随着现代工业的高速发展,越来越多的汞离子随着工业废弃物被排放,并侵入到人类的生存环境中。作为有毒重金属离子,即使痕量的汞离子的存在也会对人体产生显著的生物毒性,严重者可导致死亡。基于对人类生命健康保护的需要,多种汞离子的检测方法和装置被不断研究和开发,但多数检测方法存在对汞离子的选择性差、灵敏度低且检测过程需要借助大型仪器、分析时间相对较长、操作复杂等缺陷,不利于痕量汞离子的高效便捷式检测和快速分析,在实际应用中存在较大的局限性。因此,开发高效灵敏、价格低廉、操作简便的汞离子特异性检测技术具有十分重要的意义。全细胞生物传感器集信号传感元件和输出元件为一体,以微生物细胞作为生物材料并利用自身的生物合成功能来特异性识别待分析物并产生相应的响应信号,具有性能稳定、环境适应能力强、操作便捷等优势,但在灵敏度、选择性以及适用性等性能方面仍有待改善和提高。基于这些需求,本研究利用金属调控蛋白Mer R响应调控机制以及蛋白质工程技术改造后荧光蛋白突变体构筑多种性能优异的汞离子全细胞生物传感器,并将其应用于实际水环境体系中低含量甚至痕量汞污染的高效检测。主要的研究内容和工作如下:（1）以可视化检测受污染水体中的Hg2+为研究目标,利用基因工程手段,通过金属调控蛋白Mer R的“转录激活”机制调控下游绿脓菌素合成基因在铜绿假单胞菌中的表达,以合成的绿脓菌素作为比色生物传感器的检测信号,实现特异性、可视化检测Hg2+。该比色生物传感器在25-1000 nmol/L范围内具有良好的线性关系,检测限为10 nmol/L。同时,该比色生物传感器具有良好的金属选择性,并能抵抗其他金属离子的干扰,且在较宽的p H范围内（p H 4-10）仍具有良好的性能。（2）上述利用比色法检测Hg2+的全细胞生物传感器需要用致病性的铜绿假单胞菌来表达绿脓菌素的合成基因,且在灵敏度方面有待提高。因此,基于金属调控蛋白Mer R的转录激活机制和微生物细胞表面展示技术,本章设计了以红色荧光蛋白m Cherry为报告模块的用于Hg2+检测的汞离子生物传感器来改善比色法生物传感器存在的问题。该传感器的检测系统可快速实现水样中Hg2+的可视化检测,对Hg2+具有优异的选择性和灵敏性,其检测限低至0.1 nmol/L。通过对微生物充分的模拟和利用,工程化的生化系统在受污染水体中Hg2+的检测方面具有很大的应用潜力。（3）为了开发灵敏度更高的汞离子生物传感器,基于上一章工作,本章采用双重信号增强的策略,使用对Hg2+响应的具有荧光增强的GFP突变体作为报告模块构建了信号放大型汞离子生物传感器,实现对水环境中低浓度甚至痕量汞的检测。该生物传感器在1-10000 nmol/L的相对较宽范围内显示出对Hg2+的响应,与大多数结构类似的生物传感器相比,其检测限提高了一至两个数量级。同时,该生物传感器具有良好的金属选择性,并且在较宽的p H范围（p H 4.0-10.0）内仍对Hg2+具有较好的响应。生物传感器的报告模块执行信号放大策略将广泛适用于许多其他的生物传感器,为提高生物传感器的性能提供一种有效的方式。（4）为提高对汞离子信号的响应速度,本章以开发单一蛋白同时作为信号感应元件和输出元件的全细胞生物传感器为目标,通过对荧光蛋白m Cherry生色团环境进行修饰,将荧光蛋白改构成对汞离子敏感的传感器,并通过微生物细胞表面展示技术将其展示于大肠杆菌表面,将其应用于汞污染的快速可视化检测。该生物传感器对微摩尔水平下的Hg2+有良好的响应,具有良好的金属选择性,同时在较宽的p H范围内仍对Hg2+具有较好的响应。此外,利用微生物固定化技术制备细胞-海藻酸钠水凝胶试纸,实现汞污染的现场可视化检测。细胞-海藻酸钠水凝胶试纸能在5 min内检测出汞污染,操作过程简单,设备廉价,且该试纸在4℃下能稳定保持24 h的荧光活性,可作为一种高通量筛选工具用于初步报告自然环境中汞污染的存在。