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
生物可利用铜（bioavailable copper, [Cu]bio）；样品基质：土壤-水提取液（soil-water extracts）
检测原理
该传感方法以铜特异性全细胞生物发光菌株 Pseudomonas fluorescens DF57-Cu15 为识别与换能单元。菌株携带铜诱导的 luxAB 报告基因，当细胞接触土壤-水提取液中的生物可利用铜（可诱导 luxAB 表达的 Cu 物种，如游离 Cu2+ 或 Cu-DOM 复合物）时，铜感应调控系统被激活，luxAB 表达产生荧光素酶。荧光素酶催化底物氧化，在 490–500 nm 产生生物发光。90 min 孵育后，发光强度随 [Cu]bio 升高而增强，并与 CuSO4 标准溶液的发光标准曲线比较，换算为 μg Cu g−1 新鲜土壤。该方法通过基因表达实现信号放大，直接反映可诱导毒性铜池，而非总铜。
检测灵敏度
LOD: <0.005 μg g−1（原文标注为低于检出限）；线性范围: 0–1.5 μg g−1 [Cu]bio（原文：添加铜与 [Cu]bio 呈对数-对数线性关系）；斜率: 1.58 ± 0.083 SE（ln [Cu]bio 对 ln [Cu]add）；截距: -3.33 ± 0.138 SE
效应效果
该生物传感器用于 8 周微宇宙土壤-水提取液，发光值取两个分析重复均值，未报告 RSD、回收率或抗干扰数据。测定显示 [Cu]bio 随添加 Cu 增加，150 μg g−1 添加 Cu 时最高 1.57 μg g−1 fw；植物存在显著降低 [Cu]bio。作者称其为稳健的铜特异性生物传感器，可统一不同土壤与微生物毒性终点的暴露水平。据此，G. intraradices 菌丝生长 EC50 为 0.26 μg g−1 fw [Cu]bio（95% CI 0.16–0.34），相当于 55 μg g−1 fw 添加 Cu（41–65）；HNOEC 为 10 μg g−1 添加 Cu（0.019 μg g−1 [Cu]bio），LOEC 为 40 μg g−1（0.17 μg g−1）。ARDRA 在 0.019 μg g−1 [Cu]bio 即显示细菌群落结构变化，提示可用于评估低投入农业铜污染风险。
传感器的构成
- 反应容器：多孔板（multi-well plate），承载细胞悬液与样品，供发光计读取。
- 反应介质：最小培养基（100 mM KCl、20 mM HEPES pH 7.2、7.6 mM (NH4)2SO4、4 mM glycerol-2-phosphate disodium salt、0.8% w/v glucose），维持 P. fluorescens DF57-Cu15 活性与发光。
- 识别/感应元件：铜特异性 Pseudomonas fluorescens DF57-Cu15 菌株，含铜诱导 luxAB 报告基因，感知生物可利用 Cu。
- 样品基质：土壤-水提取液（soil-water extracts），提供待测生物可利用 Cu。
- 信号标记/换能元件：luxAB 基因编码荧光素酶，催化生物发光（peak emission 490–500 nm）。
- 定量标准：CuSO4 标准溶液，建立发光值与 [Cu]bio 的标准曲线。
- 读出仪器：Fluostar Optima 多板发光计（BMG Labtech），检测 490–500 nm 生物发光。
中文摘要
常见农业措施导致铜在全球农业土壤中累积。本研究在含铜土壤微宇宙中，考察生物可利用铜（[Cu]bio）对丛枝菌根真菌 Glomus intraradices 定殖及其他土壤微生物的影响。为避免经植物产生的间接效应，铜仅加入无根侧室。采用铜特异性 Pseudomonas fluorescens DF57-Cu15 生物发光菌株测定 [Cu]bio。在 0–1.5 μg g−1 [Cu]bio 范围内，添加铜与 [Cu]bio 呈对数-对数线性关系。无根室微生物定殖通过全细胞脂肪酸分析（WCFA）和扩增 rDNA 限制性分析（ARDRA）评价。WCFA 显示铜强烈抑制 AM 真菌定殖，[Cu]bio 为 0.26 μg g−1 时菌根生长减少 50%；其他主要微生物类群生物量未受显著影响。ARDRA 显示铜强烈改变细菌群落组成，可能因耐铜细菌比例增加。结果表明，将轻度铜污染土壤转为依赖 AM 真菌共生的低投入可持续农业时，可能出现产量问题。
英文摘要
Common agricultural practices result in accumulation of copper in agricultural soils worldwide. The effect of bioavailable copper ([Cu](bio)) on colonization of soil by the AM fungus Glomus intraradices and other soil microorganisms was investigated in microcosms containing copper-amended soil. To avoid indirect effects through the plant, copper was only added to root-free microcosm compartments. [Cu](bio) was measured using a Pseudomonas fluorescens biosensor strain. In the range of 0-1.5 μg g(-1) [Cu](bio), a log-log linear relationship between added copper and [Cu](bio) was found. Microbial colonization of the root-free compartment was evaluated by whole-cell fatty acid analysis (WCFA) and amplified rDNA restriction analysis (ARDRA). The WCFA analysis showed that the AM fungus soil colonization was severely inhibited by Cu with a 50% reduction of mycorrhizal growth at 0.26 μg g(-1) [Cu](bio). The growth of other main microbial groups was not significantly affected by copper. However, ARDRA analysis showed a very strong effect of copper on the bacterial community composition probably caused by an increased proportion of Cu-resistant bacteria. Our results suggest that problems with plant yield may arise when converting slightly copper-contaminated soils to land uses such as low-input and sustainable agriculture that are dependent on AM fungal symbiosis.