利用发光菌连续培养进行水质监测的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用发光菌连续培养进行水质监测的方法及装置.
【背景技术】
[0002] 发光细菌是一种能够发光的细菌。其多数为海生，与发光浮游生物同是引起海面 发光的原因。发光菌形态虽多种多样，但生理特性却非常相似。一般对明胶不产生液化，分 解蛋白质后不形成毒物。
[0003] 目前，国内常用的3种发光细菌为：明亮发光杆菌、费氏弧菌、青海弧菌。其中，明 亮发光杆菌是革兰氏阴性菌，可在水质急性毒性的测定中所使用。费氏弧菌是一种生长在 海洋中的革兰氏阴性菌，普遍存在于海洋环境及海洋生物体中，是某些海洋鱼类的致病菌。
[0004] 研宄人员发现当菌群密度达到一定阈值时，费氏弧菌会产生集体发光现象；后来 的研宄表明此生物发光现象是因为其自诱导剂的积累引起的；费氏弧菌通过该自诱导剂进 行相互交流，启动相关基因的表达，从而引起其表型的变化。
[0005] 任何对细胞代谢机制的抑制作用，如各种无机毒物与有机毒物，都会导致其发光 的减少，所以费氏弧菌目前被普遍作为环境测试指标。青海弧菌能持续稳定地发射蓝绿光 (最大发射波长485nm)，一旦遭遇到有毒有害物质，很快会被抑制发光，其发光抑制程度与 所受的有毒有害物质的毒性及浓度有对应关系，且它是一种淡水菌，所以被广泛应用于饮 用水监测中。国际上20世纪八十年代初，开始使用发光菌检测环境水质污染状况。我国于 1995年开始推荐使用海洋发光菌，作为环境水质污染监测的生物学方法之一。
[0006] 上述发光菌常以菌液、菌膜或冻干粉的形式在环境监测中出现。发光细菌毒性检 测法的最大优势的是它可以现场检测，方法快速、准确，操作简便。
[0007] 自1940开始，欧洲就有学者应用发光细菌对大气污染进行毒性检测。1960年代开 始，由于世界对环境问题的日益关注，运用发光细菌毒性检测的报道逐渐增多。1970年代 末，就有学者提出基于明亮发光杆菌、费氏弧菌的生物急性毒性检测法，此后该方法被广泛 应用。我国对发光细菌这方面的研宄也较早，朱文杰等人于1985年首次发现一种能够在淡 水湖里生长的发光细菌，经过多年的研宄将它命名为青海弧菌，并将该菌推广应用。20世纪 90年代我国提出了基于明亮发光杆菌的水质毒性检测国家标准，此后发细菌的应用领域逐 渐扩大。
[0008] 但现在进行现场检测污染物毒性时，多数使用的是冻干粉复苏后的菌液，而市场 上发光菌冻干粉价格昂贵、不同批次的活性存在差异，限制了它在在线检测中的应用。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种利用发光菌连续培养进行水质监测的方法及装置，以克 服有技术的不足。
[0010] 所述的利用发光菌连续培养进行水质监测的装置，包括发光菌培养系统、反应系 统和检测系统； toon] 所述的发光菌培养系统包括设有搅拌装置的发酵罐、废液槽和补料槽；
[0012] 所述的发酵罐的进液口通过补料泵与补料槽相连接，排液口通过排液泵与废液槽 相连接，采样口通过采样泵与反应系统的入口相连接，反应系统的出口与废液槽（相连接； 所述的检测系统包裹在所述的反应系统四周。
[0013] 采用上述装置，利用发光菌连续培养进行水质监测的方法，包括如下步骤：
[0014] (1)将冻存的明亮发光杆菌接种到含有初始培养基的发酵罐中培养；
[0015] (2)然后加入补充培养基，进行连续培养，同时连续的排出含有明亮发光杆菌的菌 液，补充培养基的体积量与排出的含有明亮发光杆菌的菌液相等；
[0016] (3)将步骤（2)获得的含有明亮发光杆菌的菌液连续的送入反应系统，同时向反 应系统内连续的加入水质样本，通过检测系统检测发光强度，即可获得水质样本的水质数 据；
[0017] (3)检测结束后，由冲洗系统将反应试管内的废液清除并润洗反应管，并可进行下 一次的检测。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明的水质急性毒性在线监测装置结构简单，成本低廉，操作方便，维护简单； 本方法能实现水质连续自动化急性毒性监测，而且灵敏度与国标的发光细菌法相当，极大 的简化监测步骤。使用本装置和方法可为大型湖泊河流提供浮标式在线连续监测，为突发 环境事故提供预警及时的采取相应措施，可以极大减少损失，保障水质安全。
【附图说明】
[0020] 图1为装置示意图。
[0021] 图2为连续培养菌液对硫酸锌的响应曲线。
[0022] 图3为培养的菌液的活性示意图。
[0023] 图4为连续培养菌液对苯酚的响应曲线。
【具体实施方式】
[0024] 参见图1，所述的利用发光菌连续培养进行水质监测的装置，包括发光菌培养系 统、反应系统2和检测系统3 ;
[0025] 所述的发光菌培养系统包括：
[0026] 设有搅拌装置102的发酵罐101、废液槽103和补料槽104 ;
[0027] 所述的发酵罐101为密闭容器，进液口 107通过补料泵105与补料槽104相连接， 排液口 108通过排液泵106与废液槽103相连接，采样口 109通过采样泵110与反应系统 2的入口相连接，反应系统的出口与废液槽103相连接；
[0028] 优选的，所述的反应系统2为U型反应管；
[0029] 所述的检测系统3包裹在反应系统2四周，优选的，所述的检测系统3为由光敏元 件构成的发光度检测仪，包裹在所述的U型反应管四周，工作时，使U型反应管处于暗室中 检测其发光强度，并转为数字信号显示；
[0030] 优选的，还包括冲洗系统，所述的冲洗系统包括串连连接的冲洗泵401、冲洗液槽 402和冲洗枪403，所述的冲洗枪403与反应系统的入口相连接，检测系统测定样品完成后， 由冲洗系统对反应系统进行冲洗，清洗液进入废液槽。
[0031] 采用上述装置，利用明亮发光杆菌连续培养进行水质监测的方法，包括如下步 骤：
[0032] (1)将冻存的明亮发光杆菌接种到含有初始培养基的发酵罐101中，接种量为1~ 2%，温度为16~22°C、转速为100~220r/min下培养10~20小时；
[0033] 接种量2%指的是接入培养基的菌液（菌液内菌体处于对数增长期）体积为培养 基体积的2% ;
[0034] (2)然后加入补充培养基，进行连续培养，同时连续的排出含有明亮发光杆菌的菌 液，补充培养基的体积量与排出的含有明亮发光杆菌的菌液相等；
[0035] 发酵罐101转速为100~220r/min，温度为16~22°C ;
[0036] 补料速度取稀释度D = 0. 08~0. 121Γ1，优选0.1 tT1。
[0037] D = F/V(补料流速除以罐体积），表示单位体积培养液的流速，用稀释率D来描 述，它表示的是罐体内物料的更新程度。1/D表示物料在罐内的停留时间。大概相当于一天 左右时间补入与罐内体积相等的培养基。
[0038] 初始培养基和补充培养基的组分均为：
[0039]
【主权项】
1. 利用发光菌连续培养进行水质监测的装置，其特征在于，包括发光菌培养系统、反应 系统似和检测系统（3); 所述的发光菌培养系统包括设有揽拌装置（102)的发酵罐（101)、废液槽（103)和补料 槽（104); 所述的发酵罐的进液口（107)通过补料累（105)与补料槽（104)相连接，排液口（108) 通过排液累（106)与废液槽（103)相连接，采样口（109)通过采样累（110)与反应系统（2) 的入口相连接，反应系统的出口与废液槽（103)相连接； 所述的检测系统（3)包裹在所述的反应系统（2)四周。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括冲洗系统，所述的冲洗系统包括串 连连接的冲洗累（401)、冲洗液槽（402)和冲洗枪（403)，所述的冲洗枪（403)与反应系统 的入口相连接。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的反应系统为U型反应管。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的检测系统（3)为由光敏元件构成的 发光度检测仪，包裹在所述的U型反应管四周。
5. 采用权利要求1~4任一项所述的装置，利用明亮发光杆菌连续培养进行水质监测 的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将冻存的明亮发光杆菌接种到含有初始培养基的发酵罐101中，接种量为1~ 2%，温度为16~22°C、转速为100~22化/min下培养10~20小时； (2) 然后加入补充培养基，进行连续培养，同时连续的排出含有明亮发光杆菌的菌液， 补充培养基的体积量与排出的含有明亮发光杆菌的菌液相等； (3) 将步骤（2)获得的含有明亮发光杆菌的菌液连续的送入反应系统，同时向反应系 统内连续的加入水质样本，通过检测系统检测发光强度，即可获得水质样本的水质数据。 (3)检测结束后，由冲洗系统将反应试管内的废液清除并润洗反应管，并可进行下一次 的检测。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（2)中，发酵罐101转速为100~ 220r/min，温度为16~22°C，补料速度取稀释度D= 0. 08~0. 12h-i。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，初始培养基和补充培养基的组分均为： 酵母粉（Oxoid) 5.0g 膜蛋白腺(Oxoid) 50g Na2HP〇4 5Og KH2PO4 l.Og NaCl 3 化Og 甘油 3.0g 山离了水 lOOOg。
【专利摘要】本发明公开了一种利用发光菌连续培养进行水质监测的方法及装置，所述的装置，包括发光菌培养系统、反应系统和检测系统；所述的发光菌培养系统包括设有搅拌装置的发酵罐、废液槽和补料槽；所述的发酵罐的进液口通过补料泵与补料槽相连接，排液口通过排液泵与废液槽相连接，采样口通过采样泵与反应系统的入口相连接，反应系统的出口与废液槽相连接；所述的检测系统包裹在所述的反应系统四周。本发明的装置结构简单，成本低廉，操作方便，维护简单，能实现水质连续自动化急性毒性监测，而且灵敏度与国标的发光细菌法相当，极大的简化监测步骤。能够为突发环境事故提供预警及时的采取相应措施，保障水质安全。
【IPC分类】G01N21-76
【公开号】CN104792770
【申请号】CN201510173288
【发明人】冯耀宇, 苏嘉缘, 李佩, 孟芹, 胡越, 蒋媛媛
【申请人】华东理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月13日