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水質(zhì)微生物檢測是評估水體污染程度、公共衛(wèi)生安全及生態(tài)環(huán)境健康的重要手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，檢測方法從傳統(tǒng)培養(yǎng)法擴展到分子生物學(xué)、自動化監(jiān)測等多維度技術(shù)體系。以下從傳統(tǒng)方法、現(xiàn)代技術(shù)及新興方向系統(tǒng)闡述水質(zhì)微生物檢測的主要方式。
一、傳統(tǒng)微生物檢測方法
1. 培養(yǎng)依賴法
- 平板計數(shù)法：通過瓊脂培養(yǎng)基(如R2A、營養(yǎng)瓊脂)分離微生物，37℃培養(yǎng)24-48小時后計數(shù)菌落形成單位(CFU)。可區(qū)分異養(yǎng)菌、大腸菌群等，但僅能培養(yǎng)可培養(yǎng)微生物(約1%-10%的環(huán)境微生物)。
- 濾膜法：適用于高濁度水樣。將水樣過濾后，轉(zhuǎn)移濾膜至培養(yǎng)基，統(tǒng)計菌落數(shù)。常用于飲用水中總大腸菌群檢測。
- 最可能數(shù)(MPN)法：通過多稀釋度接種發(fā)酵管，利用溴甲酚紫指示劑判斷產(chǎn)酸情況，查表計算微生物濃度。適用于低濃度水樣的大腸桿菌檢測。
2. 顯微鏡觀察法
- 光學(xué)顯微鏡直接計數(shù)：利用血球計數(shù)板或霍夫曼室，統(tǒng)計水中微生物數(shù)量。需染色(如結(jié)晶紫)增強對比度，但難以區(qū)分活/死菌。
- 熒光顯微技術(shù)：通過吖啶橙、DAPI等熒光染料標(biāo)記核酸，區(qū)分活菌與死菌。結(jié)合相差顯微鏡可觀察原生動物(如藻類、纖毛蟲)。
- 指示微生物檢測：通過革蘭氏染色、芽孢染色等識別特定菌群(如硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌)。
二、分子生物學(xué)檢測技術(shù)
1. 核酸擴增技術(shù)
- PCR/qPCR：針對16S rRNA基因或功能基因(如氨氧化酶基因)設(shè)計引物，定量分析特定微生物。qPCR可檢測低至10³ copies/mL的病原菌(如軍團菌、隱孢子蟲)。
- 多重PCR：同時檢測多種病原體(如同時鑒定大腸桿菌、沙門氏菌、賈第鞭毛蟲)。
- 數(shù)字PCR：通過微滴化技術(shù)實現(xiàn)絕對定量，靈敏度較qPCR提高10倍。
2. 宏基因組學(xué)
- 高通量測序：提取水樣總DNA，構(gòu)建文庫后進行Illumina或PacBio測序，分析微生物群落結(jié)構(gòu)。可鑒定低豐度物種(如<0.1%的硝化螺旋菌)。
- 功能基因分析：靶向抗生素抗性基因(如blaTEM)、毒力基因(如志賀毒素基因)，評估水體健康風(fēng)險。
3. 核酸探針技術(shù)
- FISH(熒光原位雜交)：用熒光標(biāo)記的寡核苷酸探針直接與水樣中的微生物雜交，識別特定菌種(如硝化細(xì)菌)。結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)可分選目標(biāo)細(xì)胞。
- PMA(疊氮溴化丙錠)預(yù)處理：選擇性穿透死菌細(xì)胞膜，排除非活性微生物對qPCR的干擾。
三、快速檢測與現(xiàn)場技術(shù)
1. 生物傳感技術(shù)
- ATP生物發(fā)光法：利用熒光素酶反應(yīng)檢測水中ATP含量，間接反映微生物總量。10分鐘內(nèi)出結(jié)果，但易受背景干擾(如植物細(xì)胞ATP)。
- 免疫層析試紙條：基于抗原-抗體反應(yīng)，快速檢測致病菌(如大腸桿菌O157:H7)。靈敏度達(dá)10? CFU/mL，適合應(yīng)急監(jiān)測。
2. 微生物代謝活性分析
- CTC(氯化三苯基四氮唑ium)還原法：活菌將CTC還原為紅色甲臜，通過顯色反應(yīng)評估活性微生物比例。常用于評估消毒效果。
- 微電極測氧法：通過氧消耗速率推算微生物代謝強度，適用于生物膜活性的在線監(jiān)測。
3. 便攜式設(shè)備
- ATP熒光檢測儀：手掌型設(shè)備，適用于現(xiàn)場快速篩查。
- 微型流控芯片：集成樣品處理、核酸擴增和檢測功能，實現(xiàn)單細(xì)胞級分析。
四、自動化與在線監(jiān)測技術(shù)
1. 連續(xù)流動分析儀
- 在線濁度法：通過光纖傳感器實時監(jiān)測水中顆粒物(如藻類、細(xì)菌聚集體)，預(yù)警微生物暴發(fā)風(fēng)險。
- 流式細(xì)胞術(shù)：自動分選水中微生物，結(jié)合熒光標(biāo)記可區(qū)分活/死菌、不同生理狀態(tài)細(xì)胞。
2. 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)
- 多參數(shù)傳感器：同步檢測溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率等理化指標(biāo)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)模型預(yù)測微生物動態(tài)。
- 原位培養(yǎng)系統(tǒng)：在水下部署微型培養(yǎng)艙，模擬自然條件培養(yǎng)微生物，通過成像裝置遠(yuǎn)程觀察菌群變化。
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