環境監測
發光細菌由于其獨特的生理特性，在環境監測中被作為測定環境中毒物的指標。發光細菌在正常的生理條件下能發出波長在450～490nm 的藍綠色可見光，在一定的試驗條件下發光強度是恒定的。與外來受試物接觸后，由于毒物具有抑制發光的作用，發光細菌的發光強度即有所改變，變化的程度與受試物的濃度在一定范圍內呈相關關系，同時與該物質的毒性大小有關。外來受試物主要通過下面兩個途徑抑制細菌發光：① 直接抑制參與發光反應的酶類活性；②抑制細胞內與發光反應有關的代謝過程。凡能夠干擾或破壞發光細菌呼吸、生長、新陳代謝等生理過程的任何有毒物質都可以根據發光強度的變化來測定。利用發光細菌來檢測有毒物質，由于有毒物質僅干擾發光細菌的發光系統，發光強度的變化可以用發光光度計測出，費時較少且靈敏度高，操作簡便，結果準確，所以利用發光細菌的發光強度作為指標來監測有毒物質，在國內外越來越受到重視，在環境監測中的應用也越來越廣泛。
利用發光細菌毒性試驗檢測環境污染物急性毒性備受重視，中國于1995年將這一方法列為環境毒性檢測的標準方法（GB/T15441—1995）。相信這一技術會在中國的環保事業中發揮更大的作用。
生物傳感器
利用發光細菌制作生物傳感器，是人們研究的熱點之一。發光細菌的發光強度與某些污染物的濃度呈較好的線性關系，能夠穩定、靈敏、快速地反映環境中污染物的濃度變化，因此，利用發光細菌制備識別元件，成為國內外傳感器研究和發展的熱點。20世紀80年代初美國Beckman公司推出功能完備的生物毒性測試儀，它具有應用范圍廣，靈敏度高，相關性好，反應速度快等優點，發光細菌毒性測試（Luminescent bacteria toxicitytest，L．B．T．）技術在世界范圍內迅速推廣。細菌能夠穩定、高效、持續發光是其被用做生物敏感材料來制備識別元件的基礎，因此篩選優良的菌種是傳感器制作的關鍵之一。海洋發光細菌是海洋環境中的正常微生物，從海洋環境中分離優良的發光細菌菌株是可行的。
基因組成
發光基因（lux gene）系統中包括結構基因luxC，D，A，B，E 和調節基因luxI和luxR 等。從不同發光細菌中分離得到的發光基因其種類和數量有所差異，例如luxF僅發現于明亮發光桿菌，但以上五個結構基因luxC，D，A，B，E 是普遍存在于已知的所有發光細菌中的。編碼菌熒光素酶的基因是luxA 和luxB，在lux操縱子中，luxA 和luxB 是緊密相連的。以哈維氏弧菌（Vibrio harveyi）為例，其luxA 基因中含有1065bp，編碼的α亞基是355個氨基酸的多肽，分子量為40kD；luxB基因中含有972bp，編碼的β亞基是有324個氨基酸的多肽，分子量為36kD。由α、β兩亞基組成的熒光酶的分子量為76 kD。編碼脂肪酸還原酶(多肽轉移酶和還原酶）的luxC和luxD位于luxA、luxB基因的上游一側，編碼合成酶的luxE基因位于luxA，luxB基因的下游一側。luxC 含有1431bp，編碼的蛋白質含有477個氨基酸，分子量為55 kD；luxD 編碼的蛋白質分子量為33 kD；luxE編碼的蛋白質分子量為42 kD。在明亮發光桿菌中還發現有luxF基因，它通常位于luxB和luxE之間，其編碼的蛋白質分子量為26 kD 左右，但lux F基因在弧菌屬和異短桿菌屬中的發光基因系統中尚未被發現。在以上所有菌株的操縱子中，這些基因的順序都相同，均為lux CDAB(F)E。
在lux 系統中，結構基因上游有2個調節基因，它們是lux I和luxR。它們分別屬于兩個不同的操縱子之中，lux I在右面的操縱子中，右面的操縱子中還含有lux CDAB(F)E基因，lux I位于lux C 的上游。lux 系統的整個結構如下：luxR，lux DAB(F)E。lux I編碼的是發光細菌自誘導物（autoinducer）因子合成酶，luxR 編碼的是發光系統的調節蛋白。研究表明，luxI和luxR基因的表達產物都是lux 系統完整表達并產生發光的調節物質，任何一個基因的有效突變都會改變lux系統的表達水平，甚至使發光細菌變為暗變種。