，减少对环境的影响，从而避免对周围人群造成不良的后果。

　　

　　发光细菌有“优势”

　　

　　目前的污染物监测手段主要还是以物理仪器及化学分析相结合的监测方法为主。这类方法的优点是能准确地定性定量，但所需仪器设备往往价格昂贵、技术要求和使用成本很高，即使不考虑这些，仍有一个重要问题：这样的污染在中、远期到底对人们的健康会有多大的危害？显然，上述检测是无法直接回答这个疑问的。如果有某一条河流受到污染，或某种化学物质突然泄漏，对污染来源及其主要成分的监测可以用物理和化学的方法很快得到结果，但要回答对流经区域的生物和人民群众的健康有什么影响，也就是所谓对“生物毒性”的判断，则上述监测也是无能为力的。

　　要判断对健康的影响，即对生物毒性的大小做判断，必须用生物医学的方法对污染物进行毒性分析。目前用得较多的检测污染物毒性的方法是从医学、毒理学上引用过来的利用小鼠或是鱼类或是藻类等的毒性试验，以受试生物的死亡数来判断毒性的大小，一般需几天时间才能有结果。由于对受试生物有特别的要求，进行操作也需要有专门的人员及专门的场地，所以监测的成本较高，还需要几天或几周的时间才能有结果，不可能普遍推广应用，若希望快速地作出结论，则上述生物检测法是无法满足要求的。而应用发光细菌来检测污染物毒性则能克服这些缺陷，它具有快速、灵敏而且容易操作等优点。

　　工业废水是造成水体污染的重要因素之一，当水体中污染物达到一定浓度时，就会引起生物的中毒反应，使之行为异常，生理功能紊乱，组织细胞病变甚至死亡。用发光细菌法测定废水的综合毒性，国外在20世纪70年代末和80年代做过大量的研究。水体环境污染是破坏水域生态平衡的重要因素，由于水体中的污染物比较复杂，难以用单一的理化指标来表示其污染程度。通过生物毒性试验，可以更好地反映水体的污染负荷与生物学效应的关系，以便综合地评价水体污染现状和污染物的毒性。

　　这次5.12汶川大地震发生后，对受灾地区的饮用水源的安全性判断，就面临了如何快速、准确地作出结论并及时告知能否饮用的问题，而国产的淡水发光细菌——青海弧菌检测法就发挥了良好的作用。至于海洋环境的保护、海域污染的监测，发光细菌使用起来也是非常方便的。我国国家环保总局早在1995年就公布了发光菌检测毒性的方法标准，由此，各地环境监测部门用发光菌检测了很多河流水质的污染状况。

　　近年来由于环境污染而造成癌症发病率上升，这是因为不少环境污染物具有致癌性，人们接触之后易于诱发癌症。如果用一般化学或物理检测法，根本无法推断污染物有无致癌的作用，唯有用生物检测才能判断。而且通常进行致癌试验的成本很高，不可能大量地普遍进行检测。但是如果用发光细菌来进行的话，就会变得很简单，成本相当低廉。其中一种方法是采用发光细菌的暗光突变种，另一种方法是用基因克隆的手段，不仅操作变得简单，而且时间也由原先的48小时缩减到12小时。

　　

　　闪亮登场世博会

　　

　　发光细菌有广泛的应用价值。不仅在水质监测方面，早在20世纪40年代，就有利用发光细菌进行大气污染的监测、抗生素的筛选、麻醉药物的筛选等报道。而今，这种发光细菌将在2010年上海世博会饮用水安全检测中发挥其作用，相关研究成果也已转化投产，进入市场。利用淡水发光细菌进行毒性物质检测，这在世界上尚属首次。只要在水样中加入微量青海弧菌液体，用便携式监测仪读取相关数据，饮用水是否安全在半个小时内就能知道答案。

　　由于发光细菌法与其他生物监测方法相比具有快速、简便、灵敏等特点，适用于大批量化合物和样品的初筛，对控制环境的毒物污染和强化工业污染源的管理很有裨益，相信这一测试方法在今后的环境监测中将发挥更大的作用。