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收稿日期:2000209207(修改稿)造纸厂废水毒性的测试方法张 勇 万金泉 马邕文(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广州,510641)摘 要 就细菌培养顶空气相色谱法、发光细菌检测法、鱼类毒性测试法及电位滴定法对造纸废水中毒性污染的测试进行综述。
这些方法具有操作简单、准确度高、费用低等优点。
文中所涉及的毒性分析方法对于测定其它工业废水的毒性也有一定的参考价值。
关键词 造纸废水 毒性 测试方法中图分类号:TS79 文献标识码:A 文章编号:100026842(2001)0120131204制浆造纸工业废水是当前世界上工业水污染大户之一。
特别是在纸浆漂白操作中相继使用氯、次氯酸盐、二氧化氯等漂白剂降解木素,排水中含大量的有机氯化物,具有很大的毒性[1]。
近年来,随着对工业污染物对环境影响认识地不断提高,人们对制浆造纸废水的环境危害已不仅局限于考虑悬浮物(SS )、生物耗氧量(BOD )、化学耗氧量(C OD )及色度等,而且进一步关注其中的毒性物质。
当这些毒性物质进入动物肌体中并积累到一定数量时,能使体液或组织发生生物化学和生理功能的变化,引起暂时性或持久性的病理状态,甚至危及生命[1]。
因此,对造纸厂废水毒性的研究正引起环境工作者的高度重视。
要研究造纸厂废水的毒性,必须对其毒性进行测试。
目前,一般可利用生物体,包括微生物[2]、藻类[3]、底栖软体动物[4]、浮游生物[5]、鱼[6]等来测定造纸废水中污染物对水生生物的毒性,这类方法称为生物学方法。
此外,还可利用物理化学方法对其毒性进行测试。
本文对这些方法进行了综述。
1 生物学方法用生物学方法直接测定工业废水的毒性,是研究水体污染的一种重要手段,同时也为确定废水的安全排放量和制定废水排放标准提供了科学依据。
111 微生物监测利用细菌作为指示生物监测化学物质的方法有多种,如细菌酶活性的变化[7,8]、ATP 水平测定[9]、细菌发光微毒检测[10]、细菌生长、呼吸抑制实验[11,12]、微热测量[13]以及C O 2产生等。
发光细菌GFP的表达机理及应用发光细菌GFP是绿色荧光蛋白的简称，是由Aequorea victoria这种水母所产生的一种蛋白质。
GFP不但具有高度的应用价值，而且还是生物学研究中最有用的分子标记之一。
本文将从发光细菌GFP的表达机理、应用以及未来发展等方面进行介绍。
一、发光细菌GFP的表达机理GFP是一种由238个氨基酸组成的蛋白质，主要在海水深处生活的Aequorea victoria珊瑚中产生。
GFP通过吸收紫外线光激发，产生荧光。
GFP能在任何类型的生物组织内发光，不会产生有害影响。
除了绿色之外，GFP还能产生黄色、蓝色、紫色、红色等颜色的荧光。
这些颜色的荧光由不同种类的GFP进行表达，这些不同种类的GFP都具有不同的结构和光学特性。
GFP的结构包含一个由11肽段组成的β桶状结构和一个由α螺旋段组成的关键性结构域。
通过对这个结构域的分子工程改造，研究人员可以对GFP进行改造，使其在其他物种内表达并发光。
二、发光细菌GFP的应用GFP已成为生物医学领域的热门研究课题。
由于GFP可以与其他蛋白质相结合，并且不会对细胞造成任何影响，能够用于实现对生物系统的准确研究。
GFP可以制作成质粒，通过质粒转染等方法，将其导入到需要研究的细胞内。
利用GFP可准确观察到细胞内各种蛋白质分子的定位和表达等情况。
1、生物病理学：GFP在生物病理学领域已经有了广泛的应用。
与其他标记方法相比，GFP标记具有许多优势。
第一，当有多种标记时，GFP在背景噪音中更易于辨认；第二，直接观察细胞在活体状态下的各种功能，例如细胞的表面形态、细胞器的运动等。
2、分子生物学：GFP已经成为分子生物学中最重要的分子标记技术之一。
通过观察GFP标记蛋白分子的表达、定位和交互关系，有助于更好地理解生物化学反应。
利用GFP标记，研究人员可以更好地分离和分析蛋白质、DNA和RNA，进一步深入研究生物化学反应。
3、神经科学：大多数神经科学家利用GFP生物标记技术，将化学物质或电压灵敏的通道与GFP合并。
生物发光及应用生物发光是指某些生物自身能够发出可见光的现象。
发光的生物被称为发光生物，它们可以通过化学反应、生物发光器官或其他发光机制产生光线。
生物发光在自然界中广泛存在，并且已经被应用于许多领域，包括科学研究、医学、生物技术和环境保护等。
下面就生物发光的原理、发光机制以及应用进行具体介绍。
生物发光的原理及发光机制：生物发光的原理是在生物体内产生光化学反应，这一过程被称为生物发光反应。
其主要基于以下三个必备的要素：底物（发光底物）、酶（发光酶）和共因子（发光共因子）。
发光底物是发光反应的基础，它通过生物体内的代谢途径产生，例如产生荧光素。
发光底物在发光过程中与酶和共因子发生反应，最终转化为能量释放的光子。
发光酶是生物体内的一类酶，它能够催化发光底物和共因子之间的反应。
发光酶的活性决定了发光强度和发光时间，不同的发光酶有不同的着色和光谱特性。
发光共因子是参与到发光底物的氧化反应中的一种物质。
它能够接收电子并激发电子到一个高能级，随后电子会返回基态并释放出光子，从而产生光。
生物发光的机制具体分为两种：生物化学发光和生物机械发光。
生物化学发光是指通过某些生物体内的化学反应产生发光。
最著名的生物化学发光机制是通过氧化酶（例如琥珀酶）使得酶底物发生氧化反应，从而释放能量。
这种氧化反应产生的化学能量激发酶底物进一步发生其他反应，最后转化为光能。
这种发光机制被广泛应用于生物技术研究、分子生物学和生物成像等领域。
生物机械发光是指通过生物发光器官的特殊结构和运动产生发光。
例如发光水母通过体内特殊的细胞器官（发光细胞）的收缩运动产生光。
生物机械发光被广泛应用于海洋生物研究、光学材料和光学器件的制备等领域。
生物发光的应用：1.科学研究：生物发光被广泛应用于生物学、分子生物学和生物技术研究中。
通过标记不同发光物质的生物分子，研究人员可以追踪这些分子的运动和相互作用，以深入了解生物体内的生命过程。
此外，生物发光还可以用于检测和测量特定化学物质的含量和活性。
光合细菌用途光合细菌是一类能够进行光合作用的微生物，与植物类似，它们也可以利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
光合细菌在自然界广泛分布，在水中、土壤、湖泊、海洋等环境中都能找到它们的身影。
它们具有重要的生态功能，并且在生物技术领域也有着广泛的应用价值。
光合细菌的用途多种多样，以下就是一些主要的应用领域：1. 环境修复：光合细菌对环境中的污染物具有很强的降解能力。
它们能够利用光合作用将有机物质转化为有机酸、胞质蛋白和能量，从而减少有机物质的浓度，改善环境质量。
因此，光合细菌被广泛应用于废水处理和土壤污染修复领域，可以加速有机物质的降解和去除。
2. 微生物燃料电池：光合细菌可以通过光合作用产生电子，并通过电子传递链将电子传递给电极，从而产生电能。
这一特性被应用于微生物燃料电池中，通过利用光合细菌的光合活性来产生电能。
微生物燃料电池具有可再生性和环保性，可以作为一种新型的能源技术。
3. 生物能源生产：在光合作用的过程中，光合细菌将光能转化为化学能，并存储在有机物质中。
这些有机物质可以被提取和利用，作为生物能源的来源。
例如，反刍动物的瘤胃中存在着常见的光合细菌，通过发酵消化纤维素来产生氢气、甲烷等有机气体，再进一步利用这些气体进行能量供应。
4. 生物肥料：光合细菌可以通过固定氮气的过程将大气中的氮气转化为氨基酸和其他有机化合物。
这些有机化合物可以作为植物的营养源，具有促进植物生长的作用。
因此，一些光合细菌被应用于微生物肥料的生产中，可以提供丰富的营养物质，改善土壤质量。
5. 生物工程：光合细菌具有很高的生物可塑性，可以通过基因工程技术进行改造，使其具有特定的功能和应用。
例如，将某些光合细菌的光合作用与其他微生物的代谢途径相结合，可以实现一些特定的产物合成，如抗生素、有机酸等。
另外，光合细菌还可以被用作生物传感器，监测环境中的污染物浓度和种类。
总结起来，光合细菌是一类具有广泛应用前景的微生物。
它们在环境修复、能源生产、肥料生产、生物工程等领域都有着重要的应用价值。
文献综述发光细菌在环境毒性检测中的应用前言目前对环境毒性的检测主要是用物理仪器和化学分析相结合的方法。
这类方法的优点是能准确定性和定量，但是其仪器设备往往价格昂贵，技术要求和使用成本很高，只能在实验室里使用毫无疑问，上述检测方法不能预测对人体的影响尤其是中长期的影响。
要回答对人群健康的影响，即对生物毒性大小的判断，必须用生物医学的方法对污染的生物毒性进行分析。
目前较常用的是检测污染物毒性的方法是从医学物理学的方法引用过来的小鼠，鱼，或藻类毒性实验，但其有不可克服的缺点，如时间长，要有专门的人员操作，成本高，个体存在差异等。
而应用发光细菌来检测污染物毒性则能克服这些缺点，具有快速，灵敏且容易进行等优点[1-2]。
在有毒物质的筛选和环境污染物的生态风险评价等方面具有重要意义[3]就当前，对发光菌的研究已转向应用方面，尤其是在环境毒物的检测上，这方面的论文每年都发表很多，数量很多，最近也有将发光菌应用于食品安全方面。
正文随着工农业的发展，排放到环境中的污染物质越来越多。
故在环境中各种污染物不是单独存在的，而往往是以组合形式存在的多种污染物混合在一起所造成的复合污染日益受。
到人们的重视，其往往表现出相加、拮抗和协同作用[45]。
因此促进了联合作用研究方法的发展。
混合污染物联合毒性研究始于1939[6]年，经过近70年的发展，已经成功发展了TU(毒性单位)法[7]、AI（加和指数）法[8]、MTI(混合毒性指数)法[9]及λ（相似参数）法[10]。
这些方法都能根据实验和相应公式的计算结果简单判别混合物的联合作用方式为拮抗、独立、相加及协同。
随着混合污染物联合毒性研究的不断深入，污染物联合毒性已经由最初的定性研究阶段向定量研究阶段过渡。
这些方法都能根据实验和相应公式的计算结果简单判别混合物的联合作用方式为拮抗、独立、相加及协同。
发光细菌在环境检测中的应用主要有检测水体污染毒性（主要包括海水污染的毒性检测，河流污染的水质检测，河流水质状况的检测，对排污口水质毒性的检测，城市污水毒性的评估，对工业废水的生物毒性检测，检测重金属污染的水质毒性，多种重金属存在时对发光菌的联合毒性等），检测河流，湖泊沉积物或底泥的毒性，检测大气污染，检测土壤污染，检测工业固体废弃物的毒性，还包括食品保鲜包装物毒性检测，和食品安全检测中的应用。
细菌的生物发光机制及其应用人们常说“闪闪发光”是红色的火车灯、白色的节日彩灯或是黄色的路灯。
但其实，在生物界中，有一些细菌也能够进行发光。
这种发光被称为生物发光，是一种独特的生物化学反应。
细菌的生物发光机制及其应用研究，是目前生物学、医学、环境科学和食品安全等领域的热门研究课题。
一、细菌的生物发光机制细菌能够进行发光，是由于其体内含有一种特殊的化学物质——发光色素。
发光色素是一种叫做荧光素的羧酸化合物，由ATP酶和荧光素合成酶共同催化合成。
当活性氧和其他化学物质在存在下，使发光色素发生氧化反应后，另一种化学物质——蛋白质发光素——便激发出富能的光子，从而使细菌发出蓝绿色、黄色或白色的荧光。
具体来说，生物发光过程中的几种关键反应如下:1. ATP合成酶将ATP、酸和荧光素反应，在酸性环境下产生Mg-ATP和荧光素酸。
2. Mg-ATP和Ca2+稳定的luciferase（发光素酶）组成态，可以使用了氧气的荧光素酸的高能状态的O2产生伟大的高能状态的OX-荧光素酸和AMP。
高能状态的OX-荧光素酸与发光素相互作用，并在这个过程中释放了荧光。
3. 如果氧气充足，这个荧光素酸将在催化囊（单层囊）或嵌套阵列的内腔中处理多次。
二、细菌的生物发光应用1. 生物检测：利用细菌发光技术，人们可以快速地检测食品或环境中的细菌污染，而且检测结果非常准确。
例如，可以使用发光菌来监测海水、地下水和饮用水中的细菌水平，可以帮助检测病原体。
此外，发光菌还可以用于检测肉类、水产品和其他食品中的病原菌，这有助于确保生鲜食品的质量和安全。
2. 医学应用：生物发光技术在医学领域的应用非常广泛。
例如，在临床医学中，可以使用发光菌来检测感染病原体的存在，从而帮助诊断和治疗感染疾病。
另一方面，生物发光技术还可以用于观察神经元的活动，这对研究神经系统的功能有重要的意义。
3. 生物光化学：基于细菌发光机制的生物光化学研究，在生物材料、光学传感器、化学污染检测、环境治理、海水监测等领域应用广泛。
发光细菌的特性及其在环境监测方面的应用发布时间：2008年7月30日 16时19分来源：化学工程与装备网贺志庆1,王文波2(1台州市环境监测中心站,浙江台州 3180502台州市路桥区环境监测站,浙江台州 318050)摘要：随着现代工业的不断发展，随之而来的环境问题也越来越突出。
因此一些新的环境监测方法也应运而生。
发光细菌检测方法就是其中的一种。
它具有快速、简便、灵敏等特点，并在环境监测中的应用范围也很广泛。
本文主要从发光细菌的原理、测定方法及其在环境监测中的应用等方面对其进行了阐述。
关键词：发光细菌环境监测毒性1 前言到了二十一世纪，世界进入了工业化时代，随着现代工业的不断发展，当今世界面临着严重的环境问题。
我国是一个发展中的大国 ,几十年来 ,尤其是改革开放以来经济发展突飞猛进 ,令全世界瞩目。
但是随着工业化和城市化的不断发展，环境问题日益突出 ,严重影响了我国经济与社会的进一步发展。
数量，种类日益增多的环境污染物迫切需要进行毒性鉴定，而传统的分析手段已难以对此做出迅速、有效、全面的回答。
因此，发展新的快速，准确评价各类污染物毒性的有效方法显得非常迫切，必要。
环境中有毒物质生物毒性的测定与评价，一般用水生生物（如鱼，枣等）。
植物（紫露草，蚕豆根类等）细菌或其他生物作为指示生物，以其形态，运动性，生理代谢的变化或死亡率做指标来评价环境物质的毒性。
但这些方法大都操作繁琐，需要较多的仪器设备，结果不稳定，重复性差，因而难以推广应用。
随着科学的不断发展，新的环境中有毒物质生物毒性的测定与评价不断建立，其指示生物包括细菌，藻类，底栖软体动物，浮游生物和鱼等，其中发光细菌因其独特的生理特性，与现代光电检测手段完美匹备的特点而备受关注，因此由其而发展起来的发光细菌毒性测试技术引人注目。
发光细菌检测法是一种简单快速的生物毒性检测方法，它不仅能测试理化法所能测定的单因子指标，尤其能快速准确的测出环境的综合毒性指标，具有理化法无可比拟的特点。
2 发光细菌检测有毒物质的原理发光菌检测法是以一种非致病的明亮发光杆菌作指示生物，以其发光强度的变化为指标，测定环境中有害有毒物质的生物毒性的一种方法。
细菌的发光过程是菌体内一种新陈代谢的生理过程，是光呼吸进程，是呼吸链上的一个侧支，即菌体是借助活体细胞内具有ATP、萤光素（FMN）和萤光素酶发光的。
该光波长在490nm左右。
这种发光过程极易受到外界条件的影响。
凡是干扰或损害细菌呼吸或生理过程的任何因素都能使细菌发光强度发生变化。
当有毒有害物质与发光菌接触时，发光强度立即改变，并随着毒物浓度的增加而发光减弱。
这种发光强度的变化，可用一种精密测光仪定量地测定。
3 发光细菌的测定方法3.1新鲜发光细菌培养测定法将发光菌种接种到液体发光培养基中，在适当条件下（20℃±0.5℃）振荡培养到对数生长期，一般为通气培养12小时，配制为含3％NaCl盐度的适当浓度的菌悬液加入测试管中，再加入待测液，使之和菌种接触，作用5min～15min后，读出并记录对照管和样品管发光强度。
此法操作较为简便。
3.2发光细菌和藻类混合测定法因为有些有毒物质对发光细菌没有直接的毒害作用，而对藻类有毒害作用，利用这一特性，可以把培养好的发光菌悬液和藻类悬液混合后同时加入测试管中与试液混合，经光照一段时间后测定发光菌的光强度变化。
因为有毒物质对藻类的毒害作用而干扰藻类的光合作用，使之放氧能力下降，发光菌因缺氧其发光能力也随之下降，因此可根据光合作用放氧多少而导致发光菌发光强度的变化来推算出有毒物质毒性的大小。
3.3发光细菌冷冻干燥制剂测定法把培养到对数生长期的发光细菌采用特殊方法制成干燥粉剂保藏于冰箱中制成冻干粉剂，使用时加入冷的2％NaCl溶液复苏，使其恢复到原来的生理状态和发光水平，然后用于测定。
其特点是每次使用的发光菌具有相同的生理状态，对有毒物质灵敏性一致，易于定量测定，结果重复性，可行性好，操作简便，节约时间。
其优点是可实行测定的质量控制。
4 发光细菌在环境监测中的应用4.1利用发光细菌法检测工业废水的综合毒性张秀君等运用发光细菌法对污染源废水样的毒性进行测定。
并以毒性较为稳定的HgCl2作参比毒物，使此法所测得的毒性定量化。
据水质毒性分级标准，对水样毒性的测定结果进行评价，其结果不仅与废水样实际情况相符合，同时与鱼的毒性试验结果一致，充分说明发光菌急性毒性监测指标，对工业废水急性毒性监测所获得的毒性结果，能客观准确地反应废水的综合毒性状况，是目前工业废水综合急性毒性监测的较佳方法。
4.2利用发光细菌快速检测渔业水域污染物急性毒性水域环境污染是导致渔业事故频繁发生的主要原因，各种含有大量有毒有害物质的废水不断进入江河湖海，当水体中的污染物达到一定的强度，就会引起水产动物的中毒甚至死亡。
由于水体中的污染物十分复杂，因此难以用单一的理化指标来表示其污染程度，只能通过生物毒性试验，才能综合地评价水体的污染现状和污染物的毒性。
发光细菌不但可以应用在渔业水域的污染评价，还在渔业环保领域中有良好的发展前景。
发光细菌可与现代光电子技术和计算机技术相结合制成便携式智能化的环保监测仪器，就可对渔业水体的现场连续监测进行预测预报。
4.3发光细菌在农药残留检测中的应用有机磷农药包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂。
由于有机磷农药具有药效高、品种多、防治对象多等优点，在我国农业生产中曾大量使用。
但有机磷农药中的大多数品种属于高毒性，长期大量使用不但会对环境造成严重影响，且人们在食用高残留的水果蔬菜时会发生急性中毒或慢性中毒，危害食用者的身体健康。
袁东星等探讨了采用发光细菌对甲胺磷、水胺硫磷、氧化乐果、敌敌畏、辛硫磷、甲基异硫磷等6种常用有机磷农药的检测。
通过发光细菌对用于蔬菜的以上6种有机磷农药响应情况的分析表明，随着试样中有机磷农药浓度的增加，发光细菌的发光强度降低,发光强度与农药浓度呈负相关。
发光细菌检测法的最小检出浓度为3 mg•L-1。
尽管发光强度与农药浓度没有严格的线形关系，但已经足以满足现场快速检测中的半定量要求。
该方法的优点是快速、简便、灵敏、价廉,适用于现场，是检测蔬菜中有机磷农药残留的一种快速有效、价廉的方法。
4.4发光细菌在致癌物质生物毒性检测中的应用含氮杂环化合物广泛存在于石油工业、食品工业、医药工业中，许多含氮杂环化合物具有强烈的“三致”作用，同时又很难为自然界的微生物所降解，会对人类健康产生潜在的危害。
为了给这些物质的急性毒性、联合毒性和危险性评价提供基础数据和基本方法，江敏等研究了吲哚、吡啶、喹啉、异喹啉、2-甲基喹啉和8-羟基喹啉等6种含氮杂环化合物对发光细菌的急性毒性作用及上述物质两两混合对发光细菌的联合毒性作用。
6种含氮杂环化合物纯物质对发光细菌的毒性影响结果表明，发光细菌的相对发光度均随化合物浓度的增加而线性降低，具有良好的相关性，其毒性由强至弱依次为8-羟基喹啉、异喹啉、吲哚、喹啉、2-甲基喹啉、吡啶，且所有物质两两混合的联合毒性作用均表现为相加作用。
另外，利用发光细菌法的原理和方法，凡能干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的环境因子，例如有毒有害的物质等都可以运用发光细菌法检测生物毒性。
除去上面两条，主要有：土壤重金属急性毒性效应测定和评价，土壤金属毒性的协同或拮抗效应监测。
还可进行化学品的毒性评价与安全性评定，化学危险品的风险评定，以及环境污染物的致突变性的评价以及环境保护处理设施效果的监控。
5 展望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，相信在水域(水体)水质评价、水质水量污染控制、水质管理以及水域(水体)规划方面发挥更大的作用。
发光细菌法已在水质、环境评价以及生态规划中得到了广泛的应用。
随着技术的发展，发光细菌法将和电子技术以及光电技术相结合,逐步发展为在线监测系统，为水质分析提供更加快速的测试手段。
另一发展方向就是和先进的化学分析方法相结合，为环境监测提供更加全面和细微的毒性分析。
总之，出于发光细菌法具有其独特的优点，世界各国都在努力完善它，相信这一测试方法在环境监测中发挥更大的作用。
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