环介导等温扩增(LAMP)技术检测水源病原菌

微生物指标是水质安全的重要指标之一,但是由于技术原因,大部分病原微生物并未被纳入水质监测中。目前各类水质标准中只有病原指示微生物的指标,然而这些指标与病原微生物的相关性并不理想。因此,开发快速简便的病原微生物检测技术是改进水质生物检测和监测的关键。环介导等温扩增技术是一种快速检测DNA且不依赖昂贵检测设备的PCR技术。尝试利用该技术检测水中的8种常见指示菌和病原菌:总大肠杆菌、沙门氏菌、鲍氏志贺氏菌、大肠埃希氏菌O157∶H7、小肠耶尔森氏菌、嗜肺军团菌、绿脓杆菌和结核杆菌,获得了针对其中5种细菌的毒力基因的特异性引物和最优等温PCR条件。环介导等温扩增技术的灵敏度可在45min内检测出100个基因拷贝,并能在原污水中对病原菌进行定性检测。     

猪粪便污染特异性分子标记筛选及其PCR检测方法的建立

肠道微生物群落在与其宿主长期协同进化过程中会形成大量的宿主-肠道微生物互作基因,这些互作基因具有一定的宿主肠道微生物特异性,利用其设计分子标记能有效识别粪便污染源.本研究首次利用竞争性杂交的方法富集猪粪便特异性基因,从中筛选出具有猪粪便特异性的基因片段,以此设计引物并建立相应的PCR检测方法,并对采集样进行应用调查.竞争性杂交富集的猪粪便特异性基因文库以拟杆菌群(Bacteroidetes)(43.2%)和梭状杆菌群(Clostridia)(19.5%)相似序列为主,其蛋白功能主要分为3大类:与信息贮存与加工有关(7.6%),与细胞加工及信息传导有关(12.8%)以及与代谢有关(22.0%).进一步针对功能蛋白序列筛选宿主粪便特异性分子标记.分析表明序列3-53-2对应引物可作为猪粪便污染的特异性分子标记,针对其建立的常规PCR方法对粪便DNA的检出限可低至0.01 ng·μL-1,且对实际样品具有较高的应用灵敏性(97%)和特异性.进一步对可能受污染水样进行猪粪便污染特异性检测,结果显示不同地区的阳性检出率高达75%~100%,证明了此方法的有效性,可为研究微生物示踪技术在非点源污染方面的应用提供一定的基础数据.     

Quantitative Detection of Virulence Genes eaeA and rfbE of Pathogenic Escherichia coli in Municipal Wastewater by Real-Time PCR

针对病原性大肠埃希氏菌EHEC和EPEC的毒力基因eaeA和rfbE,选用特异性引物,建立了实时荧光定量PCR检测方法.利用从污水中分离出的目的核酸片段构建重组质粒,通过测序和BLAST比对分析,确定了PCR扩增的特异性.将重组质粒作为模板,分别测定标准曲线,在eaeA基因模板量8.77～8.77×105 copy,rfbE基因模板量4.98 ～4.98×105copy的范围内,Ct(循环阈值)与模板量的对数值具有良好的线性关系[ R2为0.997( eaeA)和1.000(rfbE)].结合膜吸附洗脱浓缩方法,对于实际水样,eaeA和rfbE基因的检测限分别为1.75×102和9.96×101copy/100 mL.利用该方法对城市污水处理厂进、出水进行检测的结果显示,污水二级处理工艺对这2种毒力基因的去除效果明显.     

长期施用四环素残留猪粪对土壤中耐药菌及抗性基因形成的影响

探讨了长期施用含兽用四环素药物残留的畜禽粪便对土壤环境中耐药菌及抗性基因形成的影响.分秋季和夏季两次采集苏北黄淮地区沭阳市某养猪场周边长期用含有四环素残留的猪粪作为肥料的耕地土壤,并采集当地没有施加过猪粪的耕地土壤作为对照.分析样品中耐药菌的组成,同时利用PCR技术研究3种目前常见的四环素抗性基因(tetA、tetC、tetE).结果表明,从秋季土壤样品中共分离出59株耐药菌,属于13个菌属,夏季土壤中共分离出35株耐药菌,属于10个菌属,其中致病菌数占总耐药菌数的比例高达38.14%,而对照组中的3株耐药菌只属于一个菌属(Streptomyces).PCR结果显示所有的耐药菌上都携带了抗性基因,tetC是含量最高的抗性基因.施用过含有四环素残留猪粪的土壤样品中四环素的残留含量为41.1~61.9μg·kg-1,干土中四环素抗性基因含量为4.63×105~37.42×105copies·g-1,通过将土壤中四环素的残留量与土壤中抗性基因的量进行拟合,结果发现在一定范围内,四环素残留量与四环素抗性基因量存在着显著的正相关关系.研究还发现合适的气候条件对耐药菌和抗性基因的形成有较好的促进作用.     

焦化废水处理系统中喹啉降解菌的种群特征

从首钢及武钢焦化废水处理系统中分离筛选出10 株高效喹啉降解细菌,16S rRNA 鉴定表明它们分别属于假单胞菌及丛毛单胞菌2个属.对这些高效降解菌进行了降解基因片断的PCR 扩增,发现所有假单胞菌属的喹啉降解菌均含有编码转化喹啉为2-羟基喹啉和2,8-二羟基喹啉的基因片断.16S rRNA 与降解基因系统发育树的对比分析,表明细菌进化过程中可能存在的基因突变和水平基因转移现象.根据假单胞菌属的喹啉降解菌降解基因的特异性,利用荧光原位杂交技术对该菌在首钢活性污泥中的种群空间分布进行了检测.另外,对高效降解菌的质粒分布做了初步的探讨,发现喹啉降解基因可能主要编码在细菌的染色体上.     

城市污水中病原性大肠埃希氏菌毒力基因eaeA和rfbE的实时荧光定量PCR检测

针对病原性大肠埃希氏菌EHEC和EPEC的毒力基因eaeA和rfbE,选用特异性引物,建立了实时荧光定量PCR检测方法. 利用从污水中分离出的目的核酸片段构建重组质粒,通过测序和BLAST比对分析,确定了PCR扩增的特异性. 将重组质粒作为模板,分别测定标准曲线,在eaeA基因模板量8.77～8.77×105 copy,rfbE基因模板量4.98～4.98×105copy的范围内,Ct(循环阈值)与模板量的对数值具有良好的线性关系〔R2为0.997(eaeA)和1.000(rfbE)〕. 结合膜吸附洗脱浓缩方法,对于实际水样,eaeA和rfbE基因的检测限分别为1.75×102和9.96×101copy/100 mL. 利用该方法对城市污水处理厂进、出水进行检测的结果显示,污水二级处理工艺对这2种毒力基因的去除效果明显.      

大豆过敏原P34蛋白基因检测技术与环境污染的关系研究

环境污染易引起大豆种植区域出现过敏原P34蛋白基因变异情况,当前蛋白基因检测方法不能满足检测需求,提出基于探针引物的大豆过敏原P34蛋白基因荧光PCR定量检测技术,针对大豆过敏原特异性基因P34蛋白基因序列进行设计;通过DNA提取、浓度测定,荧光定量PCR检测,实现大豆过敏原P34蛋白基因检测。实验结果表明,所提方法能够准确检测出包括环境污染区域在内的大豆食品过敏原P34蛋白基因成分,具有很好的应用前景,满足市场监督检测的需要。     

不同构型人工湿地基质中土著菌的耐药性及整合子丰度调查

采用Kirby-Bauer纸片琼脂扩散法分析了夏、冬季节9个不同构型人工湿地中的葡萄球菌(Staphylococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)两种土著菌对7种常用抗生素的耐药性,并通过荧光定量PCR检测人工湿地基质中Ⅰ型整合子(int1)的丰度.结果表明,共分离出的522株葡萄球菌和543株假单胞菌,约84%的菌株对所测试的抗生素具有耐药性,多重耐药率达到68%以上,MRI指数平均为0.22,与某些环境中人源或动物源细菌耐药水平相当,表明人工湿地基质土著菌具有较高水平的耐药性;两种土著菌对氨苄西林和复方新诺明的耐药率较高,四环素、庆大霉素和环丙沙星的耐药率均极低(3%),而对头孢他啶和氯霉素的耐药性呈现差别.湿地基质中int1基因的浓度为1.14×105~5.66×105copies·g-1,其相对丰度为0.54%~3.68%.季节和湿地工艺对细菌耐药和整合酶基因分布有较大影响.夏季2种细菌的抗生素耐药率、多重耐药指数和int1丰度均显著高于冬季;下行垂直流湿地中的抗生素耐药率、多重耐药指数(MRI)最高,而在水平潜流湿地中int1丰度最高.研究表明人工湿地基质的土著菌长期暴露在一定浓度抗生素和耐药肠道菌的生活污水环境下获得了耐药性,人工湿地中抗生素耐药菌和耐药基因的污染及环境风险不容忽视.     

浅水湖泊(阳澄湖)沉积物氨氧化菌的分子证据

选择长江三角洲中型浅水湖泊--阳澄湖,应用分子生物学方法鉴定淡水系统底质中的厌氧氨氧化细菌和好氧氨氧化细菌.试验设计三组厌氧氨氧化特异性巢式引物,对沉积物细菌的16S rRNA进行特异性扩增.其中,引物对AMX368f-AMX820r从底质中扩增出了anammox特异性序列,系统发育分析表明样品序列分别与Candidatus brocadia fulgida、Candidatus brocadia anammoxidans和Candidatus scalindua属近似.应用amoA基因特异性探针在底质中扩增出的好氧氨氧化菌序列,均属于Betaproteobacteria.本研究提供了阳澄湖中好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌共存的分子证据.     

食品企业污水中细菌的基因芯片快速检测技术

食品企业污水中含有各种无机污物和有机污物．其中夹带的致病菌将导致多种疾病的爆发和流行．严重威胁着人类的健康。传统的细菌分离、培养和鉴定技术操作繁琐且耗时长（一般需4～7d）。为了快速．准确地检测食品企业污水中存在的细菌，建立了一种采用基因芯片技术对食品企业污水中常见细菌检测和鉴定的实验方法（需时4h）。实验中设计了8对特异引物并成功分成2组混合引物进行多重PCR反应：BI物Ⅰ为Kp＋HlyA＋InvA＋ipaH，引物Ⅱ为Cadc＋Oprl＋Ent＋23SrRNA。效果良好。实验确定了适宜的PCR反应循环数为35个循环，适宜的杂交温度为48℃。用实验制备的基因芯片对模拟水样检测结果的准确率达100％，说明该基因芯片对目的细菌特征基因的检测结果是可靠的。用该方法对食品企业污水水样进行检测具有高准确率，为今后更大规模的检测研究奠定了基础。     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

典型油田多环芳烃污染对土壤反硝化微生物群落结构的影响

油田区土壤具有潜在的PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)污染风险,而以硝酸根为电子受体的反硝化作用可能在PAHs的厌氧代谢中起到重要作用.以具有50多年历史的江汉油田区域为对象,从该油田的油井口附近采集了9个土壤样品,编号为JH-1~JH-9,以反硝化相关的nir K(Cu-亚硝酸还原酶基因)和nirS(细胞色素cd1-亚硝酸还原酶基因)为分子标识,通过定量PCR及克隆文库结合T-RFLP(terminal-restriction fragment length polymorphism)的方法,研究典型油田区土壤反硝化微生物的群落结构,并探讨其与土壤环境因子之间的关系.结果表明,该油田区土壤中nirK基因的丰度高于nirS基因,PAHs含量最高的土壤样品(JH-4)中反硝化功能基因nir K和nir S的丰度均最低,相关性分析表明,土壤nir K及nirS基因的丰度均与土壤PAHs含量呈显著负相关(nirK:R2=0.54,P0.05;nirS:R~2=0.58,P0.05).克隆文库及T-RFLP的结果则表明,该油田土壤中nirK基因的群落组成在不同样品间的变异较大,且PAHs含量最高的JH-4中该基因的群落组成与其它各样品有明显的不同,RDA(redundancy analysis)的分析结果进一步表明除有效氮、有效磷外,土壤PAHs含量也是影响nirK型反硝化微生物群落组成的重要因子.相较于nirK,该油田区土壤中nirS基因的群落组成在不同样品间的差异较小,但发现nirS型假单胞菌的丰度与土壤PAHs含量呈正相关,表明具备较强有机污染物降解能力的假单胞菌属可能在该区域土壤PAHs的反硝化代谢中起到重要作用.     

Uptake of radioiodide by Paenibacillus sp., Pseudomonas sp., Burkholderia sp. and Rhodococcus sp. isolated from a boreal nutrient-poor bog

Radionuclides, like radioiodine(~(129)I), may escape deep geological nuclear waste repositories and migrate to the surface ecosystems. In surface ecosystems, microorganisms can affect their movement. Iodide uptake of six bacterial strains belonging to the genera Paenibacillus,Pseudomonas, Burkholderia and Rhodococcus isolated from an acidic boreal nutrient-poor bog was tested. The tests were run in four different growth media at three temperatures. All bacterial strains removed iodide from the solution with the highest efficiency shown by one of the Paenibacillus strains with 99% of iodide removed from the solution in one of the used growth media. Pseudomonas, Rhodococcus and one of the two Paenibacillus strains showed highest iodide uptake in 1% yeast extract with maximum values for the distribution coefficient(K_d) ranging from 90 to 270 L/kg DW. The Burkholderia strain showed highest uptake in 1% Tryptone(maximum K_d170 L/kg DW). The Paenibacillus strain V0-1-LW showed exceptionally high uptake in 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth(maximum K_d 1,000,000 L/kg DW). Addition of 0.1% glucose to the 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth reduced iodide uptake at 4℃ and 20℃ and enhanced iodide uptake at 37℃ compared to the uptake without glucose. This indicates that the uptake of glucose and iodide may be competing processes in these bacteria. We estimated that in in situ conditions of the bog,the bacterial uptake of iodide accounts for approximately 0.1%–0.3% of the total sorption of iodide in the surface, subsurface peat, gyttja and clay layers.     

给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

使用4种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的7株耐氯性细菌进行消毒实验.结果表明,这7株细菌均具有较高的耐氯性,其中1株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯99.9%灭活的CT值为120 mg.(L.min)-1,另外2株血红鞘氨醇单胞菌和甲基杆菌99.9%灭活的CT值分别为7 mg.(L.min)-1和4 mg.(L.min)-1.比较4种消毒剂的消毒效果发现,二氧化氯和单过硫酸氢钾的消毒效果较好,能够在30 min内使分支杆菌的灭活率达到5个数量级.自由氯由于衰减较快,消毒效果不佳.一氯胺能够维持一定的消毒剂浓度,但由于其氧化性较弱,因此需要提高浓度,才能满足消毒要求.能在1 h内灭活3个数量级以上分支杆菌的消毒剂投加量为:3.0 mg/L一氯胺、1.0 mg/L二氧化氯(以Cl2计)和1.0 mg/L单过硫酸氢钾(以Cl2计).考虑到我国水厂消毒的实际情况,建议采用间歇性提高一氯胺浓度或改换二氧化氯消毒的方法,提高对耐氯性细菌的灭活效果.     

低分子有机酸对硫杆菌活性的抑制作用及对土壤重金属脱除的影响

施用有机肥能够降低污染土壤重金属溶解性和生物可利用性,但在淹水厌氧等环境中,有机肥会分解产生大量低分子有机酸,会抑制嗜酸性硫杆菌的生物活性.通过摇瓶实验研究了低分子有机酸对硫杆菌的毒害抑制效果和不同硫杆菌对各类有机酸的耐受水平.结果表明,纯体系培养下,A.ferrooxidans和A.thiooxidans活性抑制率在72 h内达到90%以上,所需甲、乙、丙、丁酸最低浓度分别为41.2、78.3、43.2、123.4 mg·L~(-1)和81.9、230.4、170.1、123.4 mg·L~(-1).其中,甲酸对A.ferrooxidans和A.thiooxidans的抑制作用最显著,A.thiooxidans相比A.ferrooxidans对4种有机酸具有更高的耐受性.新鲜重金属污染土壤在生物酸化初期(0 h)加入4种有机酸对后续土壤酸化过程影响较小,但12 h后加入有机酸却能使土壤生物酸化基本停止,导致土壤重金属脱除率大幅度下降.这为有机肥改良重金属污染土壤的生物修复可行性提供一定理论依据.     

污水回用中主要病原菌解析及其紫外消毒效应

本研究以污水处理厂二级出水中的微生物为研究对象,通过454焦磷酸测序技术分析其群落结构组成,揭示了主要病源菌的种类和比例;通过培养法、q PCR、Q-RT-PCR这3种方法分析紫外剂量为60 m J·cm-2时对指示菌大肠杆菌和典型病原菌沙门氏菌及分枝杆菌的去除特性.结果表明,二级出水中共有11种病原菌,主要为梭菌属(2.96%)、弓形杆菌属(0.82%)和分枝杆菌(0.36%).60 m J·cm-2剂量的紫外消毒可以有效去除99.9%可培养的大肠杆菌和沙门氏菌,对可培养分枝杆菌的去除率不足90%.但是,该剂量紫外消毒对活性大肠杆菌、沙门氏菌和分枝杆菌的去除率较低,Q-RT-PCR检测方法可以较准确评价微生物的存活状态.60 m J·cm-2紫外剂量会导致大量病原菌进入具有活性但不可培养(VBNC)状态,需结合其他深度处理工艺进一步去除活性病原菌以保障污水回用的安全利用.     

生物传感细胞ADP1_pWHlux在水环境急性毒性检测中的应用

针对天然发光菌和以模式微生物为宿主构建的生物传感细胞在急性毒性检测应用中对测试条件要求苛刻等适用性问题,本研究将1株基因工程构建的生物传感细胞不动杆菌ADP1_p WHlux应用于急性毒性检测,建立检测方法,考察其灵敏度及检测范围.结果表明,ADP1_p WHlux发光受急性毒物的抑制,毒物剂量与发光抑制存在剂量效应关系.在4 mg·L-1Hg Cl2诱导下仅5 min可作出响应,暴露30~60 min后可以给出较为准确的结果.对Hg Cl2的检出限可达0.04 mg·L-1.对我国生活饮用水卫生标准的指标中Be2+、Ba2+、Cu2+、Ni2+检出效果明显,对Be2+、Ba2+、Cu2+的检测范围均在0.025~250 mg·L-1,对Ni2+的检测范围在0.002 5~250 mg·L-1,对Pb2+、Br O-3、Cl O-2的检出限均在0.002 5 mg·L-1,对Cl O-3检出限为0.025mg·L-1.采用ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法对北京市清河水环境急性毒性进行评价,表明ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法可用于污染水样检测.     

微生物全细胞传感器在重金属生物可利用度监测中的研究进展

传统的物理化学方法主要用于测定环境重金属的总量,微生物全细胞传感器可以对土壤及水体环境的重金属生物可利用度进行监测.此外,微生物全细胞传感器还具有操作简单、快速、经济的特点,适用于污染事件的应急监测.微生物全细胞传感器的生物学元件主要由MerR、ArsR、RS等家族的金属调控蛋白和gfp、lux、luc等报告基因组成.调控蛋白、报告基因与微生物全细胞传感器的灵敏度、特异性和监测特点有关.受pH、金属螯合物及检测条件等因素的影响,不同的环境条件下的重金属生物可利用度是不同的.增加重金属在微生物细胞内的累积,进行调控蛋白的分子生物学改造,优化检测条件是提高传感器灵敏度、特异性和准确性的可行方案.实现污染物的原位和在线监测是微生物全细胞传感器的主要发展方向.     

模拟自然水体中藻-溞-草间的相互作用研究

为了解氮磷浓度对生物操纵效果及同时恢复水生植被的影响,以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表,模拟自然条件研究了不同氮磷浓度对三者生长和相互作用的影响.结果表明:金鱼藻和小球藻共培养时,在氮浓度介于2.92～12.60mg·L-1、磷浓度介于0.06 ～0.85 mg·L-1,金鱼藻增长不明显,甚至出现负增长;而小球藻的增长率则远高于金鱼藻.小球藻和大型溞共培养时,氮、磷浓度分别为1.26～ 10.53 mg·L-1和0.04～1.16 mg·L-1时均占据优势,对小球藻的抑制效果显著,抑藻及氮磷去除效果明显好于金鱼藻和小球藻共培养,而且磷的去除效果优于氮.三者共培养时,在氮浓度介于3.15 ～23.92 mg·L-1、磷浓度介于0.07 ～0.64 mg·L-1时,大型溞与金鱼藻的增长率都较高,而小球藻则维持在较低的增长水平,水质改善效果较好;当氮、磷浓度分别升至25.95 mg·L-1和1.18 mg·L-1时,大型潘和金鱼藻的增长率均下降,水质变差.大型溞和金鱼藻的联合控藻效果好于其单一的控制效果,该效果明显受到氮磷浓度的影响.     

北京地区菜田土壤抗生素抗性基因的分布特征

为研究北京地区菜田土壤抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的污染状况和分布特征,采集了11个长期施用粪肥蔬菜基地的温室土壤和大田土壤,进行了抗生素以及ARGs种类和丰度的检测.结果表明,菜田土壤中四环素类抗生素残留量最高,其次为磺胺类抗生素,温室土壤抗生素残留普遍高于大田土壤.温室和大田土壤磺胺类抗性基因sul1、sul2和四环素类抗性基因tet L的检出率均为100%.温室土壤的Ⅰ类整合子(int I1)检出率比大田土壤高1.5倍.定量PCR的检测结果表明,菜田土壤中sul2和tet L的相对丰度介于10-4~10-2之间,温室土壤sul2和tet L的相对丰度普遍高于大田土壤.sul2的相对丰度与磺胺二甲嘧啶和强力霉素的含量显著正相关(P0.05),tet L相对丰度与抗生素含量无明显相关性(P0.05).本研究结果对于掌握北京地区农田土壤ARGs的污染现状,以及从ARGs角度评估农艺措施具有重要的指导意义.