热带海洋酵母生物电极在BOD传感器中的应用研究进展

胡锐 张承平

（琼州学院理工学院 海南三亚 572000）

近海养殖业在海洋经济的发展中占有重要地位，但是伴随养殖业的发展也带来了一系列环境污染问题，BOD监测是近海养殖水体污染评价的国标法之一，近年来快速测定BOD的方法的研究在国际上引起了重视。

1 BOD传感器的构造和基本原理

BOD微生物传感器是将微生物电位变化同物理信号转换技术相结合的一种监测系统，其核心元件为工程酶、微生物全细胞、动植物相关组织、医学上的抗原和抗体等功能物质。该传感器具有众多优点，如针对污染源的高选择性、检测结果的高灵敏度、监测过程稳定性好、运行成本低，是目前国内外环境监测领域的研究重点和热点之一。

2 目前近海养殖水体BOD监测领域研究进展

当前，在微生物传感器的研究中应用于生物膜电极构建的微生物菌株有多种：Trosok利用固定化的Saccharomyces cerevisiae用于BOD微生物传感器的生物感应膜的研究[1]；Lehmann M利用酵母菌Arxula adeninovorans[2]；为了进一步提高菌株作为微生物传感器生物膜电位传递的灵敏度和耐受性，Seo KS利用Saccharomyces cerevisiae，Chrzanowski L利用Candidamaltosaz作为生物膜功能菌株[3,4]，但是由于海水盐度高,且海水中BOD浓度低，而上述菌株不是海水BOD检测的专一菌株，因此均存在重复利用率低和BOD最低检出值低等缺陷，并且专门测定海水BOD的自动测定仪器还未成型。

3 海洋酵母菌株构建高灵敏度生物电极应用于BDO传感器研究思路和关键

3.1 海洋酵母菌株构建高灵敏度生物电极应用于BDO传感器研究思路

为了解决上述研究中存在的问题，课题组从三亚近海岸污染严重的水体中分离纯化出了三株极端环境下的海洋酵母目标功能菌株，通过相关微生物学鉴定初步鉴定为Debaryomyceshansenii HXY-09，Pichia guilliermondii HXY-04 和 Candida parapsilosis HXY-06。实验过程中通过特定的工艺流程将上述三株目标功能菌株固定化制备成生物膜电极，安装于相应的物理电极上即可构建成我们进一步课题组实验所需的高灵敏度BOD微生物传感器。

3.2 海洋酵母菌株构建高灵敏度生物电极应用于BDO传感器的构成原理

下图1和图2中所示为课题组实验过程中构建的BOD生物传感系统原理图，将Clark电极内室装入特定的电解质溶液，并且通过一定的固定化作用将筛选的3株目标功能菌株装配于该Clark电极上，通过自动进样器的流量控制来保证待测溶液进入检测室。

图1 热带海洋酵母目标功能菌株构建的BOD生物传感系统示意图

污染水体中的可溶性有机物污染物会使微生物膜电极上固定化的微生物的呼吸作用增强，从而改变水体中溶解的氧分子的含量，因此相应的进入电极表面的速率就会大幅降低，一段时间后恢复稳定状态，上述两种稳定电流之差，是同水体污染中的有机污染物浓度成线性关系的，因此可以在线监测水体污染物中的BOD值。

图2 传感器生物电极原理图

[1]Trosok SP, Driscoll BT, LuongJHT. Mediated microbial biosensorusing a novelyeast strain for wastewater BOD measurement [J]. AppliedBiochemistry Biotechnology, 2001, 56:550-4.

[2]Lehmann M,Chan C,Lo A,Lung M,Tag K,Kunze G,et al.Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans foramicrobial sensor immobilized with poly(carbamoyl)sulfonate(PCS).Part II:application of the novel biosensor to real samples from coastal and island regions.Biosens Bioelectron,1999,14:295-302.

[3]Seo KS,Choo KH,Chang HN,Park JK.A flow injection analysis system with encapsulated high-density Saccharomyces cerevisiae cells for rapid determination ofbiochemicaloxygen demand[J].Applied Biochemistry Biotechnology,2013,83(2):217-23.

[4]Chrzanowski L,Kaczorek E,OlszanowskiA.The ability of Candida maltosa for hydrocarbon and emulsified hydrocarbon degradation[J].Polish Journal of Environmental Studies,2011,15(1):47-51.