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1、 发光微生物发光微生物邓程邓程 070820033070820033主要内容主要内容1234发光微生物的存在发光微生物的存在 发光菌的发光机理发光菌的发光机理 发光细菌检测环境毒物发光细菌检测环境毒物 发光机理的应用发光机理的应用发光微生物的存在发光微生物的存在 波多黎各的蚊湾波多黎各的蚊湾 海洋海洋是发光细菌生活的大本营，从近海沿是发光细菌生活的大本营，从近海沿岸到南北极；从海水表面到深达岸到南北极；从海水表面到深达10001000米的米的海底都可找到发光菌，只有少数生活在海底都可找到发光菌，只有少数生活在淡水湖泊河流中；有的寄生于各种海洋动淡水湖泊河流中；有的寄生于各种海洋动物如海鱼的物如
2、海鱼的发光器官发光器官中；有的中；有的独立生活独立生活在在海水中，其数量依外界条件的变化而异，海水中，其数量依外界条件的变化而异，据测定夏秋季的海水中每毫升多达几十到据测定夏秋季的海水中每毫升多达几十到几百个，发光细菌属于几百个，发光细菌属于肠道菌属肠道菌属 钩鞭藻钩鞭藻 冰箱里发光的海鲜。根据美国冰箱里发光的海鲜。根据美国食品药品管理局记载：食品药品管理局记载：“仅仅19891989至至19901990年间，就有年间，就有1212起关起关于海鲜发光的投诉。这大多是由于海鲜发光的投诉。这大多是由于明亮发光杆菌和火神弧菌污染于明亮发光杆菌和火神弧菌污染食品造成的。食品造成的。”发光微生物的存在发
3、光微生物的存在 发光生物发光生物 在光线无法到达的深海中，为了达到欺敌、捕食、沟通、求偶等不同在光线无法到达的深海中，为了达到欺敌、捕食、沟通、求偶等不同目的，它们会持续或间歇性的发光；有些利用共生细菌发光，有些则自身目的，它们会持续或间歇性的发光；有些利用共生细菌发光，有些则自身具发光细胞产生荧光。具发光细胞产生荧光。发光菌的发光机理发光菌的发光机理l微生物在氧化代谢或微生物在氧化代谢或呼吸作用呼吸作用过程中得到能量，呼吸作用等于生物的过程中得到能量，呼吸作用等于生物的氧化作用，氧化作用，好气性细菌具有细胞色素氧化还原酶系统好气性细菌具有细胞色素氧化还原酶系统，细胞色素可以，细胞色素可以作为
4、氢的最终受体而利用空气中的氧，底物的氢传递到作为氢的最终受体而利用空气中的氧，底物的氢传递到NADNAD（烟酰胺（烟酰胺腺嘌呤核苷酸）的脱氢酶的辅基上，结果形成还原型的腺嘌呤核苷酸）的脱氢酶的辅基上，结果形成还原型的AAD-H2AAD-H2，它可，它可以将氢传递给黄素腺嘌呤二核苷酸以将氢传递给黄素腺嘌呤二核苷酸FADFAD，后者转化为，后者转化为FAD- H2FAD- H2，就可以，就可以传递给细胞色素，传递给细胞色素，能量以能量以ATPATP（三磷酸腺苷）的形式释放。（三磷酸腺苷）的形式释放。l发光细菌的发光过程是一种光呼吸过程，是上述电子传递链上的一个发光细菌的发光过程是一种光呼吸过程，是
5、上述电子传递链上的一个侧支，侧支，还原型的黄素单核苷酸，还原型的黄素单核苷酸，FMNH2FMNH2充当反应的底物，萤光酶起催充当反应的底物，萤光酶起催化作用，长链脂肪醛起作改变萤光酶构造的化作用，长链脂肪醛起作改变萤光酶构造的“修饰修饰”作用。萤光酶通作用。萤光酶通过分子氧催化过分子氧催化FMNH2FMNH2和脂肪醛和脂肪醛(RCHO)(RCHO)的氧化的氧化， 这种氧化还原反应结果便产生磷光，外界这种氧化还原反应结果便产生磷光，外界 条件和培养基成分条件和培养基成分pHpH，温度，氧浓度变，温度，氧浓度变 化会影响细菌的发光。化会影响细菌的发光。 l定额感应定额感应 最早是在最早是在1970
6、1970年由年由HastingsHastings和和 NealsonNealson自章鱼的发光器官中分离出海自章鱼的发光器官中分离出海洋发光弧菌洋发光弧菌( (Vibrio fischeriVibrio fischeri) ) 发现，他们发现生长于实验室中的海发现，他们发现生长于实验室中的海洋发光弧菌，仅在其密度洋发光弧菌，仅在其密度到达某一定量到达某一定量时才会发光。时才会发光。 发光菌的发光机理发光菌的发光机理当海洋发光弧菌感测到有当海洋发光弧菌感测到有足够浓度足够浓度的自诱导物的自诱导物分子，则所有的细菌的分子，则所有的细菌的发光基因发光基因开始启动表现开始启动表现使我们看到其发光。使我
7、们看到其发光。最近，利用生物科技的技术，生物学家已经找最近，利用生物科技的技术，生物学家已经找到了数十种以上海洋与陆地的细菌具有定额感到了数十种以上海洋与陆地的细菌具有定额感应能力应能力 发光细菌检测环境毒物发光细菌检测环境毒物l细菌发光现象对理化因子反应敏感，因此有人试图利用发细菌发光现象对理化因子反应敏感，因此有人试图利用发光细菌为检验水域污染状况的指示菌。光细菌为检验水域污染状况的指示菌。l发光细菌是一类非致病的发光细菌是一类非致病的革兰氏阴性兼性厌氧细菌革兰氏阴性兼性厌氧细菌, ,在适宜条件下培在适宜条件下培养会发射出蓝绿色的可见光。养会发射出蓝绿色的可见光。 检测依据：检测依据：当发
8、光细菌接触有毒污染物时当发光细菌接触有毒污染物时, ,细菌新陈代谢则受到影细菌新陈代谢则受到影响响, ,发光强度减弱或熄灭发光强度减弱或熄灭, ,发光细菌发光强度变化可用发光检测仪测定发光细菌发光强度变化可用发光检测仪测定出来。在一定浓度范围内出来。在一定浓度范围内, ,有毒物浓度大小与发光细菌光强度变化成有毒物浓度大小与发光细菌光强度变化成一定比例关系一定比例关系, ,因此可通过发光细菌来监测环境中的有毒污染物。发因此可通过发光细菌来监测环境中的有毒污染物。发光细菌应用最多的是光细菌应用最多的是明亮发光杆菌明亮发光杆菌, ,可以可以 监测各种水体监测各种水体, ,对气体中可溶性有毒物质对气体
9、中可溶性有毒物质, ,可可 先通过吸收、溶解在溶液中先通过吸收、溶解在溶液中, ,再来观察其对再来观察其对 发光细菌的影响。发光细菌的影响。l多环芳烃多环芳烃是环境中普遍存在的一类重要污染物是环境中普遍存在的一类重要污染物, , 由于其基因毒性主要由于其基因毒性主要表现有慢性致毒、致畸诱变和致癌作用。研究表明表现有慢性致毒、致畸诱变和致癌作用。研究表明, , 微生物降解在该微生物降解在该污染物的迁移转化乃至最终消失的过程中占有重要地位污染物的迁移转化乃至最终消失的过程中占有重要地位, , 是环境中多是环境中多环芳烃去除的最主要途径。环芳烃去除的最主要途径。l利用发光细菌毒性测试技术检测研究多环
10、芳烃化合物利用发光细菌毒性测试技术检测研究多环芳烃化合物( (萘、菲、蒽、萘、菲、蒽、芘、荧蒽芘、荧蒽) ) 及其部分降解产物的生物毒性及其部分降解产物的生物毒性, , 为科学评价多环芳烃污染为科学评价多环芳烃污染环境的生物毒性及其生物降解的环境风险。环境的生物毒性及其生物降解的环境风险。l低相对分子质量多环芳烃微生物降解后期解毒效果明显低相对分子质量多环芳烃微生物降解后期解毒效果明显, , 但其降解后但其降解后期产物对发光细菌仍具有一定毒性期产物对发光细菌仍具有一定毒性, , 且在细菌不同的代谢途径中多环且在细菌不同的代谢途径中多环芳烃毒性降低的程度不同芳烃毒性降低的程度不同. . 在运用微
11、生物降解原理治理多环芳烃污染在运用微生物降解原理治理多环芳烃污染环境时应优先考虑不积累中间产物的微生物环境时应优先考虑不积累中间产物的微生物. .多环芳烃化合物对发光细菌的毒性多环芳烃化合物对发光细菌的毒性 发光细菌检测环境毒物发光细菌检测环境毒物l以色列海法的以色列海法的ChecklightChecklight公司利用地中海沿岸一种夜间会公司利用地中海沿岸一种夜间会发光的细菌开发出一种对水中污染物极为敏感的物质，将发光的细菌开发出一种对水中污染物极为敏感的物质，将这种物质做成的基底与发光细菌相结合，再配上一个光度这种物质做成的基底与发光细菌相结合，再配上一个光度计，即可快速便捷地对水质进行实
12、时监测。只要将这种发计，即可快速便捷地对水质进行实时监测。只要将这种发光细菌放到含有害物质的光细菌放到含有害物质的 水中，它们就会发出报警水中，它们就会发出报警 光信号，对这种信号测量光信号，对这种信号测量 分析，即可对污染物性质和分析，即可对污染物性质和 污染程度做出判断。污染程度做出判断。 一旦暴露在紫外光线下，一旦暴露在紫外光线下，这种克隆猫就能发红色的荧光这种克隆猫就能发红色的荧光 发光机理的应用发光机理的应用把发光蛋白基因转入其他生物体中生产把发光蛋白基因转入其他生物体中生产发光蛋白，其他生物体也会发光。例如：发光蛋白，其他生物体也会发光。例如：新加坡国立大学的科学家创造出的荧光新加坡国立大学的科学家创造出的荧光斑马鱼。斑马鱼。定额感应现象因为与致病细菌的致病机制相关，并有可能使得定额感应现象因为与致病细菌的致病机制相关，并有可能使得人类可以控制这些具有致病细菌的潜力而受到重视。人类可以控制这些具有致病细菌的潜力而受到重视。
