水環(huán)境中污染微生物的檢測(cè)及其影響因素研究

劉潤澤

摘 要： 水環(huán)境微生物污染是全球面臨的嚴(yán)重問題，其中包括細(xì)菌、病毒、寄生蟲和藻類等微生物。這些微生物對(duì)人類和動(dòng)物健康造成威脅，因此水環(huán)境微生物檢測(cè)的重要性日益凸顯。目前常用的檢測(cè)方法包括培養(yǎng)法、免疫法和核酸檢測(cè)法。培養(yǎng)法操作簡單但耗時(shí)長，免疫法價(jià)格高且操作繁瑣，而核酸檢測(cè)法具有高靈敏度和快速性。此外，微生物傳感器作為一種新興的檢測(cè)方法，具有實(shí)時(shí)、快速和低成本等優(yōu)勢(shì)，在水環(huán)境微生物監(jiān)測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。水環(huán)境微生物污染的主要因素包括未經(jīng)處理的生活污水排放、畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的糞便污染以及醫(yī)療廢物和廢水的排放。為了保護(hù)水源安全和人類健康，有必要加強(qiáng)水環(huán)境微生物監(jiān)測(cè)和治理工作，同時(shí)不斷改進(jìn)和提高檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性和效率。

關(guān)鍵詞： 水環(huán)境 污染 微生物 檢測(cè) 影響因素

中圖分類號(hào)： R123文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2023）12-0041-03

水環(huán)境是人類生活中不可或缺的資源，但隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，水環(huán)境的污染也日益嚴(yán)重。水環(huán)境中的微生物污染直接關(guān)系到人類的健康和生存環(huán)境的質(zhì)量[1]。因此，對(duì)水環(huán)境中污染微生物的檢測(cè)和研究已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。水環(huán)境中微生物的污染主要包括細(xì)菌、病毒和寄生蟲等[2]。這些微生物來源于各種污染源，如生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)排放等。對(duì)水環(huán)境中微生物的檢測(cè)和研究是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染情況，采取相應(yīng)的措施保護(hù)水資源和人類健康[3]。近年來，隨著分子生物學(xué)和生物技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是高通量測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等技術(shù)的出現(xiàn)，水環(huán)境中污染微生物的檢測(cè)和研究已經(jīng)獲得重大的突破和進(jìn)展。本文對(duì)當(dāng)前水環(huán)境中污染微生物的檢測(cè)和影響因素進(jìn)展進(jìn)行綜述，分析現(xiàn)有技術(shù)和方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為今后的相關(guān)研究提供參考。

1 水中污染微生物概述

水中存在多種微生物污染，包括細(xì)菌、病毒、寄生蟲和藻類等。細(xì)菌是最常見的水中微生物，其中一些可以引發(fā)胃腸道感染和食物中毒。常見的細(xì)菌有大腸桿菌、沙門氏菌和霍亂弧菌等[4]。病毒是一種非細(xì)胞的微生物，可以引發(fā)呼吸道和消化道的感染，如諾如病毒和輪狀病毒等[5]。寄生蟲是一類以寄生生活方式為特征的微生物，常見的有原蟲、蠕蟲和線蟲等，它們可以引發(fā)腹瀉和肝臟疾病。藻類是一類植物微生物，它們可以在水中繁殖形成藻華，導(dǎo)致水質(zhì)變差，產(chǎn)生毒素，對(duì)人和動(dòng)物造成危害[6]。

病毒是一類非細(xì)胞性的微生物，分成以DNA或RNA為基因物質(zhì)的病毒，如腸病毒、肝炎病毒和輪狀病毒等。特別是在地表水環(huán)境中，存在冠狀病毒等病毒的污染風(fēng)險(xiǎn)。這些水中的病毒普遍存在，并且具有長時(shí)間存活和高感染風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，對(duì)細(xì)菌而言，雖少部分細(xì)菌能夠產(chǎn)生孢子，但大部分細(xì)菌在水體中存活的時(shí)間并不長[5]。此外，水中還可能存在其他微生物污染，如真菌和原生動(dòng)物。真菌是一類單細(xì)胞或多細(xì)胞的真核生物，它們可以在水中繁殖并引發(fā)感染，如白色念珠菌等[2]。原生動(dòng)物是一類單細(xì)胞的真核生物，常見的有阿米巴原蟲和鞭毛蟲等，它們可以引發(fā)胃腸道感染和腦膜炎等疾病。

2 水環(huán)境有害微生物檢測(cè)

水環(huán)境中污染微生物的檢測(cè)對(duì)于預(yù)防和控制污染具有重要意義。常見的檢測(cè)方法包括培養(yǎng)法、免疫法和核酸檢測(cè)法。其中，培養(yǎng)法是一種操作簡單、成本較低的方法，可以通過培養(yǎng)微生物在特定培養(yǎng)基上的生長來檢測(cè)其存在[4]。然而，培養(yǎng)法的靈敏度相對(duì)較低且耗時(shí)較長，無法滿足現(xiàn)代水環(huán)境微生物檢測(cè)的高要求。隨著技術(shù)的不斷更新，免疫法和核酸檢測(cè)法成為了水環(huán)境微生物檢測(cè)的重要手段。免疫法利用抗體與目標(biāo)微生物之間的特異性結(jié)合來檢測(cè)微生物的存在。核酸檢測(cè)法是一種基于微生物的核酸特異性序列進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括PCR、實(shí)時(shí)熒光PCR和基因芯片等。

2.1 免疫法

在水環(huán)境中，微生物的污染是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)樗鼈兛赡軐?duì)水質(zhì)和人類健康造成潛在的威脅。因此，準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)和監(jiān)測(cè)水中的微生物污染變得尤為重要。免疫法作為一種特異性識(shí)別微生物的方法，已被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中微生物的檢測(cè)[5]。ELISA（酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法）和免疫層析技術(shù)是常見的免疫法檢測(cè)方法。ELISA利用抗體與微生物抗原的特異性結(jié)合來實(shí)現(xiàn)微生物的檢測(cè)。通過將待測(cè)樣品與特定的抗體結(jié)合，然后加入酶標(biāo)記的抗體，通過酶標(biāo)記物的反應(yīng)來檢測(cè)目標(biāo)微生物的存在與否[3]。免疫層析技術(shù)則是一種簡單、快速、便攜的檢測(cè)方法，通過特定抗體和待測(cè)樣品中的微生物結(jié)合，形成可見的測(cè)試線來判斷目標(biāo)微生物的存在。此外，微芯片技術(shù)結(jié)合ELISA和ELFA（酶聯(lián)免疫熒光分析法）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定微生物的快速識(shí)別[4]。微芯片上固定了多個(gè)具有特異性的抗體，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)微生物的檢測(cè)。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于高通量、高靈敏度和快速性，可以大大提高微生物檢測(cè)的效率。

盡管免疫法在大腸桿菌監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較多，但仍存在價(jià)格高、耗時(shí)長等問題。免疫法的實(shí)施需要特定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試劑，造成了較高的成本。同時(shí)，免疫法的操作步驟較為繁瑣，需要較長的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。因此，仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以提高免疫法的效率、降低成本，并滿足實(shí)際應(yīng)用的需求[5]。

2.2 核酸法

水環(huán)境中污染微生物的核酸法檢測(cè)是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，包括qPCR、RT-qPCR、分子雜交技術(shù)和DNA測(cè)序等。這些方法利用微生物的特異性核酸序列進(jìn)行檢測(cè)，具有高靈敏度、快速和定量信息等特點(diǎn)。核酸法檢測(cè)已成為傳統(tǒng)培養(yǎng)法的主要補(bǔ)充，為水環(huán)境中微生物的監(jiān)測(cè)提供了重要的手段。其中，qPCR和RT-qPCR是應(yīng)用最廣泛的核酸檢測(cè)方法，能夠檢測(cè)病毒、細(xì)菌和原生動(dòng)物等各類微生物，并可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)水環(huán)境中的微生物污染情況，并對(duì)其數(shù)量進(jìn)行定量分析[3]。此外，核酸檢測(cè)法還可以提供微生物溯源的信息，有助于追蹤和分析微生物的來源和傳播途徑。然而，核酸檢測(cè)法也存在一些限制。首先，分子法不能確定微生物的致病性，因?yàn)樗荒軝z測(cè)到微生物的存在與否，無法評(píng)估其對(duì)水環(huán)境和人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)。其次，核酸檢測(cè)結(jié)果可能受到操作程序的影響，如樣品的預(yù)處理、核酸提取和PCR反應(yīng)條件等。因此，在進(jìn)行核酸檢測(cè)時(shí)，需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為了進(jìn)一步推動(dòng)核酸檢測(cè)法在水環(huán)境中的應(yīng)用，未來的研究方向應(yīng)該包括優(yōu)化PCR技術(shù)，提高其檢測(cè)的特異性和靈敏度，同時(shí)與培養(yǎng)法進(jìn)行相關(guān)性研究，深入探究微生物的生物學(xué)特性和功能[4]。此外，還可以探索其他新興的檢測(cè)技術(shù)，如細(xì)菌-ATP測(cè)定和微流控技術(shù)等，以提供更全面的水環(huán)境微生物監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)參考。

2.3 其他方法

除了上述方法之外，還有其他一些方法可用于檢測(cè)水環(huán)境中的微生物。分子生物學(xué)方法利用特定的基因序列或DNA標(biāo)記來檢測(cè)和鑒定水環(huán)境中的微生物。其中，聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）是最常用的分子生物學(xué)方法之一[2]。通過擴(kuò)增微生物特定基因的DNA片段，可以快速、準(zhǔn)確地鑒定微生物的存在和數(shù)量。此外，實(shí)時(shí)熒光PCR和定量PCR等技術(shù)也可以用于檢測(cè)微生物的濃度和活性。流式細(xì)胞術(shù)也是一種利用細(xì)胞在流動(dòng)狀態(tài)下通過激光束進(jìn)行快速檢測(cè)和計(jì)數(shù)的方法。通過標(biāo)記微生物細(xì)胞的特定抗體或熒光染料，可以對(duì)水樣中的微生物進(jìn)行快速鑒定和計(jì)數(shù)。流式細(xì)胞術(shù)具有高靈敏度、高通量和自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)，適用于對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化的研究。質(zhì)譜技術(shù)也是一種基于化學(xué)分析的方法，可以用來鑒定和定量微生物中的有機(jī)化合物和代謝產(chǎn)物。質(zhì)譜技術(shù)可以通過分析微生物中的特定代謝產(chǎn)物，來判斷其存在和活性[4]。例如：質(zhì)譜技術(shù)可以用于檢測(cè)水中的微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物，從而評(píng)估水質(zhì)和微生物活性。微生物傳感器是一種利用微生物對(duì)特定物質(zhì)的選擇性反應(yīng)來檢測(cè)和測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的方法。通過將特定的微生物細(xì)胞與傳感器組件結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣中特定微生物的實(shí)時(shí)、快速和準(zhǔn)確檢測(cè)。微生物生物傳感器具有高靈敏度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和低成本等優(yōu)勢(shì)，適用于水環(huán)境微生物監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[3]。

3 影響水環(huán)境微生物污染的因素

3.1 未經(jīng)處理的生活污水排入

未經(jīng)處理的生活污水排入水環(huán)境是一種嚴(yán)重的污染源，對(duì)水體中的微生物群落產(chǎn)生了不可忽視的影響。未經(jīng)處理的生活污水中含有大量的細(xì)菌和病原微生物，如大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂弧菌等[5]。這些微生物可以通過生活污水排入水體，引起水環(huán)境的微生物污染。加之生活污水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)在進(jìn)入水體后會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化使水體中微生物的生長條件更加有利，從而引發(fā)微生物群落的過度繁殖，這也會(huì)導(dǎo)致水體中的溶解氧含量下降，從而改變了水體微生物的生存環(huán)境。一些氧氣需求量較高的微生物會(huì)取代原本的水體微生物群落。同時(shí)，生活污水中可能含有各種化學(xué)物質(zhì)，如重金屬、有機(jī)污染物等。這些污染物在未經(jīng)處理的情況下排入水體，會(huì)對(duì)水中微生物產(chǎn)生毒性作用，影響微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能[3]。

3.2 畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的糞便污染

畜禽養(yǎng)殖是全球食品供應(yīng)鏈中的重要環(huán)節(jié)，但其規(guī)模不斷擴(kuò)大和集約化的趨勢(shì)導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題，其中之一就是水環(huán)境微生物污染。畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的糞便污染是水環(huán)境微生物污染的主要因素之一。糞便中存在大量的微生物，包括細(xì)菌、病毒和寄生蟲等，這些微生物可以通過不當(dāng)處理或直接排放進(jìn)入水體，對(duì)水環(huán)境和人類健康造成潛在威脅。首先，畜禽養(yǎng)殖的規(guī)模擴(kuò)大導(dǎo)致了糞便的大量產(chǎn)生。隨著養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模的增加，養(yǎng)殖動(dòng)物數(shù)量也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。大量的糞便產(chǎn)生無法及時(shí)處理，導(dǎo)致糞便在養(yǎng)殖場(chǎng)周圍堆積，從而增加了糞便進(jìn)入水體的可能性[2]。其次，糞便的不當(dāng)處理也是導(dǎo)致水環(huán)境微生物污染的因素之一。在許多養(yǎng)殖場(chǎng)中，糞便通常被堆放在露天或不適當(dāng)?shù)娜萜髦校狈m當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。這使糞便中的微生物通過雨水沖刷或滲漏進(jìn)入水體，從而引起水環(huán)境的微生物污染。此外，畜禽養(yǎng)殖過程中使用的飼料和藥物也會(huì)對(duì)水環(huán)境微生物污染產(chǎn)生影響。養(yǎng)殖動(dòng)物經(jīng)常接受飼料添加劑和抗生素等藥物的使用，這些物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)經(jīng)過代謝后，會(huì)以糞便的形式排放到環(huán)境中。這些添加劑和抗生素殘留物可能對(duì)水環(huán)境中的微生物群落產(chǎn)生不利影響，甚至引發(fā)耐藥性菌株的出現(xiàn)，對(duì)水環(huán)境和人類健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3.3 醫(yī)療廢物和廢水

水環(huán)境微生物污染是指水體中存在的微生物數(shù)量超過了正常水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人類健康和環(huán)境造成了潛在的危害。醫(yī)療廢物和廢水是導(dǎo)致水環(huán)境微生物污染的重要因素之一。醫(yī)療廢物包括感染性廢物、醫(yī)療器械和藥品殘?jiān)?。如果這些廢物沒有經(jīng)過正確的處置和處理，會(huì)直接或間接地進(jìn)入水環(huán)境。感染性廢物中含有病原微生物，如果未經(jīng)適當(dāng)處理就被排放到水體中，會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境中微生物的數(shù)量急劇增加。同時(shí)，醫(yī)院、診所和藥店等醫(yī)療機(jī)構(gòu)的廢水中含有大量的藥物殘留物和化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)可能對(duì)水體中的微生物造成抑制或殺滅作用，從而改變水環(huán)境中微生物種群的組成和數(shù)量。此外，廢水中的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)為微生物的生長提供良好的條件，導(dǎo)致微生物數(shù)量的增加。在醫(yī)療過程中，廣泛使用的抗生素和抗菌劑不僅可以抑制或殺滅病原微生物，還可能對(duì)水環(huán)境中的非靶標(biāo)微生物產(chǎn)生殺菌作用，這可能導(dǎo)致水環(huán)境中微生物種群的變化和微生物耐藥性的增加。醫(yī)療廢物和廢水中存在的病原微生物，如細(xì)菌、病毒和寄生蟲等，可能通過水體傳播到其他地方，并對(duì)人類和動(dòng)物造成感染風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

水環(huán)境中微生物的檢測(cè)對(duì)于保障水質(zhì)安全和公共健康至關(guān)重要。目前已有多種檢測(cè)方法，包括培養(yǎng)法、免疫法和核酸檢測(cè)法等。雖然這些方法在不同程度上可以滿足檢測(cè)需求，但仍存在一些挑戰(zhàn)和限制。培養(yǎng)法操作簡單，但其耗時(shí)和靈敏度有限。免疫法具有較高的特異性，但價(jià)格高昂且操作復(fù)雜。核酸檢測(cè)法具有高靈敏度和特異性，但設(shè)備和試劑的成本較高。此外，水環(huán)境微生物污染的主要因素包括未經(jīng)處理的生活污水排放、畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的糞便污染以及醫(yī)療廢物和廢水的排放。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以期待未來出現(xiàn)更加高效和便捷的檢測(cè)方法。例如：基于質(zhì)譜的方法可以提供更高的靈敏度和特異性，而微生物生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和低成本。此外，分子生物學(xué)方法如PCR技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展也將為微生物檢測(cè)提供更多可能。

在未來的研究中，需進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有的檢測(cè)方法，提高其靈敏度、準(zhǔn)確性和實(shí)用性。同時(shí)，還需要加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境微生物污染的監(jiān)測(cè)和管理，減少污染源的排放，保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境。綜上所述，水環(huán)境微生物的檢測(cè)對(duì)于保障水質(zhì)安全和公共健康具有重要意義。未來的研究應(yīng)該繼續(xù)探索和發(fā)展更加高效和便捷的檢測(cè)方法，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境微生物污染的監(jiān)測(cè)和管理，以保護(hù)水資源和維護(hù)生態(tài)平衡。

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