發光細菌:發光細菌所屬現代詞，指的是進行生物發光的細菌。多數為海生，與發 -百科知識中文網

發光細菌（lnminescent bacteris.luminousbacteria），進行生物發光的細菌。多數為海生，與發光浮游生物同是引起海面發光的原因。此外，在空氣中，死魚及水產加工食品的表面於暗處也會發光，這種發光現象是海生菌第二次生長繁殖的結果。用加有3％NaCl，1％甘油的普通肉汁蛋白腖培養基可以培養。

生物特性

發光菌形態雖多種多樣，但生理特性卻非常相似。一般對明膠不產生液化，分解蛋白質後不形成毒物，常寄生在各種動物體上引起“發光病”，即寄生髮光。這些細菌通常經由寄主的卵傳遞給後代寄主。有些發光魚類和烏賊是和發光細菌共生而利用了細菌的發光。

明亮發光桿菌（Photobacterium phosphoreum）可在牛馬的死屍和肉中繁殖；它侵入人體則會產生髮光尿。這些細菌一般好低溫，最適溫度約為18℃，37℃以上則不發光。發光現象是酶促氧化反應，必需FM－NH2，O2長鏈飽和醛，蟲螢光素酶等。一般認為FMNH2就是螢光素。發光細菌有一百幾十種，除上述幾種外，典型的還有魚無色桿菌（Achromobac-ter fisheri）、磷光弧菌（Vibrio phosphoresce－ns）、發光桿菌（Bacillus photogenus）等。細菌發光的生物學意義與動物發光不同，還不十分清楚。根據具有可以抑制氯高鐵血紅素呼吸濃度的一氧化碳或氰化物，而不能抑制其氧化過程這點來看，可以把它看作是不參與細胞色素系統的呼吸形式稱為發光呼吸。發光細菌發出青白色光，如魚無色桿菌所發出的光，最大波長為490納米。

常見種類

目前國內常用的3種發光細菌為：明亮發光桿菌、費氏弧菌、青海弧菌。
其中以明亮發光桿菌在 GB/T15441-1995 水質急性毒性的測定發光細菌法中所使用；
費氏弧菌在歐盟的標準中所使用；
青海弧菌是在青海湖的魚體內提取的菌種，屬淡水菌，在測試飲用水時有較大優勢，並已申請凍乾粉製作專利：ZL 97106203.X

分類

發光細菌是一類在正常的生理條件下能夠發射可見螢光的細菌，這種可見螢光波長在450-490nm之間，在黑暗處肉眼可見。目前，全世界已命名的發光細菌有以下幾種：① 屬於異短桿菌屬(Xenorhabdus)的有發光異短桿菌(Xenorhabdus luminescens)；② 屬於發光桿菌屬(Photobacterium)的有明亮發光桿菌(Photosbacterium phosphoreum)和鰒發光桿菌(P．1eiognathi)；③ 屬於希瓦氏菌屬(Shewanella)的有羽田希瓦氏菌(Shezoanella hanedai)，以前也曾經把它歸類為交替單胞菌屬(Alteromonas)的海氏交替單胞菌(Alteromonas hanedia)；④ 屬於弧菌屬(Vibrio)的有哈維氏弧菌(Vibrio harveyi)、美麗弧菌生物型I(V．splendidus biotype I)、費氏弧菌(V．fischeri)、火神弧菌(V．1ogei)和東方弧菌(V．orientalis)。霍亂弧菌(V．cholerae)和地中海弧菌(V．mediterranei)中的某些菌株有發光現象，曾有報導易北河弧菌(V．albensis)有發光現象，後將其重新分類歸人霍亂弧菌(V．cholerae)。另外，我國學者分離到一株淡水發光細菌命名為青海弧菌（V. qinhaiensis），還沒收入伯傑氏細菌手冊。
在以上發光細菌中，異短桿菌和青海弧菌屬於淡水發光細菌，其它都是海洋細菌。發光細菌主要分布於海洋環境中。

發光機理

發光機理的研究表明，不同種類的發光細菌的發光機理是相同的，是由特異性的螢光酶(LE)、還原性的黃素(FMNH2)、八碳以上長鏈脂肪醛(RCHO)、氧分子(02)所參與的複雜反應，大致歷程如下：
FM NH2+LE → FMNH2•LE+ O2 → LE·FM NH2·O2
+ RCH O →LE·FMNH2·O2·RCH0 → LE+ FM N +H2O+RCOOH+光
概括的說就是，細菌生物發光反應是由分子氧作用，胞內螢光酶催化，將還原態的黃素單核苷酸(FMNH2)及長鏈脂肪醛氧化為FMN 及長鏈脂肪酸，同時釋放出最大發光強度在波長為450-490nm處的藍綠光。其中三步反應產生三種中間產物，壽命極短，很難分離出來。
螢光素酶是生物體內催化螢光素或脂肪醛氧化發光的一類酶的總稱，細菌螢光素酶是含α、β兩個多肽亞基的單加氧酶，只有兩個亞基共存時才有活性。從不同海洋細菌中提取到的細菌螢光素酶其分子量差別較小。王安平等分離純化了東方弧菌的螢光酶並對其酶學性質進行了研究，分離得到了兩個分子量分別為44 kD和41 kD的亞基，該酶反應的最佳溫度在l8℃ ，超過25℃酶即迅速失活。

提取

廣闊的海洋是發光細菌生活的大本營，從近海沿岸到南北極；從海水表面到深達1000米的海底都可找到發光細菌，只有少數生活在淡水湖泊河流中；有的寄生於各種海洋動物如海魚的發光器官中；有的獨立生活在海水中，其數量依外界條件的變化而異，據測定夏秋季的海水中每毫升多達幾十到幾百個，發光細菌屬於腸道菌屬，分為十個種四個屬，在我國海洋中也陸續分離到十個種的六種，其中包括我國特有的新種。

發光細菌可以直接從海水中和海魚的體表和內臟中分離，所採用的培養基為：胰蛋白腖0.5%，酵母膏0.5%，甘油0.3%，KH2PO40.1%，Na2HPO40.5%，NaCI3%，瓊脂2%，pH6.5。高壓滅菌後製成平板，將海魚或無脊椎動物（如烏賊）切成3～4cm大小小塊，或取其內臟放入滅菌培養皿中20℃培養12－18小時，在暗室中尋發光點，用接種環挑取發光點，在營養平板上，線培養後形成單個發光菌，再挑取單菌落反覆劃線分離幾次，即可得到純化的發光菌株，將純化的菌株接種入同樣成分的斜面培養基上，經培養12小時後，在4℃下保存，每月轉接一次，可長期保存活力，使用前接種到液體培養基中20℃下振盪培養10－12小時，用磷酸緩衝液稀釋後備用。

國內外一般都用明亮發光桿菌(Photobacterium Phospholcum)作有毒有害物的檢驗，上海華東師範大學已將此菌種製成乾燥粉劑-20℃下可長期保存，使用極為方便。

套用

發光細菌由於其獨特的生理特性，在環境監測中被作為測定環境中毒物的指標。生物發光是某些生物的一種生理現象，海洋生物中更為多見。自1672年R．Boyle觀察到發光的菌體所發出的光易被化學物質抑制後，許多科學家相繼對細菌的發光效應進行了大量的研究。本世紀70年代至80年代初，國外科學家首次從海魚體表分離和篩選出對人體無害，對環境敏感的發光細菌，用於檢測水體生物毒性，現已成為一種簡單、快速的生物毒性檢測手段。80年代初我國引進了這項技術，並先後分離出海水型和淡水型的發光細菌，用以檢測環境污染物的急性生物毒性；近年來還分離出明亮發光桿菌暗變種檢測環境污染物致突變性，擴大了檢測範圍。

發光細菌在正常的生理條件下能發出波長在450～490nm 的藍綠色可見光，在一定的試驗條件下發光強度是恆定的。與外來受試物接觸後，由於毒物具有抑制發光的作用，發光細菌的發光強度即有所改變，變化的程度與受試物的濃度在一定範圍內呈相關關係，同時與該物質的毒性大小有關。外來受試物主要通過下面兩個途徑抑制細菌發光：① 直接抑制參與發光反應的酶類活性；②抑制細胞內與發光反應有關的代謝過程。凡能夠干擾或破壞發光細菌呼吸、生長、新陳代謝等生理過程的任何有毒物質都可以根據發光強度的變化來測定。利用發光細菌來檢測有毒物質，由於有毒物質僅干擾發光細菌的發光系統，發光強度的變化可以用發光光度計測出，費時較少且靈敏度高，操作簡便，結果準確，所以利用發光細菌的發光強度作為指標來監測有毒物質，在國內外越來越受到重視，在環境監測中的套用也越來越廣泛。
近年來，利用發光細菌毒性試驗檢測環境污染物急性毒性備受重視，我國於1995年將這一方法列為環境毒性檢測的標準方法(GB／T15441—1995)。相信這一技術會在我國的環保事業中發揮更大的作用。
利用發光細菌製作生物感測器，是人們研究的熱點之一。發光細菌的發光強度與某些污染物的濃度呈較好的線性關係，能夠穩定、靈敏、快速地反映環境中污染物的濃度變化，因此，利用發光細菌製備識別元件，成為國內外感測器研究和發展的熱點。20世紀80年代初美國Beckman公司推出功能完備的生物毒性測試儀，它具有套用範圍廣，靈敏度高，相關性好，反應速度快等優點，發光細菌毒性測試(Luminescent bacteria toxicitytest，L．B．T．)技術在世界範圍內迅速推廣。細菌能夠穩定、高效、持續發光是其被用做生物敏感材料來製備識別元件的基礎，因此篩選優良的菌種是感測器製作的關鍵之一。海洋發光細菌是海洋環境中的正常微生物，從海洋環境中分離優良的發光細菌菌株是可行的。

朱文杰（華東師範大學）教授帶領北京濱松光子技術股份有限公司的研發團隊，通過多年的潛心研究終於將發光細菌檢測技術國產化，並在四川地震發生後迅速成立了抗震救災小組趕赴災區，同當地疾控中心合作對都江堰周邊地區的飲水點進行採樣普查，收到疾控和衛生監督部門的好評！

基因

發光基因(1ux gene)系統中包括結構基因luxC，D，A，B，E 和調節基因luxI和luxR 等。從不同發光細菌中分離得到的發光基因其種類和數量有所差異，例如luxF僅發現於明亮發光桿菌，但以上五個結構基因luxC，D，A，B，E 是普遍存在於已知的所有發光細菌中的。編碼菌螢光素酶的基因是luxA 和luxB，在lux操縱子中，luxA 和luxB 是緊密相連的。以哈維氏弧菌(Vibrio harveyi)為例，其luxA 基因中含有1065bp，編碼的α亞基是355個胺基酸的多肽，分子量為40kD；luxB基因中含有972bp，編碼的β亞基是有324個胺基酸的多肽，分子量為36kD。由α、β兩亞基組成的螢光酶的分子量為76 kD。編碼脂肪酸還原酶(多肽轉移酶和還原酶)的luxC和luxD位於luxA、luxB基因的上游一側，編碼合成酶的luxE基因位於luxA，luxB基因的下游一側。luxC 含有1431bp，編碼的蛋白質含有477個胺基酸，分子量為55 kD；luxD 編碼的蛋白質分子量為33 kD；luxE編碼的蛋白質分子量為42 kD。在明亮發光桿菌中還發現有luxF基因，它通常位於luxB和luxE之間，其編碼的蛋白質分子量為26 kD 左右，但lux F基因在弧菌屬和異短桿菌屬中的發光基因系統中尚未被發現。在以上所有菌株的操縱子中，這些基因的順序都相同，均為lux CDAB(F)E。
在lux 系統中，結構基因上游有2個調節基因，它們是lux I和luxR。它們分別屬於兩個不同的操縱子之中，lux I在右面的操縱子中，右面的操縱子中還含有lux CDAB(F)E 基因，lux I位於lux C 的上游。lux 系統的整個結構如下：luxR，lux DAB(F)E。lux I編碼的是發光細菌自誘導物(autoinducer)因子合成酶，luxR 編碼的是發光系統的調節蛋白。研究表明，luxI和luxR 基因的表達產物都是lux 系統完整表達並產生髮光的調節物質，任何一個基因的有效突變都會改變lux系統的表達水平，甚至使發光細菌變為暗變種。
發光細菌所含的發光基因(1ux gene)表達的直接結果是產生生物發光，非常直觀而且易於檢測，因而被廣泛套用於基因操作，作為標記(marker)基因和報告(reporter)基因來研究基因的轉導、表達和調控。另外，通過基因工程而產生的很多基因工程發光細菌的研究和套用也很有價值。完整的發光基因系統已經被成功地轉入其他細胞中，如原核細胞、真核細胞和哺乳動物細胞。lux基因可以作為一個很好的標記基因重組在質粒載體或其他載體上。若將發光基因系統中的結構基因放在一個被試的啟動子的下游，一併插入載體DNA中進行轉導實驗，可通過宿主細胞是否發光確定轉導是否成功，並通過宿主細胞的發光強度的高低來確定發光基因的轉錄表達水平和結構基因上游的啟動子的活性大小。另外，還可以用發光基因來研究終止子(terminator)的活性大小，以及研究其他細胞內的某些基因的表達與調控的規律。利用含有lux系統的具有感染力的載體(噬菌體)在感染宿主細胞時能產生生物發光的現象，可以研究其感染的過程和機理

基因工程

基因工程發光細菌是指通過基因工程技術將lux系統導入其他非發光宿主細胞後，形成一類能夠發光的細菌。利用基因工程發光細菌可以快速測定化學物質及環境污染物的毒性，確定生物的存活能力，快速確定環境污染的程度以及進行環境質量的評價。還可以利用基因工程發光細菌進行細菌在土壤和水體中分布的研究等。
lux 基因作為報告基因，用其構建基因工程微生物，通過對光線的檢測可以對微生物在環境中的生長、分布、活性等進行實時線上監測。如利用發光酶基因標記的螢光假單胞菌檢測在小麥根圈的定植動態；跟蹤棉花根圈中的綠針假單胞菌；用發光酶基因標記巨大芽孢桿菌，獲得穩定發光的標記菌株，用於研究其在小麥根際的定殖動態和散布規律等。
某些細菌長期生活在含有某種化學物質的環境中，細菌基因組中含有對該物質具有特異性的誘導基因和降解基因，或具有對該物質的抗性基因。將這些基因與lux 基因融合構成重組體，在特異的化學物質存在時產生誘導作用，啟動誘導基因並導致lux 基因表達，而由重組體的發光與否就可得知某化學物質是否存在。研究者們利用細菌對汞的抗性是依賴於Hg 與merR(汞抗性基因的調節基因)基因產物的結合和表達激活的原理，構建了由merR基因和luxAB基因融合的質粒載體，建立了發光強度與汞含量的關係。該系統靈敏度高而且專一性很強，用這種方法可檢測出環境中納克級的汞。因此，利用這種物質依賴性的基因工程發光細菌在這種特異性物質的存在條件下高水平的表達出生物發光，且發光強度與該物質的劑量呈正相關的特點，可以檢測環境中該物質的存在量。目前，已經構建了汞、砷、苯、萘等物質依賴性的基因工程發光菌，用於環境中此類物質的檢測。發光細菌經過各種理化方法誘變處理後失去發光的能力，成為暗變異株。在接觸致突變物後，暗變異株可恢復一定的發光能力(通常可使暗變異株的發光強度增加1000倍左右)。利用暗變異株恢復發光的現象，可對各種遺傳毒物進行篩選、檢測。此法與其他微生物學方法(如Ames試驗)相比有靈敏、簡便、快速、無需嚴格無菌操作等特點。目前已開發了“Mutatox”的檢測系統，這是繼發光細菌急性毒性檢測的“microtox”之後推出的又一項發光細菌檢測技術。
另外，將lux系統導人某種噬菌體的DNA中，利用噬菌體與其宿主菌之間嚴格的特異性，可以檢測宿主菌的分布、數量以及活性，靈敏度高而且速度很快，為環境微生物檢測提供了一種靈敏有效的方法。