组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
锌（Zn, Zn2+）；样品基质：田间土壤水提取液（1:1 soil:water extracts）
检测原理
该 lux 全细胞生物传感器以基因工程大肠杆菌 HB101 pUCD607 为识别与响应单元。将复苏后的菌加入含可溶 Zn2+ 的 1:1 土壤水提取液中，Zn2+ 及其配体形态进入或作用于细胞，干扰细胞代谢与 lux 生物发光反应，使生物发光强度下降。发光计在 380–630 nm 范围测量相对光单位 RLU，并以无 Zn 对照提取液的发光强度标准化为对照百分比。Zn 生物可利用性越高，发光抑制越强，据此拟合 log–logistic 剂量–响应曲线并计算 EC10、EC20 和 EC50。该方法不依赖外源标记或酶放大，信号直接反映细胞整体毒性响应，但受 pH、DOC、土壤配体和盐度影响。
检测灵敏度
R^2 = 0.79（lux EC50 与土壤 pH 回归）
效应效果
在四个田间样地中，lux 生物传感器未显示 Zn 老化导致生物可利用性随时间下降：Dookie 和 Spalding 的 T0 与 T2 EC50 无显著差异，Kingaroy 的 T0 与 T2 差异显著但 EC50 下降而非上升。土壤 pH 对毒性测定影响强烈，pHCaCl2 单独解释 79% 的 EC50 变异（R^2 = 0.79）；Dutson Downs 因 pHH2O 低于 5.5 被排除，暗色提取液（<2% 样品）因发光猝灭也被剔除。结果表明该方法不受土壤微生物群落适应干扰，但受 pH、DOC、配体和盐度等基质效应影响，适合评估急性毒性而非长期老化趋势。
传感器的构成
- 传感细胞：E. coli HB101 pUCD607，基因工程 lux 标记大肠杆菌，作为全细胞识别与毒性响应元件
- 发光报告系统：lux 标记基因，产生生物发光信号并随 Zn 毒性变化
- 暴露介质：1:1 土壤水提取液（25 g soil:25 mL DI water），传递可溶 Zn2+ 及土壤配体
- 复苏介质：无菌 0.1 M KCl，用于复苏冻干菌并维持细胞活性
- 样品容器：5 mL luminometer sample tubes，容纳提取液与菌并用于发光测量
- 读出装置：Junior LB 9509 luminometer，380–630 nm 测量相对光单位 RLU
中文摘要
锌既是植物必需微量元素，也可能在过量时产生毒性，因此土壤中锌的固定与老化对风险评估和农田管理具有重要意义。本研究利用澳大利亚四个田间试验样地中用 ZnSO4 添加的土壤，在 2 年田间条件下监测可溶性锌的老化过程。采用 65Zn 放射性同位素稀释法测定活性锌（Ea 和 Ee 值），结果显示三个样地的活性锌随时间显著下降，表明锌发生了固定；但 0.01 M CaCl2 提取和基因工程 lux 标记大肠杆菌生物传感器的急性毒性测定均未显示可溶性或生物可利用锌随时间下降。作者将这一差异归因于 pH 等非生物性质对提取和毒性测定的强烈调节作用。研究还表明，锌添加后短时间内即发生明显固定，因此在进行生态毒性评估前应对新鲜加标土壤进行适当孵育和淋洗处理。
英文摘要
As zinc (Zn) is both an essential trace element and potential toxicant, the effects of Zn fixation in soil are of practical significance. Soil samples from four field sites amended with ZnSO(4) were used to investigate ageing of soluble Zn under field conditions over a 2-year period. Lability of Zn measured using (65)Zn radioisotope dilution showed a significant decrease over time and hence evidence of Zn fixation in three of the four soils. However, 0.01 M CaCl(2) extractions and toxicity measurements using a genetically modified lux-marked bacterial biosensor did not indicate a decrease in soluble/bioavailable Zn over time. This was attributed to the strong regulatory effect of abiotic properties such as pH on these latter measurements. These results also showed that Zn ageing occurred immediately after Zn spiking, emphasising the need to incubate freshly spiked soils before ecotoxicity assessments.