[发明专利]检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器及其构建与应用

说明书

本发明公开一种检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器及其构建与应用。本发明的操作对象为大肠杆菌，无致病风险，操作简单易行。利用SRRz裂解基因作为报告元件，导致微生物菌体裂解，菌液浑浊度明显发生改变，既可通过可见光分光光度计检测，也可通过肉眼直接观察获得结果；且响应迅速，从接触样品到获得结果，仅需30～60min。利用X‑gal对释放到胞外的β‑半乳糖苷酶进行检测，操作简便。应用无需使用到昂贵的仪器，大大减小了检测成本，并使现场检测成为可能。利用含有oNPG的显色凝胶对胞外β‑半乳糖苷酶酶活进行准确定量，检出限低，检测结果准确。本发明为日常重金属污染检测和突发重金属污染检测提供技术支持。

技术领域

本发明属于环境生物技术领域，特别涉及一种高灵敏检测水溶性样品中重金属离子(二价汞离子或铅离子)的全细胞生物传感器及其构建与应用。

背景技术

随着工业的发展，重金属污染日益严重，成为突出的环境问题之一。重金属毒性较大，容易在生物体内富集并难以降解，进入食物链后对人体健康带来巨大威胁，因此重金属离子的检测技术显得尤为重要。重金属离子的检测技术主要包括原子吸收光谱法，原子荧光光谱法，电感耦合等离子体法，紫外-可见分光光度法，高效液相色谱法，电化学分析法，生物检测法，化学显色法。其中原子吸收光谱法，原子荧光光谱法，电感耦合等离子体法，紫外-可见分光光度法，高效液相色谱法具有高灵敏性和高特异性等优点，但所需仪器价格昂贵、操作复杂、不便携带，主要用于实验室检测，不能作为现场检测的技术。电化学分析法，化学显色法操作简单，容易小型化，可以作为现场检测的技术，但其灵敏度无法往往无法满足要求。由于我国重金属污染严重，操作简便，灵敏度高的重金属的现场实时检测越来越受到重视。

特异性的微生物传感器检测是基于工程化菌株对特定小分子物质做出的响应构建而来，其功能主要由两个元件执行。1.由调控蛋白以及其调控的启动子组合而成的感应元件，其通过与特定小分子物质作用后引起基因表达的变化，引起一系列的现象。2.由感应元件控制的，易于检测的蛋白组成的报告元件。1997年Misteli等人从多管水母属AequoreaVictoria中分离得到天然的绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein，GFP)。由于其自身具有荧光不需要外加底物，并且较为稳定，作为一个报告元件广泛地应用于微生物传感器当中。2002年Roberto FF等人以GFP为报告元件制作了检测As的微生物传感器；2006年Lian VH等人基于GFP报告元件检测土壤中的重金属离子；2016年Lara Bereza-Malcolm以GFP为报告元件制作了能特异性检测铅的微生物传感器。

微生物传感器检测其优点是廉价，操作简单，特异性高，灵敏度较好，但现行的生物检测法还存在一下问题。一是检测周期较长，绿色荧光蛋白虽然有着多种优点，但是其成熟时间较长，往往需要2～3小时才能完全成熟，不利于快速检测。再者GFP的定量需要使用昂贵的仪器，并且仪器不容易携带，不利于进行现场实时的检测。

本发明所述大肠杆菌可以克服这些不足，构建一种敏感，快速检测水中重金属离子的大肠杆菌，为开发一种廉价，便携的微生物现场检测技术奠定基础。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器。

本发明的另一目的在于提供上述检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器的构建方法。

本发明的另一目的在于提供上述检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器的应用。

本发明的再一目的在于提供一种利用上述全细胞生物传感器快速检测重金属离子的方法。该方法操作便利、灵敏度高、耗时短、成本低、可视性好、易于定量。