水質(zhì)微生物檢測(cè)是評(píng)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(cè)方法從傳統(tǒng)培養(yǎng)法擴(kuò)展到分子生物學(xué)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(cè)的主要方式。
一、傳統(tǒng)微生物檢測(cè)方法
1. 培養(yǎng)依賴法
- 平板計(jì)數(shù)法：通過(guò)瓊脂培養(yǎng)基(如R2A、營(yíng)養(yǎng)瓊脂)分離微生物，37℃培養(yǎng)24-48小時(shí)后計(jì)數(shù)菌落形成單位(CFU)?？蓞^(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(guò)濾后，轉(zhuǎn)移濾膜至培養(yǎng)基，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。常用于飲用水中總大腸菌群檢測(cè)。
- 最可能數(shù)(MPN)法：通過(guò)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(jì)算微生物濃度。適用于低濃度水樣的大腸桿菌檢測(cè)。
2. 顯微鏡觀察法
- 光學(xué)顯微鏡直接計(jì)數(shù)：利用血球計(jì)數(shù)板或霍夫曼室，統(tǒng)計(jì)水中微生物數(shù)量。需染色(如結(jié)晶紫)增強(qiáng)對(duì)比度，但難以區(qū)分活/死菌。
- 熒光顯微技術(shù)：通過(guò)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(dòng)物(如藻類、纖毛蟲(chóng))。
- 指示微生物檢測(cè)：通過(guò)革蘭氏染色、芽孢染色等識(shí)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(cè)技術(shù)
1. 核酸擴(kuò)增技術(shù)
- PCR/qPCR：針對(duì)16S rRNA基因或功能基因(如氨氧化酶基因)設(shè)計(jì)引物，定量分析特定微生物。qPCR可檢測(cè)低至10³ copies/mL的病原菌(如軍團(tuán)菌、隱孢子蟲(chóng))。
- 多重PCR：同時(shí)檢測(cè)多種病原體(如同時(shí)鑒定大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、賈第鞭毛蟲(chóng))。
- 數(shù)字PCR：通過(guò)微滴化技術(shù)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量，靈敏度較qPCR提高10倍。
2. 宏基因組學(xué)
- 高通量測(cè)序：提取水樣總DNA，構(gòu)建文庫(kù)后進(jìn)行Illumina或PacBio測(cè)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(píng)估水體健康風(fēng)險(xiǎn)。
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(shí)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(duì)qPCR的干擾。
三、快速檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)。
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(guò)顯色反應(yīng)評(píng)估活性微生物比例。常用于評(píng)估消毒效果。
- 微電極測(cè)氧法：通過(guò)氧消耗速率推算微生物代謝強(qiáng)度，適用于生物膜活性的在線監(jiān)測(cè)。
3. 便攜式設(shè)備
- ATP熒光檢測(cè)儀：手掌型設(shè)備，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速篩查。
- 微型流控芯片：集成樣品處理、核酸擴(kuò)增和檢測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞級(jí)分析。
四、自動(dòng)化與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
1. 連續(xù)流動(dòng)分析儀
- 在線濁度法：通過(guò)光纖傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xiǎn)。
- 流式細(xì)胞術(shù)：自動(dòng)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(cè)系統(tǒng)
- 多參數(shù)傳感器：同步檢測(cè)溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率等理化指標(biāo)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)微生物動(dòng)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(guò)成像裝置遠(yuǎn)程觀察菌群變化。
