水環境中污染微生物的檢測及其影響因素研究

劉潤澤

摘 要： 水環境微生物污染是全球面臨的嚴重問題，其中包括細菌、病毒、寄生蟲和藻類等微生物。這些微生物對人類和動物健康造成威脅，因此水環境微生物檢測的重要性日益凸顯。目前常用的檢測方法包括培養法、免疫法和核酸檢測法。培養法操作簡單但耗時長，免疫法價格高且操作繁瑣，而核酸檢測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方法，具有實時、快速和低成本等優勢，在水環境微生物監測中具有廣闊的應用前景。水環境微生物污染的主要因素包括未經處理的生活污水排放、畜禽養殖導致的糞便污染以及醫療廢物和廢水的排放。為了保護水源安全和人類健康，有必要加強水環境微生物監測和治理工作，同時不斷改進和提高檢測方法的準確性和效率。

關鍵詞： 水環境 污染 微生物 檢測 影響因素

中圖分類號： R123文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2023）12-0041-03

水環境是人類生活中不可或缺的資源，但隨著人類社會的不斷發展，水環境的污染也日益嚴重。水環境中的微生物污染直接關系到人類的健康和生存環境的質量[1]。因此，對水環境中污染微生物的檢測和研究已經成為環境科學領域中的一個熱點和難點。水環境中微生物的污染主要包括細菌、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、工業廢水和農業排放等。對水環境中微生物的檢測和研究是為了及時發現和監測水質污染情況，采取相應的措施保護水資源和人類健康[3]。近年來，隨著分子生物學和生物技術的迅速發展，特別是高通量測序、蛋白質組學和代謝組學等技術的出現，水環境中污染微生物的檢測和研究已經獲得重大的突破和進展。本文對當前水環境中污染微生物的檢測和影響因素進展進行綜述，分析現有技術和方法的優缺點，為今后的相關研究提供參考。

1 水中污染微生物概述

水中存在多種微生物污染，包括細菌、病毒、寄生蟲和藻類等。細菌是最常見的水中微生物，其中一些可以引發胃腸道感染和食物中毒。常見的細菌有大腸桿菌、沙門氏菌和霍亂弧菌等[4]。病毒是一種非細胞的微生物，可以引發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，導致水質變差，產生毒素，對人和動物造成危害[6]。

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

2 水環境有害微生物檢測

水環境中污染微生物的檢測對于預防和控制污染具有重要意義。常見的檢測方法包括培養法、免疫法和核酸檢測法。其中，培養法是一種操作簡單、成本較低的方法，可以通過培養微生物在特定培養基上的生長來檢測其存在[4]。然而，培養法的靈敏度相對較低且耗時較長，無法滿足現代水環境微生物檢測的高要求。隨著技術的不斷更新，免疫法和核酸檢測法成為了水環境微生物檢測的重要手段。免疫法利用抗體與目標微生物之間的特異性結合來檢測微生物的存在。核酸檢測法是一種基于微生物的核酸特異性序列進行檢測的方法，包括PCR、實時熒光PCR和基因芯片等。

2.1 免疫法

在水環境中，微生物的污染是一個嚴重的問題，因為它們可能對水質和人類健康造成潛在的威脅。因此，準確、快速地檢測和監測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別微生物的方法，已被廣泛應用于水環境中微生物的檢測[5]。ELISA（酶聯免疫吸附測定法）和免疫層析技術是常見的免疫法檢測方法。ELISA利用抗體與微生物抗原的特異性結合來實現微生物的檢測。通過將待測樣品與特定的抗體結合，然后加入酶標記的抗體，通過酶標記物的反應來檢測目標微生物的存在與否[3]。免疫層析技術則是一種簡單、快速、便攜的檢測方法，通過特定抗體和待測樣品中的微生物結合，形成可見的測試線來判斷目標微生物的存在。此外，微芯片技術結合ELISA和ELFA（酶聯免疫熒光分析法）可以實現對特定微生物的快速識別[4]。微芯片上固定了多個具有特異性的抗體，可以同時進行多個目標微生物的檢測。這種技術的優勢在于高通量、高靈敏度和快速性，可以大大提高微生物檢測的效率。

盡管免疫法在大腸桿菌監測中應用較多，但仍存在價格高、耗時長等問題。免疫法的實施需要特定的實驗設備和試劑，造成了較高的成本。同時，免疫法的操作步驟較為繁瑣，需要較長的實驗時間。因此，仍需進一步研究和改進，以提高免疫法的效率、降低成本，并滿足實際應用的需求[5]。

2.2 核酸法

水環境中污染微生物的核酸法檢測是一種廣泛應用的技術，包括qPCR、RT-qPCR、分子雜交技術和DNA測序等。這些方法利用微生物的特異性核酸序列進行檢測，具有高靈敏度、快速和定量信息等特點。核酸法檢測已成為傳統培養法的主要補充，為水環境中微生物的監測提供了重要的手段。其中，qPCR和RT-qPCR是應用最廣泛的核酸檢測方法，能夠檢測病毒、細菌和原生動物等各類微生物，并可以快速、準確地檢測水環境中的微生物污染情況，并對其數量進行定量分析[3]。此外，核酸檢測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，因為它只能檢測到微生物的存在與否，無法評估其對水環境和人體健康的潛在風險。其次，核酸檢測結果可能受到操作程序的影響，如樣品的預處理、核酸提取和PCR反應條件等。因此，在進行核酸檢測時，需要嚴格控制實驗條件，以確保結果的準確性和可靠性。為了進一步推動核酸檢測法在水環境中的應用，未來的研究方向應該包括優化PCR技術，提高其檢測的特異性和靈敏度，同時與培養法進行相關性研究，深入探究微生物的生物學特性和功能[4]。此外，還可以探索其他新興的檢測技術，如細菌-ATP測定和微流控技術等，以提供更全面的水環境微生物監測和預警系統參考。

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水環境中的微生物。分子生物學方法利用特定的基因序列或DNA標記來檢測和鑒定水環境中的微生物。其中，聚合酶鏈反應（PCR）是最常用的分子生物學方法之一[2]。通過擴增微生物特定基因的DNA片段，可以快速、準確地鑒定微生物的存在和數量。此外，實時熒光PCR和定量PCR等技術也可以用于檢測微生物的濃度和活性。流式細胞術也是一種利用細胞在流動狀態下通過激光束進行快速檢測和計數的方法。通過標記微生物細胞的特定抗體或熒光染料，可以對水樣中的微生物進行快速鑒定和計數。流式細胞術具有高靈敏度、高通量和自動化等優勢，適用于對微生物群落結構和動態變化的研究。質譜技術也是一種基于化學分析的方法，可以用來鑒定和定量微生物中的有機化合物和代謝產物。質譜技術可以通過分析微生物中的特定代謝產物，來判斷其存在和活性[4]。例如：質譜技術可以用于檢測水中的微生物產生的揮發性有機物，從而評估水質和微生物活性。微生物傳感器是一種利用微生物對特定物質的選擇性反應來檢測和測量目標物質的方法。通過將特定的微生物細胞與傳感器組件結合，可以實現對水樣中特定微生物的實時、快速和準確檢測。微生物生物傳感器具有高靈敏度、實時監測和低成本等優勢，適用于水環境微生物監測的現場應用[3]。

3 影響水環境微生物污染的因素

3.1 未經處理的生活污水排入

未經處理的生活污水排入水環境是一種嚴重的污染源，對水體中的微生物群落產生了不可忽視的影響。未經處理的生活污水中含有大量的細菌和病原微生物，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，引起水環境的微生物污染。加之生活污水中含有大量的有機物質、氮、磷等營養物質，這些物質在進入水體后會導致水體富營養化。富營養化使水體中微生物的生長條件更加有利，從而引發微生物群落的過度繁殖，這也會導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境。一些氧氣需求量較高的微生物會取代原本的水體微生物群落。同時，生活污水中可能含有各種化學物質，如重金屬、有機污染物等。這些污染物在未經處理的情況下排入水體，會對水中微生物產生毒性作用，影響微生物群落的結構和功能[3]。

3.2 畜禽養殖導致的糞便污染

畜禽養殖是全球食品供應鏈中的重要環節，但其規模不斷擴大和集約化的趨勢導致了嚴重的環境問題，其中之一就是水環境微生物污染。畜禽養殖導致的糞便污染是水環境微生物污染的主要因素之一。糞便中存在大量的微生物，包括細菌、病毒和寄生蟲等，這些微生物可以通過不當處理或直接排放進入水體，對水環境和人類健康造成潛在威脅。首先，畜禽養殖的規模擴大導致了糞便的大量產生。隨著養殖場規模的增加，養殖動物數量也呈現出快速增長的趨勢。大量的糞便產生無法及時處理，導致糞便在養殖場周圍堆積，從而增加了糞便進入水體的可能性[2]。其次，糞便的不當處理也是導致水環境微生物污染的因素之一。在許多養殖場中，糞便通常被堆放在露天或不適當的容器中，缺乏適當的處理措施。這使糞便中的微生物通過雨水沖刷或滲漏進入水體，從而引起水環境的微生物污染。此外，畜禽養殖過程中使用的飼料和藥物也會對水環境微生物污染產生影響。養殖動物經常接受飼料添加劑和抗生素等藥物的使用，這些物質在動物體內經過代謝后，會以糞便的形式排放到環境中。這些添加劑和抗生素殘留物可能對水環境中的微生物群落產生不利影響，甚至引發耐藥性菌株的出現，對水環境和人類健康構成潛在風險[4]。

3.3 醫療廢物和廢水

水環境微生物污染是指水體中存在的微生物數量超過了正常水質標準，對人類健康和環境造成了潛在的危害。醫療廢物和廢水是導致水環境微生物污染的重要因素之一。醫療廢物包括感染性廢物、醫療器械和藥品殘渣等。如果這些廢物沒有經過正確的處置和處理，會直接或間接地進入水環境。感染性廢物中含有病原微生物，如果未經適當處理就被排放到水體中，會導致水環境中微生物的數量急劇增加。同時，醫院、診所和藥店等醫療機構的廢水中含有大量的藥物殘留物和化學物質。這些物質可能對水體中的微生物造成抑制或殺滅作用，從而改變水環境中微生物種群的組成和數量。此外，廢水中的有機物和營養物質也會為微生物的生長提供良好的條件，導致微生物數量的增加。在醫療過程中，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，還可能對水環境中的非靶標微生物產生殺菌作用，這可能導致水環境中微生物種群的變化和微生物耐藥性的增加。醫療廢物和廢水中存在的病原微生物，如細菌、病毒和寄生蟲等，可能通過水體傳播到其他地方，并對人類和動物造成感染風險。

4 結語

水環境中微生物的檢測對于保障水質安全和公共健康至關重要。目前已有多種檢測方法，包括培養法、免疫法和核酸檢測法等。雖然這些方法在不同程度上可以滿足檢測需求，但仍存在一些挑戰和限制。培養法操作簡單，但其耗時和靈敏度有限。免疫法具有較高的特異性，但價格高昂且操作復雜。核酸檢測法具有高靈敏度和特異性，但設備和試劑的成本較高。此外，水環境微生物污染的主要因素包括未經處理的生活污水排放、畜禽養殖導致的糞便污染以及醫療廢物和廢水的排放。隨著技術的不斷發展，我們可以期待未來出現更加高效和便捷的檢測方法。例如：基于質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現實時監測和低成本。此外，分子生物學方法如PCR技術的不斷改進和發展也將為微生物檢測提供更多可能。

在未來的研究中，需進一步優化和改進現有的檢測方法，提高其靈敏度、準確性和實用性。同時，還需要加強對水環境微生物污染的監測和管理，減少污染源的排放，保護水資源和生態環境。綜上所述，水環境微生物的檢測對于保障水質安全和公共健康具有重要意義。未來的研究應該繼續探索和發展更加高效和便捷的檢測方法，同時加強對水環境微生物污染的監測和管理，以保護水資源和維護生態平衡。

參考文獻

[1]陳林.區域水環境污染現狀分析與生態化治理技術研究[J].環境科學與管理，2023，48（10）：101-105.

[2]鄭旭瑩，許科偉，顧磊，等.典型地熱田環境微生物分布特征及其勘探意義[J].物探與化探，2023，47（5）： 1127-1136.

[3]鄧閔，李露，宋康.水環境中致病菌快速檢測技術及應用研究進展[J].環境科學研究，2023，36（10）：1835-1844.

[4]孫志軍，鄭麗麗.水環境監測中微生物檢測技術的應用分析[J].清洗世界，2023，39（6）：43-44，47.

[5]董均鋒.微生物檢測技術在水質環境監測中的應用[J].清洗世界，2023，39（6）：45-47.

[6]王力.水質環境微生物檢測的質量控制要點研究[J].山西化工，2023，43（5）：53-55.