重庆市河水中粪源微生物污染特征及源解析

以重庆主要河流水体作为研究对象,使用传统培养技术评估了细菌总数、粪链球菌、肠球菌、脆弱拟杆菌、总大肠菌群及粪大肠菌群的污染水平;同时以拟杆菌作为特异性指示菌,选取人源性粪便专一指示菌引物（HF183）和猪源性粪便专一指示菌引物（Pig-2-Bac）进行源追踪.微生物培养结果表明：重庆市主要河流在春季有15.4%的研究断面未达到Ⅲ类水质,秋季有61.5%的研究断面未达到Ⅲ类水质.在春季,主城区河流主要受人类粪便污染,区县河流主要受动物粪便污染;在秋季,主城区和区县河流都主要受人类粪便污染.指示微生物指标间Pearson相关性分析结果表明粪链球菌、粪大肠菌群、肠球菌两两之间有显著相关性,肠球菌与脆弱拟杆菌有显著相关性.猪源性拟杆菌特异性生物标记Pig-2-Bac和人源拟杆菌特异性生物标记HF183对人和动物粪便污染区分成功率达100%;用这两种特异性引物对春季水样DNA进行扩增,发现13个采样点均未受到猪源粪便污染,唐家沱、朝天门、鸡冠石、合川受到人源粪便污染.     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

基于现代分子生物学法追溯水体中粪便污染源

研究表明不同生物体粪便中含有已知或未知的病原微生物,所以动物体粪便的排放会携带这些病原微生物到自然水体中,严重污染了水体环境甚至危害人体健康。如何快速、准确鉴定出水体受到的粪便污染来源对进一步研究水体中可能存在的病原微生物至关重要,这也成为目前科学研究的热点。传统的通过监测粪便指示菌的方法指示污染不仅耗时费力,最重要的是它并不能区别出粪便污染的来源。微生物溯源技术(microbial source tracking,MST)的逐渐发展弥补了传统方法的不足,尤其是利用宿主特异性DNA标记物来指示污染源的方法已经取得了突破性进展,并具有高效、快速的特点。该文主要是针对微生物溯源技术的介绍以及如何利用现代分子生物学技术快速追溯水体中粪便污染源的概述。     

有氧和厌氧环境下指示微生物的稳定性特征

建立有氧和厌氧水环境模拟反应器,利用荧光定量PCR和高通量测序技术探究了猪源拟杆菌标记物、部分指示微生物和潜在致病菌在有氧及厌氧水环境中的变化特征.结果表明,指示微生物 Streptococcaceae、Lactobacillaceae、Carnobacteriaceae、Ruminococcaceae、Lachnos...     

特异性拟杆菌引物在珠江三角洲的适应性研究

在珠江三角洲地区采集人、猪、牛、狗以及家禽等33个粪便样品,高效提取基因组DNA,选取14种特异性拟杆菌引物进行检验分析,并进一步采用已知污染源类型的水样对其进行验证.结果表明:采用粪便样品DNA专属提取试剂盒和水体样品DNA专属提取试剂盒提取的基因组模版纯度和提取率均符合后续实验要求.拟杆菌通用引物2#(Bac32F/Bac708R)检出率为85%(28/33),特别是对哺乳类动物和鸡的粪便具有更高的检出率.人的拟杆菌特异性引物3#(HF134F/ Bac708R)和4#(HF183F/Bac708R)、反刍动物的拟杆菌特异性引物8#(CF128F/Bac708R)以及猪的拟杆菌特异性引物10#(PF163F/Bac708R)在珠江三角洲地区同时具有较高的灵敏度和较强的特异性.水体样品验证实验与实际污染类型相符,说明拟杆菌通用引物2#、人的特异性引物3# 和4# 以及猪的特异性引物10# 在珠江三角洲地区具有很好的适用性.     

西江流域地表水微生物污染定量源解析

水体微生物污染标记物的源强特征是定量解析微生物污染来源的关键.应用实时荧光定量PCR（qPCR）技术分别对人源（qHS601F/qBac725R）、牛源（BacB2-590F/Bac708Rm）、猪源（Bac41F/Bac163R）及禽类（qC160F-HU/qBac265R-HU）特异性拟杆菌引物的源强特征进行了探索,并进一步对西江流域广东段进行微生物污染来源定量解析,结果表明：针对不同目标宿主,不同特异性拟杆菌引物的源强特征为人源（qHB） > 猪源（qPB） > 牛源（qRB） > 禽类（qCB）,DNA模板浓度对引物的源强特征影响较小.选取的目标研究区域水体普遍受到人、猪、牛及禽类粪便污染.干流中qHB、qCB及qPB自上游至下游缓慢升高.各支流中qHB、qCB及qPB的平均浓度较干流均上升了1个数量级,qRB在不同河段变化较小.说明下游河段的生活污水、猪源及禽类粪便污染较为严重,牛源污染的影响较小.统计分析显示在污染水平较高的各支流中,人源特异性拟杆菌引物与传统指示菌具有一定的相关性（P<0.05）,说明生活污水是传统指示菌浓度较高的主要原因,且为持续排放源.     

珠三角河网地区粪便污染源解析

准确识别水体中微生物污染物的宿主来源是进行针对性污染治理的基础.应用实时荧光定量PCR(q PCR)技术筛选出适用于珠江三角洲河网地区的宿主特异性拟杆菌引物,并结合总细菌引物(BACT1369F/PROK1541R)、大肠埃希氏菌引物(EC23S857F/EC23S857R)、拟杆菌通用引物(Gen Bac3F/Gen Bac3R)及粪大肠菌群(Fecal coliform)和大肠埃希氏菌(Escherichia coli)等常规水质指标对研究区域的水体进行分析,结果表明:人源(q HS601F/q Bac725R)、牛源(Bac B2-590F/Bac708Rm)、猪源(Bac41F/Bac163R)及鸡源(q C160F-HU/q Bac265R-HU)特异性拟杆菌引物在珠江三角洲地区同时具有较高的灵敏度和较强的特异性,适用于目标研究区域.选取的14处城市地表水均受到粪便污染,污染源分别为人、反刍动物和禽类粪便.水体中各污染源强度为人源反刍动物鸡源,其中人源特异性拟杆菌浓度与粪大肠菌群(Faecal coliform)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)及大肠埃希氏菌引物(EC23S857F/EC23S857R)浓度具有较好的相关性(P0.05),说明人粪是各地表水中微生物污染的主要贡献源.     

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.     

微生物污染源解析技术研究进展

针对目前新兴的微生物污染源解析技术（MST）研究进展进行了归纳总结.结果表明,标记物的源强特征显著影响水体微生物污染水平的评估,选用标记物时应同时考虑灵敏度和源强特征;与非目标物种样品产生交叉反应导致标记物特异性降低,可通过稀释样品或DNA纯化等手段降低假阳性信号强度;粪便源解析文库（FTL）中应涵盖的宿主种类,以及每类宿主应纳入的个体数量均会影响建库源解析结果的准确性,可通过权重分析来确定源文库中各宿主应囊括的样本量,提高识别污染源的准确性;FTL中的物种与土著微生物分类较为接近时,SourceTracker难以准确区分微生物污染来源,将土著微生物信息纳入FTL并多次运行程序可提高SourceTracker识别污染源的能力.未来应加强对标记物灵敏度和源强特征之间相关关系的研究,同时探讨标记物源强特征产生差异的成因以及交叉反应产生的机理;另一方面,应深入探究粪源微生物种内变异程度和土著微生物的种类对建库源解析法的影响机制,以期建立准确、完善的微生物污染源解析技术.     

西藏尼洋河沉积物中微生物群落结构特征分析

尼洋河是雅鲁藏布江的重要支流,是西藏工布和林芝地区的重要水源地.本研究分析了尼洋河水体理化指标、 12种金属含量和沉积物微生物群落结构特征.结果表明, 2017年和2018年沉积物微生物群落在门水平的结构基本相同,属水平结构相似.变形菌门是尼洋河沉积物的第一优势菌门,其他优势菌门有拟杆菌门、酸杆菌门和放线菌门等;属水平上黄杆菌属丰度较高,气单胞菌属等条件致病菌菌属可被检出;聚类分析发现尼洋河沉积物微生物群落在空间上存在一定的差异性,上游、中游和下游不同河段微生物群落之间差异显著,电站库区沉积物微生物群落具有特异性.相关性分析表明,温度、溶解氧、电导率和铬、锌、锶和钡等金属含量与尼洋河沉积物门水平特定微生物丰度存在显著相关关系.冗余分析表明,总氮、总磷、溶解氧、铬、锶、钡和锰等是尼洋河沉积物中微生物群落结构的主要影响因子.本研究结果可为认识尼洋河沉积物中微生物群落的时空变化特征,识别环境影响因子提供了数据支撑.     

Verification of Bacteroidales 16S rRNA markers as a complementary tool for detecting swine fecal pollution in the Yangtze Delta

To correctly assess and properly manage the public health risks associated with exposure to contaminated water, it is necessary to identify the source of fecal pollution in a watershed. In this study, we evaluated the efficacy of our two previously developed real time-quantitative PCR (qPCR) assays for the detection of swine-associated Bacteroidales genetic markers (gene 1–38, gene 3–53) in the Yangtze Delta watershed of southeastern China. The results indicated that the gene 1–38 and 3-53 markers exhibited high accuracy (92.5%, 91.7% conditional probability, respectively) in detecting Bacteroidales spp. in water samples. According to binary logistic regression (BLR), these two swine-associated markers were well correlated (P < 0.05) with fecal indicators (Escherichia coli and Enterococci spp.) and zoonotic pathogens (E. coli O157: H7, Salmonella spp. and Campylobacter spp.) in water samples. In contrast, concentrations of conventional fecal indicator bacteria (FIB) were not correlated with zoonotic pathogens, suggesting that they are noneffective at detecting fecal pollution events. Collectively, the results obtained in this study demonstrated that a swine-targeted qPCR assay based on two Bacteroidales genes markers (gene 1–38, gene 3–53) could be a useful tool in determining the swine-associated impacts of fecal contamination in a watershed.     

养鸡场空气中抗性基因和条件致病菌污染特征

集约化养殖场被认为是空气环境中抗性基因和致病菌的重要来源.本研究采集了养鸡场粪便和舍内外空气样本,对其抗生素抗性基因和条件致病菌的种类进行分析,包括五类抗生素(β-内酰胺类的23个基因、四环素23个基因、喹诺酮5个基因、磺胺类5个基因和红霉素2个基因)抗性基因、5种条件致病菌(肠球菌属、大肠杆菌属、葡萄球菌属、弯曲杆菌属和产气荚膜梭状芽胞杆菌属各1个基因)以及一类整合子(int I1)特异基因;并利用荧光定量PCR对检出率较高的典型基因浓度进行检测.结果显示,空气中5类抗生素抗性基因分别检出8、7、2、3和2个,同时检测到两种致病菌.目标基因在舍内空气中的检出率小于等于粪便样本.蛋鸡和肉鸡舍内空气中总细菌基因(16S r DNA)浓度为106copies·m-3,其他典型基因浓度约104copies·m-3,且在舍外的浓度要远低于舍内.抗生素抗性基因和条件致病菌基因在空气中所占比例高于粪便,舍内高于舍外.初步研究结果表明,粪便可能是舍内抗生素抗性基因、条件致病基因以及一类整合子的重要来源.本研究结果将为集约化养殖场抗生素抗性基因和致病菌的来源分析,以及养殖场对周边空气环境污染的风险评估提供基础数据.     

基于mcrA基因的厌氧颗粒污泥产甲烷菌群分析

基于mcrA基因对阿维菌素废水处理工业化UASB厌氧颗粒污泥中产甲烷菌群进行分析,并与基于16S rRNA基因的产甲烷菌群分析结果进行比较.结果表明,基于2种目标基因PCR产物的DGGE图谱存在差异,但根据图谱计算所得产甲烷菌群Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Berger-Parker优势度指数没有差异,表明基于2种目标基因的产甲烷菌群多样性分析基本一致.基于不同目标基因的优势产甲烷菌群系统发育种属的分析结果大体相似,产甲烷杆菌目和产甲烷八叠球菌目是厌氧颗粒污泥样品中的优势产甲烷种群;同时,分析结果的差异表明2种目标基因的检测特异性不完全相同.基于2种目标基因的产甲烷菌群FISH杂交区域具有很高的一致性,但杂交区域面积有所差异.基于mcrA基因FISH检测的产甲烷菌群平均相对丰度为24.25%±6.47%,低于基于16S rRNA基因FISH检测结果(33.42%±2.34%).以上结果表明,基于mcrA基因与基于16S rRNA基因的的产甲污泥菌群分析结果具有较高的相似度,mcrA基因可以作为16S rRNA基因的替代目标基因.     

Human-, Ovine-, and Bovine-Specific Viral Source Tracking Tools to Discriminate Between the Major Fecal Sources in Agricultural Waters

This study evaluated the sources of fecal contamination in different river catchments, using a combination of microbial source tracking tools, for human, ruminant, ovine and bovine livestock, in order to define appropriate water management strategies. Every source of waterway pollution was evaluated in river water samples from one urban river catchment and two important farming regions in New Zealand. Fecal pollution was initially measured by testing Escherichia coli and evaluating the presence of human- and ruminant-associated DNA markers of Bacteroidales (BiAdo, BacHum-UCD, BacH, and BacR) and human and ruminant fecal sterols/stanols ratios. Then specific fecal pollution sources were assessed with previously reported quantitative PCR assays targeting human-, bovine-, and ovine-specific viruses: human adenoviruses (HAdV), human JC polyomaviruses, bovine polyomaviruses (BPyV), and ovine polyomaviruses (OPyV). High level of ruminant fecal contamination was detected all over the farming areas, whereas no ruminant sources were identified in the urban river sampling sites. BacR was the most frequently observed ruminant marker and OPyV and BPyV allowed the identification of ovine and bovine fecal sources. The human fecal viral marker (HAdV) was the most frequently observed human marker, highly abundant in the urban sites, and also present in farming areas. This is the first study using simultaneously the ovine and the bovine viral markers to identify and quantify both bovine and ovine fecal pollution.     

降解多环芳烃的菌株Gordonia sp.He4的分离鉴定及其在菲污染土壤修复过程中的动态变化

从石油污染土壤中分离得到1株降解石油烃类污染物的He4菌株.该菌株能够以正十六烷、苯、萘、蒽、菲和芘作为唯一的碳源生长.经过对其形态特征、生理生化、以及16S rRNA基因序列分析,该菌株初步鉴定为Gordoniasp..通过分析其16S rRNA基因序列,设计引物并构建了竞争性模板.通过竞争性定量PCR（quantitative competitive-PCR）分析了该菌株在含有菲的污染土壤中数量的变化.结果表明,部分菌株He4在土壤中转变为不可培养状态,采用传统的稀释涂布菌落计数法（CFU）无法对其进行定量,而通过QC-PCR能够较准确地测定土壤中微生物的动态变化.     

辛硫磷降解菌XSP-1的分离、鉴定及其降解特性研究

从农药厂污泥中分离到1株能以辛硫磷为唯一碳源生长的细菌, 命名为XSP-1.根据其生理生化特征和16S rRNA基因序列相似性分析, 将该菌株初步鉴定为戴尔福特菌属(Delftia sp.). 该菌株能在7 h内完全降解100　mg/L的辛硫磷. XSP-1降解辛硫磷的最适pH为7.0, 最适温度为35℃, 降解速率与初始接种量呈正相关, 该菌株对甲基对硫磷、毒死蜱、杀螟硫磷也有较好的降解能力. 根据已报道有机磷农药降解基因mpd的保守序列设计引物, 未从该菌株中扩增到目标条带, 但是该菌株是否带有新的有机磷农药降解基因仍需要进一步研究.     

大肠杆菌总DNA快速提取方法的比较研究

从动物粪便中分离大肠埃希氏杆菌（Escherichia coli）,利用五种不同方法提取大肠埃希氏杆菌的基因组DNA .通过定性、定量分析加以比较 ,确定一套经济、有效的适用于提取大肠埃希氏杆菌基因组DNA的方法--液氮法.以该方法提取的DNA为模板,通过扩增核糖体基因区间序列（16s-23s基因间隔区）可以应用于海水中粪便污染源示踪研究.     

苯醚甲环唑降解菌B2的分离、鉴定及其降解特性

从长期生产苯醚甲环唑的农药厂污泥中分离到1株能以苯醚甲环唑为唯一碳源生长的细菌,命名为B2.根据其生理生化特征和16S rRNA基因序列相似性分析,将该菌株鉴定为剑菌属(Ensifer sp.).菌株B2在24h内降解100mg/L的苯醚甲环唑的效率达85%以上.该菌株降解苯醚甲环唑的最适pH值为7.0,最适温度为30~35℃,降解速率与初始接种量呈正相关,与初始农药浓度呈负相关.基础盐培养基中,B2对初始浓度>400mg/L的苯醚甲环唑几乎无降解作用.