海洋發(fā)光細(xì)菌和淡水發(fā)光菌
發(fā)光細(xì)菌作為毒性檢測的生物學(xué)方法,因其簡便、快速、靈敏且成本較低而日益受到重視。本試驗(yàn)項(xiàng)目推薦兩個(gè)方法。一為國家環(huán)境保護(hù)局于1995年發(fā)布的發(fā)光細(xì)菌法(GB/T15441-1995),采用的是海洋發(fā)光細(xì)菌菌種;二為淡水發(fā)光菌法,采用的是淡水型發(fā)光菌種。
明亮發(fā)光桿菌T3法(A)
本方法適用工業(yè)廢水、納污水體及實(shí)驗(yàn)室條件下,可溶性化學(xué)物質(zhì)的水質(zhì)急性毒性監(jiān)測。
1.原理
基于發(fā)光細(xì)菌相對發(fā)光度與水樣毒性組分總濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(P≤0.05),因而可通過生物發(fā)光光度計(jì)測定水樣的相對發(fā)光度,以此表示其急性水平。
水質(zhì)急性毒性水平可按選用相當(dāng)?shù)膮⒈任?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度(以mg/L為單位)來表征,或選用EC50值(半數(shù)有效濃度,以樣品液百分濃度為單位)來表征。
2.樣品的采集與保存
①采樣瓶使用聚四氟乙烯襯墊的玻璃瓶,務(wù)必清潔、干燥。采集水樣時(shí),瓶內(nèi)應(yīng)充滿水樣不留空氣。采樣后,用塑膠帶將瓶口密封。
②毒性測定應(yīng)在采樣后6h內(nèi)進(jìn)行。否則應(yīng)在生化培養(yǎng)箱2-5℃下保存樣品,但不得超過24h。報(bào)告中應(yīng)寫明水樣采集時(shí)間和測定時(shí)間。
③對于含固體懸浮物的樣品須離心或過濾去除,以免干擾測定。
3.儀器設(shè)備
①生物發(fā)光光度計(jì):配置2ml或5ml測試管。
當(dāng) HgCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.10mg/L時(shí),發(fā)光細(xì)菌的相對發(fā)光度為50%,其誤差不超過±10%。
②2ml或5ml測試樣品管(具標(biāo)準(zhǔn)磨口塞,為制造比色管的玻璃料制作,由專業(yè)玻璃儀器廠制造),分別適用于相應(yīng)型號的生物發(fā)光光度計(jì)。
③微量注射器:10μl。
④注射器:lml。
⑤定量加液瓶:5ml。
⑥吸管:2ml、10m1、25ml。
⑦試劑瓶:l00ml。
⑧量筒:100ml,500ml。
⑨棕色容量瓶:50ml、250ml、1000ml。
⑩半微量滴定管(配磨口試液瓶,全套儀器均為棕色):l0ml。
4.試劑和材料
除另有說明外,本方法所用試劑均應(yīng)為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑、蒸餾水或同等純度的水。
① HgCl2。
②氯化鈉NaCl,化學(xué)純。
③明亮發(fā)光桿菌T3小種(PhotobacteriumphosphoreumT3spp.)凍干粉,安瓶瓶包裝,每瓶0.5g,在2-5℃冰箱內(nèi)有效保存期為6個(gè)月。新制備的發(fā)光細(xì)菌休眠細(xì)胞(凍干粉)密度不低于每克800萬個(gè)細(xì)胞;當(dāng)按5(3)④步驟將凍干粉復(fù)蘇2min后即發(fā)光(可在暗室內(nèi)檢驗(yàn),肉眼應(yīng)見微光),稀釋成工作液后每毫升菌液不低于1.6萬個(gè)細(xì)胞((5ml測試管)或2萬個(gè)細(xì)胞(2ml測試管)(均為稀釋平板法測定)。在生物發(fā)光光度計(jì)上測出的初始發(fā)光量應(yīng)在600-1900mV之間,低于600mV允許將倍率調(diào)至“×2”檔,高于1900mV允許將倍率調(diào)整至“×0.5”檔。仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)者,更換凍干粉。
④氯化鈉溶液,3g/100m1:取氯化鈉3g于玻璃容器內(nèi),用量筒加蒸餾水l00ml。
⑤氯化鈉溶液,2g/l00ml取氯化鈉2g,加蒸餾水l00ml于試劑瓶內(nèi),2-5℃保存。
⑥參比物 HgCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液:0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.18、0.20、0.22、0.24mg/L。
⑦ HgCl2母液,ρ=2000mg/L:1/萬分析天平精稱密封保存良好的無結(jié)晶水 HgCl20.1000g于50ml容量瓶中,用3g/100m1氯化鈉溶液稀釋至刻度,置2-5℃冰箱備用,保存期6個(gè)月。
⑧ HgCl2工作液,ρ=2mg/L:用移液管吸 HgCl22000mg/L母液l0ml于l000ml容量瓶中,用3g/l00ml氯化鈉溶液定容。再用移液管吸取 HgCl220mg/L液25ml于250m1容量瓶中,用3g/l00m]氯化鈉溶液定容。將此液倒入配有半微量滴定管的試液瓶,然后用3g/l00ml氯化鈉溶液,將 HgCl22mg/L溶液按表5-3-6稀釋成系列濃度(一律采用50ml容量瓶)。 HgCl2工作液保存期不能超過24h,超過者務(wù)必重配。
5.試驗(yàn)程序
(1)稀釋樣品液
①樣品液測定前稀釋的條件:
樣品液預(yù)試驗(yàn):取事先加氯化鈉至3g/l00ml濃度的樣品母液2m1裝入樣品管,并設(shè)一支CK管(氯化鈉3g/100m1溶液),按4②一③所述測定相對發(fā)光度。
若測得的樣品,相對發(fā)光度低于50%乃至零,欲以EC50表達(dá)結(jié)果,則需稀釋。
若測得的樣品,相對發(fā)光度在1%以上,欲以與相對發(fā)光度相當(dāng)?shù)?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度表達(dá)結(jié)果,則不需稀釋。
②樣品液的稀釋液:樣品液的稀釋液一律用蒸餾水,在定容前一律按構(gòu)成氯化鈉3g/100ml的濃度添加氯化鈉或濃溶液(母液只能加固體)。
③樣品液稀釋濃度的選擇:
預(yù)試驗(yàn):按對數(shù)系列將樣品液稀釋成五個(gè)濃度:100%、10%、1%、0.1%、0.01%(其對數(shù)依次為0、-1、-2、-3、-4),按5(2)和5(3)所述粗測一遍,視1%-100%相對發(fā)光度落在哪一濃度范圍。
正式試驗(yàn):在1%-100%相對發(fā)光度所落在的濃度范圍內(nèi)增配到6-9個(gè)濃度(例如,若落在0.1%-10%之間,則應(yīng)稀釋成0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%、2.5%、5%、7.5%、10%;若落在1%-10%之間,則應(yīng)稀釋成1%、2%、4%、6%、8%、10%),按5(2)-(3)所述再測一遍;這6-9個(gè)濃度,也可通過查對數(shù)表,按等對數(shù)間距原則自行確定(例如,若落在1%-10%之間,則應(yīng)稀釋成10%、6.31%、3.98%、2.51%、1.58%、1.00%其對數(shù)相應(yīng)為1.00、0.80、0.60、0.40、0.20、0.00,對數(shù)間距均為0.2)。
(2)測定條件
①室溫:20-25℃。
同一批樣品在測定過程中要求溫度波動不超過±1℃,且所有測試器皿及試劑、溶液測前1h均置于控溫的測試室內(nèi)。
②pH:若需測定包括pH影響在內(nèi)的急性毒性,不應(yīng)調(diào)節(jié)待測樣品pH。
若需測定排除pH影響在內(nèi)的急性毒性,需在測定前將待測樣品和CK(氯化鈉3g/100m1)的pH調(diào)至下值:主要含Cu的水樣為4.5,主要含其他金屬的水樣為5.4,主要含有機(jī)化合物的水樣為7.0。
③溶解氧:本法只能測定包括溶解氧影響在內(nèi)的急性毒性。
(3)測定步驟
①試管的排列:于塑料或鐵制試管架上按以下兩種情況排列測試管。
a.按5(1)①所述,樣品母液相對發(fā)光度為1%以上者,如下排列:
左側(cè)放參比物 HgCl2系列濃度溶液管,右側(cè)放樣品管。前排放 HgCl2溶液和樣品管,后一排放對照(CK)管,后二排放CK預(yù)試驗(yàn)管。每管 HgCl2或樣品液均配一管CK(氯化鈉3g/100m1蒸餾水溶液)。設(shè)三次重復(fù)。每測一批樣品,均需同時(shí)配置測定系列濃度 HgCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液。
b.按5(1)①所述,樣品母液相對發(fā)光度為50%以下乃至零者,如下排列:
左側(cè)僅放 HgCl20.10mg/L溶液管(作為檢驗(yàn)發(fā)光細(xì)菌活性是否正常的參比物濃度,其反應(yīng)15min后的相對發(fā)光度應(yīng)在50%左右),右側(cè)放樣品稀釋液管(從低濃度到高濃度依次排列)。其他同a。每測一批樣品,均需同時(shí)配測 HgCl20.10mg/L溶液。
②加3g/l00ml氯化鈉溶液:用5ml的定量加液瓶給每支CK管加2m1或5ml氯化鈉3g/l00ml(據(jù)儀器型號而定)。
③加樣品液:用2ml或5ml吸管給每支樣品管加2ml或5ml樣品液(據(jù)5(3)②而定)。每個(gè)樣品號換一支吸管。
④發(fā)光細(xì)菌凍干菌劑復(fù)蘇
從冰箱冷藏室2-5℃取出含有0.5g發(fā)光細(xì)菌凍干粉的安瓿瓶和氯化鈉溶液,投入置有冰塊1-1.5L保溫瓶,用lml注射器吸取0.5m1冷的氯化鈉2g/l00m1(適用于5ml測試管)或lml冷的2.5%氯化鈉(適用于2m1測試管)注入已開口的凍干粉安瓿瓶,務(wù)必充分混勻。2min后菌即復(fù)蘇發(fā)光(可在暗室內(nèi)檢驗(yàn),肉眼應(yīng)見微光)。備用。
⑤儀器的預(yù)熱和調(diào)零:打開生物發(fā)光光度計(jì)電源,預(yù)熱15min,調(diào)零,備用。
⑧檢驗(yàn)復(fù)蘇發(fā)光細(xì)菌凍千粉質(zhì)量:另取一空2m1或5ml測試管加2m1或5ml氯化鈉3g/100ml(據(jù)5(3)②而定),加10μ1復(fù)發(fā)光菌液,蓋上瓶塞,用手顛倒五次以達(dá)均勻。拔去瓶塞,將該管放入各自型號儀器測試艙內(nèi),若發(fā)光量立即顯示(或經(jīng)過5-l0min上升到)600mV以上,此瓶凍干粉可用于測試,低于者按4③處理。菌液發(fā)光量先緩慢上升,約持續(xù)5-15min,后緩慢下降,約持續(xù)4h。滿4h的CK發(fā)光量應(yīng)不低于400mV,低于者更換凍干粉。
⑦給各測試管加復(fù)蘇菌液:在發(fā)光菌液復(fù)蘇穩(wěn)定(約0.5h)后,按5(3)所述,從左到右,按 HgCl2或樣品管(前)-CK管(后)一 HgCl2或樣品管(前)-CK管(后)…順序,用10μl微量注射器(勿用定量加液器以減少誤差)準(zhǔn)確吸取10μl復(fù)蘇菌液,逐一加入各管,蓋上瓶塞,用手顛倒五次,拔去瓶塞,放回原位(每管加菌液間隔時(shí)間勿短于30s。每管在加菌液的當(dāng)時(shí)務(wù)必計(jì)時(shí),記錄到秒,即為樣品與發(fā)光菌反應(yīng)起始時(shí)間。立即將此時(shí)間加15min,記作各管反應(yīng)終止(即應(yīng)該讀發(fā)光量)的時(shí)間。
⑧發(fā)光細(xì)菌與樣品反應(yīng)達(dá)到終止時(shí)間的讀數(shù):按各管原來加菌液的先后順序,當(dāng)某管達(dá)到記錄的反應(yīng)終止時(shí)間,在不加瓶塞的情況下,立即將測試管放入儀器測試艙,讀出其發(fā)光量(以光信號轉(zhuǎn)化的電信號一電壓毫伏數(shù)表示)。
⑨有色樣品測定干擾的校正:
a.拿掉儀器樣品艙上的黑色塑料管口;
b.取-2m1測試管(直徑12mm),加氯化鈉3g/ml溶液2m1,將該管放進(jìn)一裝有少量氯化鈉3g/100m1溶液的5ml管(直徑20mm)內(nèi),要使外管與內(nèi)管的氯化鈉3g/l00ml液面平齊。此作CK管;
c.另取一2ml測試管,加氯化鈉3g/ml溶液2ml,放入另一裝有少量有色待測樣品液的5ml管內(nèi),要使外管與內(nèi)管的氯化鈉3g/ml液面平齊。此作CKc管;
d.于CK和CKc二管的內(nèi)管中同時(shí)加復(fù)蘇發(fā)光菌液10μ1(注意:必須是本批樣品測
定所用同一瓶復(fù)蘇菌液),立即記時(shí)到秒,等反應(yīng)滿15min,迅速放入儀器測試艙,測定兩支帶有內(nèi)管的5ml測試管的發(fā)光量。分別記下發(fā)光量Ll(CK管)和L2(CKc管);
e.計(jì)算因顏色引起的發(fā)光量(mV)校正值ΔL=L1一L2;
f.按5(3)⑦和5(3)⑧所述常規(guī)步驟測試帶色樣品管及其CK管(氯化鈉3g/l00ml溶液)的發(fā)光量(mV)。所有CK管測得之發(fā)光量(mV)均須減去校正值ΔL(mV)后才能作為CK發(fā)光量(mV)。
有色樣品溶液測定干擾的校。
6.質(zhì)量保證與質(zhì)量控制
①每支發(fā)光菌的發(fā)光強(qiáng)度和穩(wěn)定性不盡相同,同批樣品測定過程中應(yīng)使用同一支發(fā)光菌,如果需做 HgCl2標(biāo)準(zhǔn)曲線,也應(yīng)與樣品使用同一支發(fā)光菌。如果一支不夠用,可采用同批的兩支混合后使用。
②上一般通用反應(yīng)時(shí)間為5min或15min兩種,鑒于我國目前所用發(fā)光桿菌的靈敏度和穩(wěn)定性,采用15min。
③三次重復(fù)測定結(jié)果相對偏差確定為≤1%。
④測定應(yīng)在采集樣品后立即進(jìn)行,在6h內(nèi)不能測定應(yīng)低溫保存,但不得超過24h。
⑤關(guān)于樣品如何稀釋的問題,一般根據(jù)樣品毒性大小決定,但是在試驗(yàn)中至少要選擇六個(gè)不同濃度。如果六個(gè)濃度的相對發(fā)光度在1%-100%之外,可增配若干個(gè)濃度,使之落在1%-100%相對發(fā)光度范圍內(nèi),以求相關(guān)方程。
⑥如果樣品濃度為MAX高極限濃度(即100%)時(shí),其相對發(fā)光率都不能使發(fā)光強(qiáng)度減少50%,則對樣品的EC50值只能示為>100%。
⑦鑒于發(fā)光細(xì)菌法實(shí)驗(yàn)因素的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定誤差。在評價(jià)毒物的劑量一效應(yīng)關(guān)系時(shí),應(yīng)確定95%置信區(qū)間,即T=a+bC±2SE(SE為剩余標(biāo)準(zhǔn)差),以此求出的EC50也有一定的區(qū)間,可根據(jù)這些結(jié)果確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性,就大多數(shù)而言,一般EC50值的變異系數(shù)在6%-10%。
7.測試結(jié)果的表達(dá)
1)計(jì)算樣品相對發(fā)光度(%),并算出平均值:
相對發(fā)光度(%)= HgCl2管或樣品管發(fā)光量(mV)/CK管發(fā)光量(mV)×100
相對發(fā)光度(%)平均值=(重復(fù)1)(%)+(重復(fù)2)(%)+(重復(fù)3)(%)/3
2)符合5(1)①中樣品母液相對發(fā)光度在1%以上者,建立并檢驗(yàn) HgCl2濃度(C)與其相對發(fā)光度(T,%)均值的相關(guān)方程,也可以繪制關(guān)系曲線。
①求出一元一次線性回歸方程的a(截距)、b(斜率、回歸系數(shù))和r(相關(guān)系數(shù)),列出方程:
T=a+bC HgCl2
查相關(guān)系數(shù)顯著水平(P值)表,檢驗(yàn)所求r值的顯著水平。若P≤0.01,且EC50 HgCl2=0.lomg/L±0.02mg/L,則所求相關(guān)方程成立;反之,不能成立,必須重測系列 HgCl2濃度的發(fā)光量。 HgCl2溶液配制過夜者,必須重配后再測定。
②也可以據(jù)建立的上述方程繪制關(guān)系曲線。即發(fā)光度為10%和90%,代入上式,求出相應(yīng)的二個(gè) HgCl2濃度,在常數(shù)坐標(biāo)紙上,定出二點(diǎn),畫一直線,即為符合該方程的 HgCl2濃度與相對發(fā)光度的關(guān)系曲線。
3)符合5(1)①中樣品母液相對發(fā)光度低于50%乃至零,欲以EC50表示結(jié)果者,建立并檢驗(yàn)樣品稀釋濃度(C)與其相對發(fā)光度(T)均值的相關(guān)方程,繪制關(guān)系曲線。
按7之2)所述方法建立相關(guān)方程T=a+bC樣,并檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)r、顯著水平(P值)。
若P≤0.05,則所求相關(guān)方程成立;反之,不能成立,必須重測樣品稀釋系列濃度的發(fā)光量。
8.結(jié)果評價(jià)和報(bào)告
(1)用 HgCl2濃度表達(dá)樣品毒性
1)適用的條件:符合條件(樣品母液相對發(fā)光度>1%)并按7之2)建立了合格((P≤0.01、EC50 HgCl2=0.10mg/L±0.02mg/L)的 HgCl2濃度與其相對發(fā)光度相關(guān)方程者。
2)表達(dá)方法:
①將測得的樣品相對發(fā)光度,代入7之2)的相關(guān)方程,求出與樣品急性毒性相當(dāng)?shù)?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度(一般用mg/L)表示。
②測試結(jié)果報(bào)告同時(shí)列舉樣品相對發(fā)光度及其相當(dāng)?shù)?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度值。
3)適用性:適用于相對發(fā)光度在1%以上,特別是50%以上(即不可能出現(xiàn)EC50值)但低于100%(即仍有中、低水平毒性)的樣品毒性測定。
(2)用EC50值表達(dá)樣品毒性
1)適用的條件:符合條件(樣品母液相對發(fā)光度低于50%乃至零)并按7之3)建立了合格(P≤0.01)的樣品稀釋液濃度與其相對發(fā)光度相關(guān)方程者。
2)表達(dá)方法:
①將T代入7之3)建立的相關(guān)方程,求出樣品的EC50值。這里的EC50值以樣品的稀釋濃度(一般用百分濃度)表示。
②測試結(jié)果報(bào)告列舉樣品的EC50值。
3)適用性:適用于相對發(fā)光度在50%以下,特別是零(即毒性水平較高或很高)的樣品毒性測定,后者無法以相當(dāng)?shù)?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度表達(dá)毒性。
(3)測定記錄格式
(4)測定結(jié)果報(bào)告
①實(shí)驗(yàn)室室溫。
②采樣地點(diǎn)、日期、時(shí)間。
③ HgCl2濃度或樣品稀釋百分濃度與相對發(fā)光度的相關(guān)方程:
T=a+bC
r= P≤ EC50 HgCl2= mg/L
L=a+bC a= b=
回歸方程 r= P<
④樣品EC50值(稀釋百分濃度)或相對發(fā)光度(%)及相當(dāng)?shù)?span style="font-family:arial"> HgCl2濃度(mg/L)。