“一(yi)(yi)帶(dai)一(yi)(yi)路”、“海(hai)洋強國戰略(lve)”等重大戰略(lve)規劃為(wei)我(wo)國海(hai)洋經濟帶(dai)來了(le)前所(suo)未有的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展機遇(yu)(yu)。海(hai)洋工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)裝備和(he)(he)船(chuan)舶在(zai)服役過程(cheng)(cheng)中不(bu)可(ke)避(bi)免的(de)(de)(de)(de)(de)要遇(yu)(yu)到(dao)各種腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)問題，其中由微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)，或者由于(yu)其群體效應或代謝過程(cheng)(cheng)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行為(wei)變(bian)化稱做微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)幾(ji)乎可(ke)以在(zai)所(suo)有常用工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)材(cai)料表面發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)，微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)約占(zhan)整個腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)20%。作為(wei)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)研究的(de)(de)(de)(de)(de)代表性微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)，也是研究最廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)，硫酸鹽還原菌 （SRB） 是一(yi)(yi)類能夠利用SO42-為(wei)電子受體異(yi)化有機物(wu)(wu)質并從中獲取能量的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)，其參與的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過程(cheng)(cheng)約占(zhan)所(suo)有微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)50%[1,2]。SRB廣泛存在(zai)于(yu)海(hai)洋環境中，參與了(le)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)材(cai)料在(zai)海(hai)洋底泥區(qu)、全(quan)浸區(qu)、潮差區(qu)和(he)(he)飛濺區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過程(cheng)(cheng)，是一(yi)(yi)類不(bu)容忽視的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)因子。

針對(dui)SRB加(jia)(jia)(jia)速(su)腐蝕(shi)(shi)(shi)的機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)研究已經(jing)經(jing)歷了一(yi)(yi)個多世紀，目前已經(jing)形成的機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)包括陰(yin)極(ji)(ji)(ji)去(qu)(qu)極(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)、濃(nong)差電(dian)池機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)、代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)、酸腐蝕(shi)(shi)(shi)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)和電(dian)子直接傳遞(di)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)等[3,4,5,6]。SRB的代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)活(huo)性(xing)與其(qi)腐蝕(shi)(shi)(shi)行(xing)為密切(qie)相關是這些機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)的共識觀點之(zhi)一(yi)(yi)。如陰(yin)極(ji)(ji)(ji)去(qu)(qu)極(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)認(ren)(ren)為，SRB能(neng)夠利用腐蝕(shi)(shi)(shi)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)反應產生的氫原子參與SO42-的代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)過程(cheng)，進而(er)加(jia)(jia)(jia)速(su)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)反應平衡(heng)的移動，加(jia)(jia)(jia)速(su)金屬(shu)的溶解過程(cheng)。濃(nong)差電(dian)池理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)認(ren)(ren)為，SRB的生長(chang)代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)過程(cheng)會(hui)降低(di)在(zai)材料(liao)附近氧氣的濃(nong)度，形成氧濃(nong)差電(dian)池，從而(er)加(jia)(jia)(jia)速(su)金屬(shu)材料(liao)的腐蝕(shi)(shi)(shi)過程(cheng)。代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)認(ren)(ren)為，SRB代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)產生的硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)不(bu)僅本身(shen)對(dui)腐蝕(shi)(shi)(shi)反應具有(you)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)和陽極(ji)(ji)(ji)去(qu)(qu)極(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)作用，生成的硫(liu)(liu)(liu)鐵(tie)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)也(ye)具有(you)去(qu)(qu)極(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)作用，同時硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)還會(hui)破壞氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)保護膜生成局(ju)部(bu)酸環境。酸腐蝕(shi)(shi)(shi)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)認(ren)(ren)為，SRB在(zai)代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)的過程(cheng)中(zhong)會(hui)不(bu)斷產生低(di)碳鏈的脂肪酸，這些脂肪酸，最主要(yao)的是醋酸，會(hui)造成局(ju)部(bu)環境pH值(zhi)降低(di)，從而(er)加(jia)(jia)(jia)速(su)對(dui)金屬(shu)材料(liao)的破壞。電(dian)子直接傳遞(di)機(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)認(ren)(ren)為，自養型(xing)SRB能(neng)夠直接從金屬(shu)基底(di)材料(liao)獲取電(dian)子參與其(qi)細胞(bao)代(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)過程(cheng)，導(dao)致腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率的顯著增加(jia)(jia)(jia)，而(er)不(bu)產生氫消耗(hao)。

然(ran)而，現有研究仍(reng)(reng)無(wu)法明確(que)SRB狀態(tai)對(dui)其腐蝕(shi)行(xing)為(wei)(wei)(wei)的(de)(de)影響程(cheng)度和作用(yong)規律(lv)，其中一個重要(yao)原因是缺乏快速(su)(su)、準確(que)、連續(xu)的(de)(de)SRB狀態(tai)測定(ding)方(fang)法，導致無(wu)法及(ji)時獲取關(guan)于SRB的(de)(de)種群濃度、生(sheng)(sheng)(sheng)長狀態(tai)和代謝(xie)效(xiao)能信息。此外，受限于復雜(za)的(de)(de)海洋環境，繁(fan)瑣的(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物腐蝕(shi)樣品采集流程(cheng)，和電化學測試信號易被其它(ta)腐蝕(shi)行(xing)為(wei)(wei)(wei)掩蓋等困難，目前仍(reng)(reng)沒有合適的(de)(de)技(ji)術可以(yi)實(shi)(shi)現微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物腐蝕(shi)過(guo)程(cheng)的(de)(de)實(shi)(shi)時監測。有研究報(bao)道，工(gong)程(cheng)材料表面(mian)SRB的(de)(de)種群濃度和代謝(xie)活(huo)性可以(yi)為(wei)(wei)(wei)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物腐蝕(shi)的(de)(de)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)提(ti)供指示(shi)[7]。因此，開發(fa)新型(xing)快速(su)(su)的(de)(de)SRB狀態(tai)測定(ding)方(fang)法具有重要(yao)意義，能為(wei)(wei)(wei)深入揭(jie)示(shi)SRB在腐蝕(shi)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)作用(yong)機理(li)，開發(fa)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物腐蝕(shi)狀態(tai)的(de)(de)快速(su)(su)監測技(ji)術提(ti)供重要(yao)依據。

目(mu)前，檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)SRB種群濃度最(zui)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)還是(shi)傳(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大可(ke)能(neng)數(shu)(shu) （MPN） 法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，該(gai)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)是(shi)由(you)Abd-El-Malek等[8]在(zai)1958年首次提出(chu)。該(gai)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)將SRB進(jin)(jin)行逐級梯度稀釋后進(jin)(jin)行定期培(pei)養，利(li)用(yong)其(qi)代謝產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硫化物(wu)(wu)與(yu)亞鐵離子反(fan)應顯(xian)色(se)確定SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)，根據稀釋的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)倍數(shu)(shu)和呈現陽性(xing)(xing)顯(xian)色(se)樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)個數(shu)(shu)確定初(chu)始樣(yang)品(pin)中SRB種群的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃度。雖然Vester等[9]在(zai)1998年對MPN法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)進(jin)(jin)行了(le)改進(jin)(jin)，但該(gai)類(lei)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)仍(reng)然需要經歷至少15 d才(cai)能(neng)完成整個檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)過程(cheng)(cheng)，且操作(zuo)過程(cheng)(cheng)繁(fan)瑣(suo)，是(shi)一種既耗時又耗力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)手(shou)(shou)段；同時過長的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)周期，使其(qi)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)并不能(neng)準確、實(shi)時地反(fan)映環(huan)境中SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)種群數(shu)(shu)量(liang)，不利(li)于(yu)施(shi)工(gong)和殺菌措施(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調整。除(chu)最(zui)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)MPN法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)外，目(mu)前已報道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)它SRB檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)技術(shu)手(shou)(shou)段可(ke)以(yi)分(fen)為：基(ji)于(yu)SRB特(te)征物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，基(ji)于(yu)SRB細胞(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)以(yi)及基(ji)于(yu)SRB遺傳(chuan)物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，這些(xie)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)技術(shu)均存在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)與(yu)不足。例如(ru)，基(ji)于(yu)SRB特(te)征化合(he)物(wu)(wu) （如(ru)腺(xian)苷酰硫酸還原酶(mei)） 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)靈(ling)敏度及選擇性(xing)(xing)均不高，且需要破壞SRB細胞(bao)結(jie)構[10]；基(ji)于(yu)SRB細胞(bao)識別(bie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa) （如(ru)酶(mei)聯(lian)免疫標記法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)） 受生(sheng)物(wu)(wu)識別(bie)材料(liao)與(yu)生(sheng)物(wu)(wu)標記材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)影響(xiang)較(jiao)大，檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)信號(hao)不穩定[11]；基(ji)于(yu)分(fen)子技術(shu) （如(ru)聚合(he)酶(mei)鏈(lian)反(fan)應-限制性(xing)(xing)片段長度多態性(xing)(xing)） 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)析方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)需要較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)成本和專業人員操作(zuo)[12]。因(yin)此，現有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)SRB檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)技術(shu)均存在(zai)普遍性(xing)(xing)與(yu)穩定性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不足，距離實(shi)際需求仍(reng)有較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離。

此外，目前(qian)常用(yong)的(de)(de)(de)SRB活(huo)性(xing)測(ce)定(ding)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)是通過分(fen)析培養體系(xi)中營養物(wu)質的(de)(de)(de)消(xiao)耗情(qing)況(kuang)和硫化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)積累量進行分(fen)析[13,14]，該類方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)受(shou)環境影(ying)響較大，尤其(qi)在開放(fang)體系(xi)研(yan)(yan)究時(shi)，營養物(wu)質的(de)(de)(de)循環和硫化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)揮(hui)發均會對測(ce)定(ding)產生(sheng)較大影(ying)響。同時(shi)，該類方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)測(ce)定(ding)的(de)(de)(de)是體系(xi)中SRB種群整體的(de)(de)(de)代(dai)謝(xie)活(huo)性(xing)，無法(fa)(fa)(fa)實現材料表面固載細菌和溶液(ye)游離細菌活(huo)性(xing)的(de)(de)(de)獨立測(ce)定(ding)和區分(fen)。另一類基于微(wei)電(dian)極傳感器(qi)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)測(ce)定(ding)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)是通過解析生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)表面硫化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)濃度變化(hua)確定(ding)SRB生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)活(huo)性(xing)，然而該類方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)對儀(yi)器(qi)設備(bei)和操(cao)作的(de)(de)(de)要求較高[15,16,17]，不適合現場和大規模應用(yong)。因此，現有測(ce)定(ding)技術均不能滿(man)足實際研(yan)(yan)究和應用(yong)的(de)(de)(de)需(xu)求，無法(fa)(fa)(fa)快(kuai)速(su)、準確、連續的(de)(de)(de)獲(huo)得SRB的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)狀態信(xin)息，開發新型的(de)(de)(de)SRB代(dai)謝(xie)活(huo)性(xing)測(ce)定(ding)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)已成為(wei)微(wei)生(sheng)物(wu)腐(fu)蝕研(yan)(yan)究的(de)(de)(de)迫(po)切需(xu)求。

事(shi)實上(shang)，海洋(yang)環境與(yu)(yu)SRB代(dai)謝(xie)過程(cheng)非(fei)(fei)常(chang)復(fu)雜，目前常(chang)用(yong)SRB分析測(ce)量技術(shu)易受到(dao)非(fei)(fei)特異性吸附(fu)和(he)干擾(rao)物(wu)質的影響，檢(jian)測(ce)的準確度(du)和(he)重現性會有(you)一定程(cheng)度(du)的降低。另(ling)一方面，現代(dai)科學(xue)研究(jiu)和(he)實際應用(yong)對微生物(wu)檢(jian)測(ce)的需求(qiu)已從單一宏(hong)觀信號提升為單細胞的觀測(ce)與(yu)(yu)分析，檢(jian)測(ce)過程(cheng)與(yu)(yu)結(jie)果需更(geng)加(jia)生動、形象。因此，引入其它新型檢(jian)測(ce)技術(shu)實現環境中SRB種群濃度(du)和(he)代(dai)謝(xie)活性的快速檢(jian)測(ce)分析已十(shi)分必要。

本(ben)文將簡要(yao)介紹本(ben)課題組在SRB種群濃度和(he)代(dai)謝活性(xing)檢測(ce)方(fang)面的研(yan)究進展，闡(chan)述(shu)各類(lei)方(fang)法的優缺點、適(shi)用條件及檢測(ce)性(xing)能，為(wei)后續SRB狀態檢測(ce)方(fang)法的發展及實用化提供(gong)參(can)考。

1 SRB種群濃度快速測定方法研究進展

針(zhen)對現有(you)SRB檢(jian)測(ce)方法(fa)的(de)缺(que)陷(xian)與不足，研究從微生(sheng)物識別(bie)方式角度出(chu)發，實現了海洋環境中腐蝕微生(sheng)物SRB的(de)快速檢(jian)測(ce)，將整個SRB檢(jian)測(ce)流程縮短(duan)至2 d以內，有(you)望部分(fen)甚至完全取代現有(you)檢(jian)測(ce)技術，具(ju)有(you)較好的(de)應用前景(jing)。

1.1 基于微生物(wu)細胞結(jie)構識(shi)別SRB的檢測方法

為(wei)(wei)提(ti)升檢(jian)測(ce)(ce)(ce)靈(ling)敏度及選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)，研(yan)究以(yi)海(hai)洋腐蝕微生物SRB細(xi)胞(bao)膜為(wei)(wei)識(shi)(shi)別(bie)(bie)目標(biao)，借(jie)助化(hua)學(xue)合成(cheng)及電(dian)化(hua)學(xue)技(ji)術，構(gou)建了(le)一系列快(kuai)(kuai)速檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術，保證了(le)SRB細(xi)胞(bao)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)，縮短了(le)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)時間(jian)。主要(yao)進展如(ru)下：構(gou)建了(le)無標(biao)記電(dian)化(hua)學(xue)快(kuai)(kuai)速檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)實(shi)現了(le)SRB的(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)速檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，其中多(duo)巴胺(an)自激發檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai) （圖1） 是通(tong)過多(duo)巴胺(an)在(zai)(zai)堿性(xing)(xing)(xing)溶液中的(de)(de)(de)自聚合反(fan)應形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)聚多(duo)巴胺(an)膜直接固(gu)定(ding)抗(kang)體作為(wei)(wei)識(shi)(shi)別(bie)(bie)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)，提(ti)升了(le)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)的(de)(de)(de)生物相(xiang)容性(xing)(xing)(xing)，保證了(le)生物識(shi)(shi)別(bie)(bie)材料(liao)的(de)(de)(de)識(shi)(shi)別(bie)(bie)活性(xing)(xing)(xing)及檢(jian)測(ce)(ce)(ce)選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)[18]；三維(wei)泡沫鎳(nie)結構(gou)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)是通(tong)過在(zai)(zai)三維(wei)鎳(nie)結構(gou)修飾(shi)納米金顆粒為(wei)(wei)固(gu)定(ding)抗(kang)體作為(wei)(wei)識(shi)(shi)別(bie)(bie)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)，提(ti)升了(le)識(shi)(shi)別(bie)(bie)材料(liao)的(de)(de)(de)固(gu)載效率(lv)，同(tong)時該三維(wei)結構(gou)能夠(gou)有效放大檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信號，有效提(ti)升了(le)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)靈(ling)敏度[19]；分(fen)(fen)子自組(zu)裝(zhuang)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)借(jie)助共價修飾(shi)結合無標(biao)記的(de)(de)(de)電(dian)化(hua)學(xue)阻抗(kang)技(ji)術，實(shi)現了(le)SRB的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)和分(fen)(fen)析，實(shi)現了(le)SRB檢(jian)測(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)的(de)(de)(de)有效構(gou)建，并具有良(liang)好的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)性(xing)(xing)(xing)能[20]。

圖1   多巴胺自激發檢測(ce)平臺的構建流(liu)程及(ji)檢測(ce)性能評價[18]

其次，構建了納(na)(na)(na)米信(xin)標(biao)(biao)電(dian)化(hua)學(xue)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)實(shi)現(xian)了SRB的(de)(de)快速檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，其中氧化(hua)石墨烯標(biao)(biao)記(ji)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai) （圖(tu)2） 是(shi)以高效新型納(na)(na)(na)米材(cai)料(liao)氧化(hua)石墨烯納(na)(na)(na)米片的(de)(de)高催化(hua)活性(xing)(xing)放(fang)大(da)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號，進而實(shi)現(xian)了檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號的(de)(de)有(you)效放(fang)大(da)，大(da)大(da)提升(sheng)了檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)靈敏度[21]；納(na)(na)(na)米MnO2標(biao)(biao)記(ji)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)是(shi)以MnO2納(na)(na)(na)米材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)信(xin)號標(biao)(biao)簽，借助MnO2納(na)(na)(na)米材(cai)料(liao)催化(hua)性(xing)(xing)能實(shi)現(xian)SRB檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，具(ju)有(you)更高的(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)和更廣(guang)的(de)(de)使用(yong)環境(jing)[22]；殼(ke)聚(ju)糖電(dian)聚(ju)合檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)是(shi)通過可控的(de)(de)電(dian)沉積技術制(zhi)備石墨烯摻(chan)雜(za)的(de)(de)殼(ke)聚(ju)糖膜固定抗體作(zuo)為(wei)識別(bie)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)，實(shi)現(xian)了生物識別(bie)材(cai)料(liao)固載平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)的(de)(de)可控調控，保證了檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)(ping)(ping)臺(tai)的(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)與均一性(xing)(xing)，同(tong)時具(ju)有(you)較高的(de)(de)生物相容(rong)性(xing)(xing)[23]。

圖2   氧(yang)化石(shi)墨烯(xi)標記檢測平臺的構(gou)建流(liu)程及檢測性能評價[21]

此外，開發了(le)新型SRB特(te)異(yi)性(xing)(xing)識別(bie)(bie)平(ping)臺，其中生(sheng)物(wu)印(yin)跡薄(bo)膜(mo)檢(jian)測(ce)平(ping)臺 （圖3） 采(cai)用細(xi)(xi)胞(bao)(bao)介導技術在電極(ji)表(biao)面制(zhi)備了(le)能夠識別(bie)(bie)SRB細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)印(yin)跡薄(bo)膜(mo)，該技術具(ju)有(you)價格低廉、穩定性(xing)(xing)好、適(shi)用范圍廣(guang)的(de)(de)(de)(de)優點[24]；抗生(sheng)素磁性(xing)(xing)分離檢(jian)測(ce)平(ping)臺通(tong)過特(te)異(yi)性(xing)(xing)識別(bie)(bie)SRB細(xi)(xi)胞(bao)(bao)壁前質末端的(de)(de)(de)(de)D-Ala-D-Ala結構契(qi)合(he)，借助石英晶體(ti)(ti)微(wei)天平(ping)技術對SRB進(jin)行測(ce)試分析。整個流程無需(xu)(xu)生(sheng)物(wu)分子(zi)固定和修飾步驟，大(da)大(da)縮短了(le)檢(jian)測(ce)所需(xu)(xu)時間(jian)[25]。多巴胺(an)增強聚(ju)合(he)檢(jian)測(ce)平(ping)臺是構建了(le)一種多功能的(de)(de)(de)(de)簡便的(de)(de)(de)(de)信(xin)號放大(da)體(ti)(ti)系，借助多巴胺(an)材料增強聚(ju)合(he)的(de)(de)(de)(de)過程實現(xian)生(sheng)物(wu)材料及(ji)信(xin)號分子(zi)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固載，進(jin)而實現(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)靶向(xiang)放大(da)，提升(sheng)了(le)檢(jian)測(ce)靈敏(min)度[26]。

圖(tu)3   基于生(sheng)物印(yin)跡薄膜檢測平臺的構(gou)建示意(yi)圖(tu)及檢測性能圖(tu)[24]

基于(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)細胞結構(gou)識別SRB的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法(fa)靈(ling)敏度高，選擇性好(hao)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)時間短，能(neng)夠在(zai)2 h以內完(wan)成檢(jian)(jian)測(ce)(ce)過(guo)程，較易實現自動化檢(jian)(jian)測(ce)(ce)。然而，大部分(fen)這類(lei)方法(fa)需(xu)要借助(zhu)生(sheng)物(wu)識別材料(liao)實現目標微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)特異性結合，生(sheng)物(wu)材料(liao)的(de)(de)活性易受到測(ce)(ce)試(shi)環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)干擾，且生(sheng)物(wu)材料(liao)價格(ge)昂貴，不(bu)能(neng)重復(fu)使用(yong)。另外(wai)，生(sheng)物(wu)材料(liao)過(guo)高的(de)(de)特異性也限制了其在(zai)實際環(huan)境(jing)(jing)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)中(zhong)的(de)(de)應用(yong)，因(yin)(yin)為環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)SRB的(de)(de)種群(qun)數(shu)量巨大，目前已有40個屬137種SRB被(bei)報道，每一種SRB的(de)(de)細胞成分(fen)都(dou)不(bu)盡相同。因(yin)(yin)此，基于(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)細胞結構(gou)識別SRB的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法(fa)適用(yong)于(yu)菌群(qun)結構(gou)單一、環(huan)境(jing)(jing)體系簡單的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)體系。

1.2 基于(yu)微(wei)生物(wu)代謝(xie)過程識別(bie)SRB的檢測方法

為(wei)提升(sheng)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)，研究以海洋(yang)腐蝕微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)SRB的(de)(de)(de)(de)特(te)(te)征代(dai)(dai)謝(xie)產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)為(wei)識別(bie)(bie)目(mu)標(biao)，構(gou)建(jian)(jian)了(le)一(yi)系列(lie)快速(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術(shu)(shu)。相關研究在保證了(le)選擇性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)同時，避免(mian)了(le)使用生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)識別(bie)(bie)材料出現的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)差、價格(ge)昂貴(gui)、非特(te)(te)異性(xing)(xing)(xing)(xing)吸附不(bu)可(ke)避免(mian)等缺(que)點。主要研究進(jin)展如(ru)下(xia)：構(gou)建(jian)(jian)了(le)SRB代(dai)(dai)謝(xie)產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)無標(biao)記(ji)快速(su)識別(bie)(bie)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術(shu)(shu)，其中(zhong)巰(qiu)基蛋白酶活性(xing)(xing)(xing)(xing)條件(jian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)臺 （圖4） 是基于(yu)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)與(yu)半胱氨酸蛋白酶的(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)(xing)巰(qiu)基位點作用抑制其催(cui)化(hua)(hua)活性(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)而實(shi)現SRB的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)分析，既保證了(le)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)，又提升(sheng)了(le)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)靈敏度[27]；特(te)(te)異性(xing)(xing)(xing)(xing)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)臺利用Thiobacillus thioparus細菌內的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)氫脫氫酶，實(shi)現對(dui)SRB代(dai)(dai)謝(xie)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)特(te)(te)異性(xing)(xing)(xing)(xing)識別(bie)(bie)，大大提升(sheng)了(le)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)[28]；基于(yu)GSH-Au（Ⅰ）-Pb（Ⅱ） 配合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)熒光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，是基于(yu)Pb2+誘導的(de)(de)(de)(de)GSH-Au（Ⅰ） 聚集(ji)誘導發光(guang)，以及硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)導致熒光(guang)猝滅現象，可(ke)對(dui)SRB代(dai)(dai)謝(xie)產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)特(te)(te)異性(xing)(xing)(xing)(xing)響應(ying)，從而實(shi)現對(dui)SRB的(de)(de)(de)(de)快速(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)[29]；硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)鉛標(biao)記(ji)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)(ping)臺將(jiang)無機合(he)成(cheng)與(yu)溶出伏安技術(shu)(shu)相結合(he)，以原位生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)鉛為(wei)介(jie)體實(shi)現了(le)目(mu)標(biao)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)靶向識別(bie)(bie)及快速(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，具有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)性(xing)(xing)(xing)(xing)能[30]。

圖(tu)4   基(ji)于(yu)巰基(ji)蛋白酶抑(yi)制(zhi)作用檢測SRB的原理及(ji)性能圖(tu)[27]

此外，構建(jian)了(le)(le)基于(yu)納(na)(na)米(mi)信標(biao)的(de)(de)SRB代謝產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)快(kuai)(kuai)速(su)識別檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。其中，ZnS納(na)(na)米(mi)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)臺(tai)(tai)將(jiang)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)應用(yong)于(yu)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)快(kuai)(kuai)速(su)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)，構建(jian)過(guo)(guo)程(cheng)融合了(le)(le)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)合成(cheng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)及(ji)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)降解技(ji)(ji)術(shu)(shu)，既保證(zheng)了(le)(le)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)穩定(ding)性，又(you)有效提升了(le)(le)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)靈敏度[31]；ZnO/ZnS陣(zhen)列(lie)轉化(hua)(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)平(ping)臺(tai)(tai) （圖5） 將(jiang)納(na)(na)米(mi)陣(zhen)列(lie)過(guo)(guo)程(cheng)引入微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)過(guo)(guo)程(cheng)，借助納(na)(na)米(mi)陣(zhen)列(lie)的(de)(de)轉化(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)實現了(le)(le)SRB特征代謝產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)有效監測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)，該(gai)方法不受(shou)使用(yong)條(tiao)件(jian)的(de)(de)限制(zhi)，且(qie)具有批量生(sheng)(sheng)產(chan)的(de)(de)潛質[32]；細胞(bao)代謝位發(fa)光(guang)平(ping)臺(tai)(tai)結合微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)納(na)(na)米(mi)合成(cheng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)在細胞(bao)內(nei)生(sheng)(sheng)成(cheng)具有熒(ying)(ying)光(guang)特性的(de)(de)CdS納(na)(na)米(mi)量子(zi)點顆粒(li)，實現了(le)(le)目標(biao)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)熒(ying)(ying)光(guang)成(cheng)像及(ji)快(kuai)(kuai)速(su)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)。該(gai)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)(shu)穩定(ding)、可靠(kao)，不受(shou)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)條(tiao)件(jian)的(de)(de)制(zhi)約，具有很(hen)好的(de)(de)應用(yong)前景[33]。

圖5   基于ZnO/ZnS陣列轉(zhuan)化檢(jian)測平臺(tai)檢(jian)測SRB的原(yuan)理圖及檢(jian)測性能[32]

基于(yu)SRB特征代(dai)謝(xie)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)檢測(ce)技(ji)術(shu)避免(mian)(mian)了使(shi)用(yong)生物(wu)識別材料出現的(de)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)差(cha)、價格昂貴(gui)、非特異(yi)性(xing)(xing)(xing)吸(xi)附不可避免(mian)(mian)等(deng)缺(que)點。同時，通(tong)過(guo)(guo)特征代(dai)謝(xie)產物(wu)硫(liu)化(hua)物(wu)實現對SRB的(de)特異(yi)性(xing)(xing)(xing)快速檢測(ce)還(huan)具有較高的(de)普遍性(xing)(xing)(xing)，源(yuan)自不同種群的(de)SRB均可以通(tong)過(guo)(guo)這種方(fang)法檢測(ce)。然而(er)，基于(yu)SRB特征代(dai)謝(xie)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)檢測(ce)技(ji)術(shu)需要經(jing)歷一個SRB預培養過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)以在(zai)培養溶液中富集足(zu)夠的(de)硫(liu)化(hua)物(wu)，因此，需要借(jie)助納米(mi)材料或生物(wu)酶類的(de)靈(ling)敏(min)性(xing)(xing)(xing)和放大(da)作用(yong)縮短檢測(ce)時間(jian)，這也是基于(yu)SRB特征代(dai)謝(xie)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)檢測(ce)技(ji)術(shu)的(de)進一步(bu)發(fa)展方(fang)向。

1.3 基于(yu)微生(sheng)物(wu)特征(zheng)遺(yi)傳片段(duan)的(de)檢(jian)測方法

以(yi)提升檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)特(te)異(yi)(yi)性(xing)及(ji)靈(ling)敏度(du)，研(yan)究以(yi)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)特(te)征遺傳(chuan)片段(duan)(duan)(duan)為(wei)識別目標(biao)，通(tong)過(guo)PCR技術擴增(zeng)目標(biao)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)特(te)異(yi)(yi)性(xing)DNA片段(duan)(duan)(duan)，利(li)用(yong)DNA識別探(tan)針(zhen)對微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)特(te)征DNA片段(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)高選(xuan)擇(ze)性(xing)匹配、識別目標(biao)DNA片段(duan)(duan)(duan)，實(shi)現(xian)目標(biao)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)快速檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)。主要研(yan)究進展如下：構(gou)建了遺傳(chuan)片段(duan)(duan)(duan)特(te)異(yi)(yi)性(xing)放(fang)大檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)系統，其(qi)中核酸外切(qie)酶(mei)Ⅲ循(xun)環放(fang)大檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平臺是一(yi)種新型的(de)(de)(de)基(ji)于新型磁性(xing)-DNA雙鏈(lian)(lian)探(tan)針(zhen)及(ji)核酸外切(qie)酶(mei)Ⅲ循(xun)環放(fang)大的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)方法，通(tong)過(guo)在(zai)磁性(xing)微(wei)(wei)球表面修飾的(de)(de)(de)磁性(xing)-DNA雙鏈(lian)(lian)探(tan)針(zhen)，借助(zhu)核酸外切(qie)酶(mei)Ⅲ特(te)殊的(de)(de)(de)剪(jian)切(qie)功能實(shi)現(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信號的(de)(de)(de)循(xun)環放(fang)大，該微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平臺的(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)高，選(xuan)擇(ze)性(xing)好，簡單(dan)易(yi)操作，應用(yong)性(xing)廣(guang)[34]；DNA納米生(sheng)物(wu)條碼(ma)熒(ying)光檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)平臺 （圖6） 是通(tong)過(guo)利(li)用(yong)細菌DNA提取(qu)試劑盒將細菌總DNA提取(qu)出來，并(bing)用(yong)特(te)異(yi)(yi)性(xing)引物(wu)進行PCR擴增(zeng)以(yi)獲(huo)得大量含有(you)特(te)異(yi)(yi)性(xing)目標(biao)片段(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)單(dan)鏈(lian)(lian)DNA，目標(biao)DNA鏈(lian)(lian)片段(duan)(duan)(duan)能部分(fen)(fen)與(yu)磁性(xing)微(wei)(wei)球的(de)(de)(de)捕(bu)獲(huo)探(tan)針(zhen)結合(he)(he)，未結合(he)(he)部分(fen)(fen)將與(yu)磁性(xing)微(wei)(wei)球的(de)(de)(de)捕(bu)獲(huo)探(tan)針(zhen)結合(he)(he)。通(tong)過(guo)磁性(xing)分(fen)(fen)離(li)后，使用(yong)流式細胞(bao)儀(yi)測(ce)(ce)(ce)(ce)量結合(he)(he)有(you)DNA-納米生(sheng)物(wu)條碼(ma)的(de)(de)(de)磁性(xing)微(wei)(wei)球[35]。

圖6   基(ji)于利用DNA納米生物條碼-熒光(guang)系統的檢測微生物原(yuan)理圖及檢測性能圖[35]

此(ci)外，構建了基于(yu)新(xin)型酶標(biao)系(xi)統(tong)的(de)(de)遺傳片(pian)段(duan)特異性放(fang)大(da)(da)檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)，其(qi)中(zhong)新(xin)型酶標(biao)體系(xi)信號放(fang)大(da)(da)檢(jian)測(ce)平臺 （圖7） 是(shi)一種基于(yu)溶(rong)菌酶催(cui)化作(zuo)用的(de)(de)熒(ying)光DNA傳感器(qi)，溶(rong)菌酶被應用到(dao)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)檢(jian)測(ce)研(yan)究中(zhong)。利用細菌DNA提(ti)取試劑(ji)盒將細菌中(zhong)DNA提(ti)取、擴增后獲得大(da)(da)量目(mu)(mu)標(biao)單鏈(lian)DNA片(pian)段(duan)，通(tong)過目(mu)(mu)標(biao)DNA鏈(lian)的(de)(de)“橋(qiao)梁(liang)”作(zuo)用將修飾有溶(rong)菌酶的(de)(de)信號DNA結合到(dao)磁性微(wei)(wei)(wei)球表面(mian)，溶(rong)菌酶催(cui)化底物(wu)(wu)產(chan)生(sheng)熒(ying)光信號并用于(yu)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)快(kuai)速檢(jian)測(ce)[36]；基于(yu)脫(tuo)氧核酶識別的(de)(de)銀納米(mi)簇(cu)熒(ying)光傳感器(qi)，是(shi)以(yi)磁性微(wei)(wei)(wei)球為載(zai)體，以(yi)脫(tuo)氧核酶為識別分子，引入(ru)乙酰膽(dan)堿酯酶，構建了一種MNP-DNAzyme-AChE （MDA） 復(fu)合物(wu)(wu)，用于(yu)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)高靈敏度檢(jian)測(ce)。在(zai)(zai)存在(zai)(zai)目(mu)(mu)標(biao)細菌裂(lie)解(jie)液條(tiao)件下，脫(tuo)氧核酶可與其(qi)特異性結合，并發(fa)生(sheng)催(cui)化裂(lie)解(jie)，使連接(jie)其(qi)上的(de)(de)乙酰膽(dan)堿酯酶，從MDA復(fu)合物(wu)(wu)中(zhong)脫(tuo)離進入(ru)溶(rong)液。利用乙酰膽(dan)堿酯酶的(de)(de)催(cui)化產(chan)物(wu)(wu)，使DNA銀納米(mi)簇(cu)的(de)(de)熒(ying)光信號發(fa)生(sheng)增強(qiang)，可實現對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)高特異性、高靈敏度檢(jian)測(ce)[37]。

圖7   基于新型酶標體(ti)系(xi)信號放大檢測平臺檢測微生物原理(li)圖[36]

基于微生物特征(zheng)遺傳(chuan)片段識(shi)(shi)別(bie)微生物的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)方法(fa)(fa)具(ju)有(you)(you)極高的(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)和選(xuan)擇性(xing)(xing)，其中，16S rRNA序列分(fen)(fen)析中的(de)(de)(de)(de)基因片段具(ju)有(you)(you)多(duo)拷貝(bei)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)(xing)，一個細(xi)(xi)菌(jun)對(dui)(dui)應103~105條16S rRNA 鏈，使得基于編(bian)碼基因進行的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)子生物學檢(jian)(jian)測(ce)更靈(ling)敏；其次(ci)，其具(ju)有(you)(you)多(duo)信(xin)息的(de)(de)(de)(de)特性(xing)(xing)，編(bian)碼基因由可變(bian)區(qu)和保守區(qu)組成(cheng)，保守區(qu)為所有(you)(you)細(xi)(xi)菌(jun)所共有(you)(you)，細(xi)(xi)菌(jun)之間無(wu)差別(bie)，可進行細(xi)(xi)菌(jun)通(tong)用鑒(jian)定，可變(bian)區(qu)具(ju)有(you)(you)屬或(huo)種的(de)(de)(de)(de)特異性(xing)(xing)，可據此進行細(xi)(xi)菌(jun)鑒(jian)定。然而，此類(lei)方法(fa)(fa)操作(zuo)復雜，對(dui)(dui)檢(jian)(jian)測(ce)人員技術要求高，且(qie)操作(zuo)成(cheng)本較高。因此，基于微生物特征(zheng)遺傳(chuan)片段識(shi)(shi)別(bie)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)方法(fa)(fa)適用于高專業技術支(zhi)撐下(xia)對(dui)(dui)不同屬種微生物的(de)(de)(de)(de)特異性(xing)(xing)鑒(jian)別(bie)及(ji)檢(jian)(jian)測(ce)體(ti)系。

2 SRB生(sheng)物(wu)膜代謝活性快速測定方法研(yan)究(jiu)進展

為克服(fu)現(xian)有測(ce)(ce)定技術周(zhou)期長，儀器(qi)復(fu)雜的缺(que)點，本課(ke)題組(zu)研(yan)究(jiu)開發了(le)新型SRB生物膜代謝(xie)活性(xing)測(ce)(ce)定方法(fa)，借助電化(hua)學和熒光(guang)測(ce)(ce)試(shi)技術實(shi)現(xian)了(le)SRB生物膜在(zai)形成初期的代謝(xie)活性(xing)動態(tai)測(ce)(ce)定與監(jian)測(ce)(ce)。

2.1 基于全固態離子電極測定SRB生物膜代謝活性

電(dian)化學(xue)技術能(neng)夠實現SRB生物(wu)膜(mo)(mo)代謝(xie)(xie)(xie)活性(xing)(xing)的(de)動態、連續監測，然而(er)現有(you)的(de)微電(dian)極系(xi)統操作繁(fan)瑣(suo)，設備昂貴。本課題組研(yan)究開發了(le)兩種高柔韌性(xing)(xing)全固(gu)態離子(zi)選擇性(xing)(xing)電(dian)極，以石墨(mo)烯為離子(zi)-電(dian)子(zi)轉(zhuan)換層，并在其表面原位(wei)制備了(le)硫離子(zi)和pH值選擇性(xing)(xing)薄膜(mo)(mo)，實現對目標(biao)離子(zi)的(de)特異性(xing)(xing)、高靈敏度測定(ding)，同時研(yan)究還將其用于生物(wu)膜(mo)(mo)前期(qi)代謝(xie)(xie)(xie)活性(xing)(xing)的(de)監測，獲得了(le)材料表面SRB生物(wu)膜(mo)(mo)代謝(xie)(xie)(xie)活性(xing)(xing)的(de)變化趨(qu)勢(shi) （圖8）。

圖8   全固態硫(liu)離(li)子選(xuan)擇性電極的離(li)子傳(chuan)導(dao)示意圖及SRB生物膜代謝活性監測性能

2.2 基(ji)于熒光(guang)探針測(ce)定SRB生(sheng)物膜代謝活性

本課題組(zu)研究開發了(le)有機小分(fen)(fen)子(zi)硫(liu)化物熒(ying)光探針，不(bu)僅能(neng)夠實(shi)現(xian)對生(sheng)物膜(mo)中(zhong)硫(liu)化物的(de)穩定(ding)檢測還能(neng)對其進行特(te)(te)異性(xing)(xing)(xing)(xing)熒(ying)光成像，解析SRB生(sheng)物膜(mo)內代謝(xie)活性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)空間分(fen)(fen)布狀態。此外，研究利用SRB細胞(bao)增(zeng)殖過程中(zhong)，呼吸鏈中(zhong)的(de)NADPH/NADP，FADH/FAD，FMNH/FMN和NADH/NAD的(de)比值(zhi)升高，SRB代謝(xie)中(zhong)間體還原可(ke)將刃天(tian)青還原為具有強的(de)熒(ying)光特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)物質(zhi)，利用此特(te)(te)點來測定(ding)SRB生(sheng)物膜(mo)代謝(xie)過程的(de)活性(xing)(xing)(xing)(xing)變化，并實(shi)現(xian)了(le)SRB種群(qun)濃度和活性(xing)(xing)(xing)(xing)狀態的(de)同(tong)時測定(ding)和對照分(fen)(fen)析 （圖(tu)9）。

圖(tu)9   熒光探(tan)針測定SRB生(sheng)物膜(mo)(mo)表面種(zhong)群濃(nong)度和生(sheng)物膜(mo)(mo)代謝活性

3 結論及(ji)展望

針對(dui)腐(fu)蝕微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)SRB的(de)(de)快速檢(jian)測(ce)(ce)要比構建(jian)其(qi)(qi)它(ta)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)檢(jian)測(ce)(ce)方法(fa)復雜(za)，因為(wei)SRB種(zhong)(zhong)群(qun)多(duo)種(zhong)(zhong)多(duo)樣，分布廣(guang)泛，目(mu)前已經(jing)有(you)13個屬，共(gong)計40余種(zhong)(zhong)SRB被(bei)報道出(chu)來。因此快速檢(jian)測(ce)(ce)海洋環境中SRB最重要的(de)(de)是(shi)選擇合(he)適的(de)(de)識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)方法(fa)。就目(mu)前的(de)(de)研究(jiu)現狀，最合(he)適的(de)(de)SRB識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)方式是(shi)通過(guo)(guo)其(qi)(qi)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)代謝過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)實現對(dui)SRB的(de)(de)特(te)(te)(te)(te)異(yi)(yi)(yi)性(xing)(xing)識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)，因為(wei)抗體等生(sheng)物(wu)(wu)(wu)識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)材料的(de)(de)高選擇性(xing)(xing)限(xian)制了(le)(le)這(zhe)(zhe)些生(sheng)物(wu)(wu)(wu)材料在SRB檢(jian)測(ce)(ce)中的(de)(de)使(shi)用(yong)，不可能(neng)使(shi)用(yong)一(yi)種(zhong)(zhong)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)材料檢(jian)測(ce)(ce)所有(you)SRB種(zhong)(zhong)群(qun)的(de)(de)濃度(du)；其(qi)(qi)次，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)印跡薄(bo)膜的(de)(de)選擇性(xing)(xing)程(cheng)(cheng)度(du)較(jiao)低，能(neng)夠產(chan)生(sheng)干(gan)擾的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)質較(jiao)多(duo)。而且這(zhe)(zhe)兩類識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)手段的(de)(de)非(fei)特(te)(te)(te)(te)異(yi)(yi)(yi)吸附(fu)問(wen)題無法(fa)得到較(jiao)好解(jie)決，對(dui)檢(jian)測(ce)(ce)信號的(de)(de)干(gan)擾較(jiao)大。通過(guo)(guo)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)代謝產(chan)物(wu)(wu)(wu)硫化(hua)物(wu)(wu)(wu)實現對(dui)SRB的(de)(de)特(te)(te)(te)(te)異(yi)(yi)(yi)性(xing)(xing)識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)，在保證了(le)(le)選擇性(xing)(xing)的(de)(de)同時，避(bi)免了(le)(le)使(shi)用(yong)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)識(shi)(shi)(shi)別(bie)(bie)(bie)材料出(chu)現的(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)差、價格(ge)昂貴、非(fei)特(te)(te)(te)(te)異(yi)(yi)(yi)性(xing)(xing)吸附(fu)不可避(bi)免等缺點。同時，通過(guo)(guo)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)代謝產(chan)物(wu)(wu)(wu)硫化(hua)物(wu)(wu)(wu)實現對(dui)SRB的(de)(de)特(te)(te)(te)(te)異(yi)(yi)(yi)性(xing)(xing)檢(jian)測(ce)(ce)還具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)普遍性(xing)(xing)，源自不同種(zhong)(zhong)群(qun)的(de)(de)SRB均可以通過(guo)(guo)這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)方法(fa)檢(jian)測(ce)(ce)。

然(ran)而，這類(lei)檢(jian)測(ce)方法仍需較(jiao)長(chang)的SRB培養時(shi)(shi)間(jian)以積累代(dai)謝產物(wu)硫化(hua)物(wu)。因此，進一步的研究將集中在繼(ji)續縮短(duan)檢(jian)測(ce)時(shi)(shi)間(jian)，主要(yao)是SRB培養時(shi)(shi)間(jian)方面，這對識別(bie)材料(liao)和檢(jian)測(ce)技術提(ti)出(chu)了(le)更高的要(yao)求。