水环境中污染微生物的检测及其影响因素研究

刘润泽

摘 要： 水环境微生物污染是全球面临的严重问题，其中包括细菌、病毒、寄生虫和藻类等微生物。这些微生物对人类和动物健康造成威胁，因此水环境微生物检测的重要性日益凸显。目前常用的检测方法包括培养法、免疫法和核酸检测法。培养法操作简单但耗时长，免疫法价格高且操作繁琐，而核酸检测法具有高灵敏度和快速性。此外，微生物传感器作为一种新兴的检测方法，具有实时、快速和低成本等优势，在水环境微生物监测中具有广阔的应用前景。水环境微生物污染的主要因素包括未经处理的生活污水排放、畜禽养殖导致的粪便污染以及医疗废物和废水的排放。为了保护水源安全和人类健康，有必要加强水环境微生物监测和治理工作，同时不断改进和提高检测方法的准确性和效率。

关键词： 水环境 污染 微生物 检测 影响因素

中图分类号： R123文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2023）12-0041-03

水环境是人类生活中不可或缺的资源，但随着人类社会的不断发展，水环境的污染也日益严重。水环境中的微生物污染直接关系到人类的健康和生存环境的质量[1]。因此，对水环境中污染微生物的检测和研究已经成为环境科学领域中的一个热点和难点。水环境中微生物的污染主要包括细菌、病毒和寄生虫等[2]。这些微生物来源于各种污染源，如生活污水、工业废水和农业排放等。对水环境中微生物的检测和研究是为了及时发现和监测水质污染情况，采取相应的措施保护水资源和人类健康[3]。近年来，随着分子生物学和生物技术的迅速发展，特别是高通量测序、蛋白质组学和代谢组学等技术的出现，水环境中污染微生物的检测和研究已经获得重大的突破和进展。本文对当前水环境中污染微生物的检测和影响因素进展进行综述，分析现有技术和方法的优缺点，为今后的相关研究提供参考。

1 水中污染微生物概述

水中存在多种微生物污染，包括细菌、病毒、寄生虫和藻类等。细菌是最常见的水中微生物，其中一些可以引发胃肠道感染和食物中毒。常见的细菌有大肠杆菌、沙门氏菌和霍乱弧菌等[4]。病毒是一种非细胞的微生物，可以引发呼吸道和消化道的感染，如诺如病毒和轮状病毒等[5]。寄生虫是一类以寄生生活方式为特征的微生物，常见的有原虫、蠕虫和线虫等，它们可以引发腹泻和肝脏疾病。藻类是一类植物微生物，它们可以在水中繁殖形成藻华，导致水质变差，产生毒素，对人和动物造成危害[6]。

病毒是一类非细胞性的微生物，分成以DNA或RNA为基因物质的病毒，如肠病毒、肝炎病毒和轮状病毒等。特别是在地表水环境中，存在冠状病毒等病毒的污染风险。这些水中的病毒普遍存在，并且具有长时间存活和高感染风险的特点，对细菌而言，虽少部分细菌能够产生孢子，但大部分细菌在水体中存活的时间并不长[5]。此外，水中还可能存在其他微生物污染，如真菌和原生动物。真菌是一类单细胞或多细胞的真核生物，它们可以在水中繁殖并引发感染，如白色念珠菌等[2]。原生动物是一类单细胞的真核生物，常见的有阿米巴原虫和鞭毛虫等，它们可以引发胃肠道感染和脑膜炎等疾病。

2 水环境有害微生物检测

水环境中污染微生物的检测对于预防和控制污染具有重要意义。常见的检测方法包括培养法、免疫法和核酸检测法。其中，培养法是一种操作简单、成本较低的方法，可以通过培养微生物在特定培养基上的生长来检测其存在[4]。然而，培养法的灵敏度相对较低且耗时较长，無法满足现代水环境微生物检测的高要求。随着技术的不断更新，免疫法和核酸检测法成为了水环境微生物检测的重要手段。免疫法利用抗体与目标微生物之间的特异性结合来检测微生物的存在。核酸检测法是一种基于微生物的核酸特异性序列进行检测的方法，包括PCR、实时荧光PCR和基因芯片等。

2.1 免疫法

在水环境中，微生物的污染是一个严重的问题，因为它们可能对水质和人类健康造成潜在的威胁。因此，准确、快速地检测和监测水中的微生物污染变得尤为重要。免疫法作为一种特异性识别微生物的方法，已被广泛应用于水环境中微生物的检测[5]。ELISA（酶联免疫吸附测定法）和免疫层析技术是常见的免疫法检测方法。ELISA利用抗体与微生物抗原的特异性结合来实现微生物的检测。通过将待测样品与特定的抗体结合，然后加入酶标记的抗体，通过酶标记物的反应来检测目标微生物的存在与否[3]。免疫层析技术则是一种简单、快速、便携的检测方法，通过特定抗体和待测样品中的微生物结合，形成可见的测试线来判断目标微生物的存在。此外，微芯片技术结合ELISA和ELFA（酶联免疫荧光分析法）可以实现对特定微生物的快速识别[4]。微芯片上固定了多个具有特异性的抗体，可以同时进行多个目标微生物的检测。这种技术的优势在于高通量、高灵敏度和快速性，可以大大提高微生物检测的效率。

尽管免疫法在大肠杆菌监测中应用较多，但仍存在价格高、耗时长等问题。免疫法的实施需要特定的实验设备和试剂，造成了较高的成本。同时，免疫法的操作步骤较为繁琐，需要较长的实验时间。因此，仍需进一步研究和改进，以提高免疫法的效率、降低成本，并满足实际应用的需求[5]。

2.2 核酸法

水环境中污染微生物的核酸法检测是一种广泛应用的技术，包括qPCR、RT-qPCR、分子杂交技术和DNA测序等。这些方法利用微生物的特异性核酸序列进行检测，具有高灵敏度、快速和定量信息等特点。核酸法检测已成为传统培养法的主要补充，为水环境中微生物的监测提供了重要的手段。其中，qPCR和RT-qPCR是应用最广泛的核酸检测方法，能够检测病毒、细菌和原生动物等各类微生物，并可以快速、准确地检测水环境中的微生物污染情况，并对其数量进行定量分析[3]。此外，核酸检测法还可以提供微生物溯源的信息，有助于追踪和分析微生物的来源和传播途径。然而，核酸检测法也存在一些限制。首先，分子法不能确定微生物的致病性，因为它只能检测到微生物的存在与否，无法评估其对水环境和人体健康的潜在风险。其次，核酸检测结果可能受到操作程序的影响，如样品的预处理、核酸提取和PCR反应条件等。因此，在进行核酸检测时，需要严格控制实验条件，以确保结果的准确性和可靠性。为了进一步推动核酸检测法在水环境中的应用，未来的研究方向应该包括优化PCR技术，提高其检测的特异性和灵敏度，同时与培养法进行相关性研究，深入探究微生物的生物学特性和功能[4]。此外，还可以探索其他新兴的检测技术，如细菌-ATP测定和微流控技术等，以提供更全面的水环境微生物监测和预警系统参考。

2.3 其他方法

除了上述方法之外，还有其他一些方法可用于检测水环境中的微生物。分子生物学方法利用特定的基因序列或DNA标记来检测和鉴定水环境中的微生物。其中，聚合酶链反应（PCR）是最常用的分子生物学方法之一[2]。通过扩增微生物特定基因的DNA片段，可以快速、准确地鉴定微生物的存在和数量。此外，实时荧光PCR和定量PCR等技术也可以用于检测微生物的浓度和活性。流式细胞术也是一种利用细胞在流动状态下通过激光束进行快速检测和计数的方法。通过标记微生物细胞的特定抗体或荧光染料，可以对水样中的微生物进行快速鉴定和计数。流式细胞术具有高灵敏度、高通量和自动化等优势，适用于对微生物群落结构和动态变化的研究。质谱技术也是一种基于化学分析的方法，可以用来鉴定和定量微生物中的有机化合物和代谢产物。质谱技术可以通过分析微生物中的特定代谢产物，来判断其存在和活性[4]。例如：质谱技术可以用于检测水中的微生物产生的挥发性有机物，从而评估水质和微生物活性。微生物传感器是一种利用微生物对特定物质的选择性反应来检测和测量目标物质的方法。通过将特定的微生物细胞与传感器组件结合，可以实现对水样中特定微生物的实时、快速和准确检测。微生物生物传感器具有高灵敏度、实时监测和低成本等优势，适用于水环境微生物监测的现场应用[3]。

3 影响水环境微生物污染的因素

3.1 未经处理的生活污水排入

未经处理的生活污水排入水环境是一种严重的污染源，对水体中的微生物群落产生了不可忽视的影响。未经处理的生活污水中含有大量的细菌和病原微生物，如大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱弧菌等[5]。这些微生物可以通过生活污水排入水体，引起水环境的微生物污染。加之生活污水中含有大量的有机物质、氮、磷等营养物质，这些物质在进入水体后会导致水体富营养化。富营养化使水体中微生物的生长条件更加有利，从而引发微生物群落的过度繁殖，这也会导致水体中的溶解氧含量下降，从而改变了水体微生物的生存环境。一些氧气需求量较高的微生物会取代原本的水体微生物群落。同时，生活污水中可能含有各种化学物质，如重金属、有机污染物等。这些污染物在未经处理的情况下排入水体，会对水中微生物产生毒性作用，影响微生物群落的结构和功能[3]。

3.2 畜禽养殖导致的粪便污染

畜禽养殖是全球食品供应链中的重要环节，但其规模不断扩大和集约化的趋势导致了严重的环境问题，其中之一就是水环境微生物污染。畜禽养殖导致的粪便污染是水環境微生物污染的主要因素之一。粪便中存在大量的微生物，包括细菌、病毒和寄生虫等，这些微生物可以通过不当处理或直接排放进入水体，对水环境和人类健康造成潜在威胁。首先，畜禽养殖的规模扩大导致了粪便的大量产生。随着养殖场规模的增加，养殖动物数量也呈现出快速增长的趋势。大量的粪便产生无法及时处理，导致粪便在养殖场周围堆积，从而增加了粪便进入水体的可能性[2]。其次，粪便的不当处理也是导致水环境微生物污染的因素之一。在许多养殖场中，粪便通常被堆放在露天或不适当的容器中，缺乏适当的处理措施。这使粪便中的微生物通过雨水冲刷或渗漏进入水体，从而引起水环境的微生物污染。此外，畜禽养殖过程中使用的饲料和药物也会对水环境微生物污染产生影响。养殖动物经常接受饲料添加剂和抗生素等药物的使用，这些物质在动物体内经过代谢后，会以粪便的形式排放到环境中。这些添加剂和抗生素残留物可能对水环境中的微生物群落产生不利影响，甚至引发耐药性菌株的出现，对水环境和人类健康构成潜在风险[4]。

3.3 医疗废物和废水

水环境微生物污染是指水体中存在的微生物数量超过了正常水质标准，对人类健康和环境造成了潜在的危害。医疗废物和废水是导致水环境微生物污染的重要因素之一。医疗废物包括感染性废物、医疗器械和药品残渣等。如果这些废物没有经过正确的处置和处理，会直接或间接地进入水环境。感染性废物中含有病原微生物，如果未经适当处理就被排放到水体中，会导致水环境中微生物的数量急剧增加。同时，医院、诊所和药店等医疗机构的废水中含有大量的药物残留物和化学物质。这些物质可能对水体中的微生物造成抑制或杀灭作用，从而改变水环境中微生物种群的组成和数量。此外，废水中的有机物和营养物质也会为微生物的生长提供良好的条件，导致微生物数量的增加。在医疗过程中，广泛使用的抗生素和抗菌剂不仅可以抑制或杀灭病原微生物，还可能对水环境中的非靶标微生物产生杀菌作用，这可能导致水环境中微生物种群的变化和微生物耐药性的增加。医疗废物和废水中存在的病原微生物，如细菌、病毒和寄生虫等，可能通过水体传播到其他地方，并对人类和动物造成感染风险。

4 结语

水环境中微生物的检测对于保障水质安全和公共健康至关重要。目前已有多种检测方法，包括培养法、免疫法和核酸检测法等。虽然这些方法在不同程度上可以满足检测需求，但仍存在一些挑战和限制。培养法操作简单，但其耗时和灵敏度有限。免疫法具有较高的特异性，但价格高昂且操作复杂。核酸检测法具有高灵敏度和特异性，但设备和试剂的成本较高。此外，水环境微生物污染的主要因素包括未经处理的生活污水排放、畜禽养殖导致的粪便污染以及医疗废物和废水的排放。随着技术的不断发展，我们可以期待未来出现更加高效和便捷的检测方法。例如：基于质谱的方法可以提供更高的灵敏度和特异性，而微生物生物传感器可以实现实时监测和低成本。此外，分子生物学方法如PCR技术的不断改进和发展也将为微生物检测提供更多可能。

在未来的研究中，需进一步优化和改进现有的检测方法，提高其灵敏度、准确性和实用性。同时，还需要加强对水环境微生物污染的监测和管理，减少污染源的排放，保护水资源和生态环境。综上所述，水环境微生物的检测对于保障水质安全和公共健康具有重要意义。未来的研究应该继续探索和发展更加高效和便捷的检测方法，同时加强对水环境微生物污染的监测和管理，以保护水资源和维护生态平衡。

参考文献

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