胡銳 張承平

（瓊州學(xué)院理工學(xué)院 海南三亞 572000）

近海養(yǎng)殖業(yè)在海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占有重要地位，但是伴隨養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也帶來(lái)了一系列環(huán)境污染問(wèn)題，BOD監(jiān)測(cè)是近海養(yǎng)殖水體污染評(píng)價(jià)的國(guó)標(biāo)法之一，近年來(lái)快速測(cè)定BOD的方法的研究在國(guó)際上引起了重視。

1 BOD傳感器的構(gòu)造和基本原理

BOD微生物傳感器是將微生物電位變化同物理信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其核心元件為工程酶、微生物全細(xì)胞、動(dòng)植物相關(guān)組織、醫(yī)學(xué)上的抗原和抗體等功能物質(zhì)。該傳感器具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如針對(duì)污染源的高選擇性、檢測(cè)結(jié)果的高靈敏度、監(jiān)測(cè)過(guò)程穩(wěn)定性好、運(yùn)行成本低，是目前國(guó)內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。

2 目前近海養(yǎng)殖水體BOD監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究進(jìn)展

當(dāng)前，在微生物傳感器的研究中應(yīng)用于生物膜電極構(gòu)建的微生物菌株有多種：Trosok利用固定化的Saccharomyces cerevisiae用于BOD微生物傳感器的生物感應(yīng)膜的研究[1]；Lehmann M利用酵母菌Arxula adeninovorans[2]；為了進(jìn)一步提高菌株作為微生物傳感器生物膜電位傳遞的靈敏度和耐受性，Seo KS利用Saccharomyces cerevisiae，Chrzanowski L利用Candidamaltosaz作為生物膜功能菌株[3,4]，但是由于海水鹽度高,且海水中BOD濃度低，而上述菌株不是海水BOD檢測(cè)的專(zhuān)一菌株，因此均存在重復(fù)利用率低和BOD最低檢出值低等缺陷，并且專(zhuān)門(mén)測(cè)定海水BOD的自動(dòng)測(cè)定儀器還未成型。

3 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器研究思路和關(guān)鍵

3.1 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器研究思路

為了解決上述研究中存在的問(wèn)題，課題組從三亞近海岸污染嚴(yán)重的水體中分離純化出了三株極端環(huán)境下的海洋酵母目標(biāo)功能菌株，通過(guò)相關(guān)微生物學(xué)鑒定初步鑒定為Debaryomyceshansenii HXY-09，Pichia guilliermondii HXY-04 和 Candida parapsilosis HXY-06。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)特定的工藝流程將上述三株目標(biāo)功能菌株固定化制備成生物膜電極，安裝于相應(yīng)的物理電極上即可構(gòu)建成我們進(jìn)一步課題組實(shí)驗(yàn)所需的高靈敏度BOD微生物傳感器。

3.2 海洋酵母菌株構(gòu)建高靈敏度生物電極應(yīng)用于BDO傳感器的構(gòu)成原理

下圖1和圖2中所示為課題組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中構(gòu)建的BOD生物傳感系統(tǒng)原理圖，將Clark電極內(nèi)室裝入特定的電解質(zhì)溶液，并且通過(guò)一定的固定化作用將篩選的3株目標(biāo)功能菌株裝配于該Clark電極上，通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器的流量控制來(lái)保證待測(cè)溶液進(jìn)入檢測(cè)室。

圖1 熱帶海洋酵母目標(biāo)功能菌株構(gòu)建的BOD生物傳感系統(tǒng)示意圖

污染水體中的可溶性有機(jī)物污染物會(huì)使微生物膜電極上固定化的微生物的呼吸作用增強(qiáng)，從而改變水體中溶解的氧分子的含量，因此相應(yīng)的進(jìn)入電極表面的速率就會(huì)大幅降低，一段時(shí)間后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，上述兩種穩(wěn)定電流之差，是同水體污染中的有機(jī)污染物濃度成線性關(guān)系的，因此可以在線監(jiān)測(cè)水體污染物中的BOD值。

圖2 傳感器生物電極原理圖

[1]Trosok SP, Driscoll BT, LuongJHT. Mediated microbial biosensorusing a novelyeast strain for wastewater BOD measurement [J]. AppliedBiochemistry Biotechnology, 2001, 56:550-4.

[2]Lehmann M,Chan C,Lo A,Lung M,Tag K,Kunze G,et al.Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans foramicrobial sensor immobilized with poly(carbamoyl)sulfonate(PCS).Part II:application of the novel biosensor to real samples from coastal and island regions.Biosens Bioelectron,1999,14:295-302.

[3]Seo KS,Choo KH,Chang HN,Park JK.A flow injection analysis system with encapsulated high-density Saccharomyces cerevisiae cells for rapid determination ofbiochemicaloxygen demand[J].Applied Biochemistry Biotechnology,2013,83(2):217-23.

[4]Chrzanowski L,Kaczorek E,OlszanowskiA.The ability of Candida maltosa for hydrocarbon and emulsified hydrocarbon degradation[J].Polish Journal of Environmental Studies,2011,15(1):47-51.