[发明专利]一种检测水体中重金属铜的微生物学方法

说明书

本发明提供一种检测重金属铜大肠埃希氏菌工程菌株的制备方法及其检测水体中铜方法的建立。本发明所述工程菌株具备特异、灵敏、快速、廉价、稳定及定量检测水体中铜浓度及其生物有效性的技术特色；本发明所述工程菌株对铜离子的检测线性范围广、灵敏度高，检测线性范围为0.39‑94μM，最低检测限为0.25μM，既适用于对各类污水、生活饮用水、酸性矿山废水和电镀废水等水体中铜的定量检测，也适用于对治理或修复处理过污染铜水体生物毒性大小的评估，因此可与原子吸收光谱法等理化分析法互补分析水体中铜的生物有效性及其总量，从而为客观评价重金属铜的生物毒性大小提供依据。

技术领域

本发明涉及一种检测重金属铜大肠埃希氏菌工程菌株的构建方法及其检测水体中重金属铜的具体实施方案，属于环境生物技术领域。

背景技术

铜(Copper，Cu)作为最常见的重金属元素之一，是生物体新陈代谢必须的微量元素。研究发现过量的铜或铜离子对于所有的生命体都是有毒的，其中人体内铜的过量沉积参与了很多疾病的发生和发展，铜可蓄积于人体重要器官，如肝、肾、脑等，特别是某些患有染色体隐性疾病的人。由于胆汁排泄铜的功能紊乱，铜蓄积于肝，引起肝脏损坏，出现慢性、活动性肝炎症状，如印度儿童肝硬化、Tyrolean婴儿慢性间质性肝炎和Wilson病；当铜蓄积于脑部，可引起神经组织病变，出现小脑运动失常甚至出现帕金森综合症或阿尔茨海默病；当铜沉积在近侧肾小管时，则可引起氨基酸尿、糖尿、蛋白尿、磷酸盐尿和尿酸尿；当铜沉积在眼角膜周围时，在后弹力层上出现铁锈样环，影响眼睛的正常功能；铜过量对男性生殖也存在不利影响。最新研究表明，铜对原核细菌作用靶点主要是一些具有重要功能的铁硫蛋白的铁硫中心。

随着工农业的发展，很多含铜污染物被排放入江河湖泊中，污染土壤、水源甚至是日常食用的粮食蔬菜，比如在金属矿山开采、冶金、金属加工、机械制造、有机合成及其它工业所产生的废水中大多含有铜，其中以金属加工、电镀工厂所排废水中含铜最高，每升废水含铜几十至几百毫克。水体中含铜量达0.01mg/L时对水体自净有明显的抑制作用；超过3mg/L，会产生异味；超过15mg/L，就无法饮用。若用含铜废水灌溉农田，铜在土壤和农作物中积累，会对农作物，特别是对水稻和大麦生长不利，并会污染粮食。还有铜盐的广泛使用，如常见的波尔多液、硫酸铜、氧化铜、王铜、三氯化铜等作为农药会污染蔬菜。人们过多的暴露于高铜的环境以及高铜饮食都是很强的致病因素，给人们的生活和健康造成了巨大的威胁。比如众所周知的紫金山矿业铜污染事件，江西铜业重金属污染事件就是由铜污染引起的。因此，对重金属铜污染的防治已不容忽视，从而对环境中铜的检测尤为重要。

生物有效性(bioavailability)的学术定义最初来源于药物的使用，通常与人体或组织对药物的吸收有关。生物有效性的定义同样适用于环境污染物，其本质在于研究化学物质与生物体的一种潜在的相互作用关系，从而将生物体与周围环境联系起来。重金属生物有效性是指能够被生物体吸收并引起不良反应或影响生物体生存的那一部分形式的重金属，是衡量重金属毒力大小的重要指标。重金属生物有效性与相互联系的化学、物理和生物因素有关，比如pH、吸附重金属物质的浓度、重金属离子的化合价，因此难以明确定义。微生物对保持土壤肥力和水体自净能力是必不可少的，因此研究重金属的生物有效性对环境微生物也是非常重要的。由于不同生物体对重金属的代谢与抗性机制存在差异，因此由一种生物体测定的生物有效性不一定适用于其他生物体。