生物发光是某些生物的一种生理现象，海洋生物中更为多见。自1672年R．Boyle观察到发光的菌体所发出的光易被化学物质抑制后，许多科学家相继对细菌的发光效应进行了大量的研究。本世纪70年代至80年代初，国外科学家首次从海鱼体表分离和筛选出对人体无害，对环境敏感的发光细菌，用于检测水体生物毒性，现已成为一种简单、快速的生物毒性检测手段。80年代初我国引进了这项技术，并先后分离出海水型和淡水型的发光细菌，用以检测环境污染物的急性生物毒性；近年来还分离出明亮发光杆菌暗变种检测环境污染物致突变性，扩大了检测范围。
一、发光细菌检测的原理与操作
（一）基本原理
发光菌检测法是以一种非致病的明亮发光杆菌作指示生物，以其发光强度的变化为指标，测定环境中有害有毒物质的生物毒性的一种方法。
细菌的发光过程是菌体内一种新陈代谢的生理过程，是光呼吸进程，是呼吸链上的一个侧支，即菌体是借助活体细胞内具有ATP、萤光素（FMN）和萤光素酶发光的。综合化学反应过程为：
该光波长在490nm左右。这种发光过程极易受到外界条件的影响。凡是干扰或损害细菌呼吸或生理过程的任何因素都能使细菌发光强度发生变化。当有毒有害物质与发光菌接触时，发光强度立即改变，并随着毒物浓度的增加而发光减弱。这种发光强度的变化，可用一种精密测光仪定量地测定。美国Microbics公司设计制造了一套微毒测定仪器。国内中国科学院南京土壤研究所，华东师范大学生物系也分别成功地研制了DXY－2型和SDJ－1型的生物发光光度计（生物毒性测试仪）。
（二）典型操作
1．典型操作方法 目前国内外细菌发光的测定常用的有二种方法。
（1）新鲜发光细菌培养测定法 即将发光菌接种于液体培养基中，在适当条件下（20℃±0.5℃）振荡培养到对数生长期，配制为含3％NaCl盐度的适当浓度的菌悬液加入测试管中，再加入待测液，使之和菌种接触，作用5min～15min后，读出井记录对照管和样品管发光强度。此法操作较为简便。
（2）冷冻干燥发光细菌制剂测定法，把培养到对数生长期的发光细菌，以冷冻干燥法制成冻干粉剂，使用时加入冷的2％NaCl溶液复苏，使其恢复到原来的生理状态和发光水平，然后用于测定。这是国家标准方法，其优点是可实行测定的质量控制。冻干粉可长期保藏方便使用，操作简便，节约时间。
2．试剂与材料
（1）测试菌种 明亮发光杆菌（Ptotobacterium phosphoreum）T3小种。
①新鲜明亮发光杆菌悬浮液。
②或明亮发光杆菌冻干粉（800万Cell／g）。
（2）培养基
①液体培养基 酵母膏5.0g，胰蛋白胨5.0g，NaCl30.0g，Na2HPO45.0g，KH2PO41.0g，甘油3.0g加蒸馏水至1000ml。pH7.0±0.5。
②固体培养基 培养液（按上述配方）1000ml，琼脂169g，pH7.0±0.5。
（3）稀释液 3％NaCl，2％NaCl。
（4）参比毒物 0.02mg／L～0.24mg／L的HgC12系列标准溶液。
（5）仪器与器材
①DXY－2型生物发光光度计（中国科学院南京土壤研究所研制）及2ml或5ml比色管。
②恒温振荡器，培养箱，手提式高压消毒锅。
③10ul或20ul微量加液器，1ml注射器，移液器，容量瓶，三角瓶。
（6）检测样品 视实验目的而定。
二、发光细菌法的应用
根据发光细菌法的原理和方法，凡能干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的环境因子，例如有毒有害的物质等都可以运用发光细菌法检测生物毒性。其主要应用包括：
1．发光细菌对水、土、气中化合物的急性毒性评价及快速评价水源水和地面水的质量，渔业水体，农田灌溉水体等的检测。
2．工业废水，废气和固体废弃物的急性毒性与评价，及污染源的毒性追踪与判断，河流流经地域的排污分担率的估算，污水合格排放的稀释率的推算与评定。
3．土壤重金属急性毒性效应测定和评价，土壤金属毒性的协同或拮抗效应监测。
4．化学品的毒性评价与安全性评定，化学危险品的风险评定，以及环境污染物的致突变性的评价。
5．环境保护处理设施效果的监控。随着环境学科的发展，发光细菌法的应用范围和前景将愈来愈宽广。
三、发光细菌法测定急性毒性的操作程序
（一）发光细菌新鲜菌悬液的制备（第1法）
1．斜面菌种培养 于测定前48h取保存菌种，于新鲜斜面上接出第一代斜面，20℃±0.5℃培养24h后立即转接第二代斜面，20℃±0.5℃培养24h，再接出第三代斜面20℃±0.5℃培养12h后备用。每次接种量不超过一接种耳。
2．摇瓶菌液培养 取第三代斜面菌种近一环，接种于装有50ml培养液的250ml三角瓶内，20℃±0.5℃，184rpm／min下培养12h－14h备用。
3．将培养液稀释至每毫升108个细胞～109个细胞，初始发光度不低于800mV，置水浴中备用。
（二）菌液复苏（第2法）
取冷藏的发光菌冻干粉，置冰浴中，加入0.5ml冷的2％NaCl溶液，充分摇匀，复苏2min，使其具有微微绿光，初始发光度不低于800mV。
（三）样品采集与处理
1．水样
（1）从不同工业废水的各排放口，每4h采样一次，连续采集24h后，均匀混合后备用。
（2）纳污水体 取其入口，中心，出口三个断面混合水样备用。
（3）以同上方法采集清洁水，作空白对照。
浊度大的污水，需静置后取上清液。一般样品不需加任何处理。水样按3％比例投加NaCl置冰箱备用。
2．气体样品 以大气采样法取大气样品于气体吸收液中吸收5ml，按3％比例投加NaCl，置冰箱备用，同法收集清洁空气作为对照组。
3．固体样品 取固体废弃物，按《工业固体废物有害特性试验与监测分析方法》制备浸出液，以取上清液，按3％比例投加NaCl，置冰箱备用。
（四）试验浓度的选择
在预备试验的浓度范围内，按等对数间距或百分浓度取3个～5个试验浓度，同时设空白对照和参比毒物系列浓度组。
（五）发光细菌法生物毒性测定
1．工业废水或有毒物质的生物毒性测定
（1）发光菌悬液初始发光度测定取4.9ml3％NaCl溶液于比色管内，加新鲜发光菌悬液或冻干粉复苏菌悬液10ul，若测量发光度在800mv以上，允许置冰浴中备用。
（2）取已处理待测废水样品，按等对数间距或百分浓度编号，并注明采集点。
（3）按表依次加入稀释液，待测水样及参比毒物系列浓度溶液。
（4）打开生物毒性测试仪电源，预热15min调零点，备用。
（5）每管加入菌悬液0.01ml，准确作用5min或15min，依次测定其发光强度，记录毫伏数。
每个浓度设三管重复。
2．工业废气（或有害气体）的生物毒性测定
（1）气体直接通入法 用注射器直接注入气体于菌悬液中，经10min～20min测定发光菌光强度的变化。
（2）气体吸收法 方法同工业废水测定法。
（3）固体菌落法 挑选固态培养到对数生长期的发光菌单茵落，连同培养基切下，置比色管内，测定初始发光强度，然后用注射器将待测气体注入菌苔表面，经10min～20min后，测定发光度的变化。
（六）实验结果处理与评价
1．记录工业废水，废气的生物毒性实验数据及其计算。
（1）相对发光率或相对抑光率
计算公式：
（2）EC50值 在半对数座标纸上，以横座标为对数浓度，以纵座标为相对抑或发光率，作图，求得EC50值。
2．数据处理与评价
（1）建立相对抑光率与参比毒物系列浓度的回归方程，求出样品的生物毒性相当于参比毒性的水平，以评价待测样品的生物毒性。
（2）以EC50值评定样品的生物毒性水平 总之发光细菌法是检测环境生物毒性的一种好方法，它具有快速、简便、灵敏