給水管網(wǎng)多相界面中微生物表面疏水性研究

張明露,徐紹峰,徐夢瑤,王 禮,柴杉杉,白 淼,張 燦*

給水管網(wǎng)多相界面中微生物表面疏水性研究

張明露1,徐紹峰1,徐夢瑤1,王 禮1,柴杉杉1,白 淼2,張 燦2*

(1.北京工商大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京 100048；2.中國人民解放軍疾病預(yù)防控制中心,北京 100071)

采用疾病控制中心(CDC)生物膜反應(yīng)器模擬給水管網(wǎng)系統(tǒng),選取聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯(PC)2種材質(zhì)的掛片,通過微生物粘附碳?xì)浠衔?MATH)實(shí)驗(yàn)和Illumina高通量測序相結(jié)合的方法,對反應(yīng)器水相、生物膜相和顆粒物相中微生物的疏水性進(jìn)行了研究.結(jié)果顯示,PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中優(yōu)勢菌為厚壁菌門,相對豐度為68.31%~81.00%,PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中優(yōu)勢菌為變形菌門,相對豐度為24.39%~64.40%.PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中優(yōu)勢菌包含3類致病菌,PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中包含8類致病菌.PC材質(zhì)掛片生物膜相較于PVC材質(zhì)疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材質(zhì)不易形成生物膜,對控制輸送過程中的二次污染具有積極作用,但在管網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)考慮其他工程因素的影響.

給水管網(wǎng)；生物膜；細(xì)胞疏水性；微生物碳?xì)湮?；高通量測序

飲用水微生物尤其致病菌是介水感染的主要風(fēng)險(xiǎn)來源.原水經(jīng)過水廠處理后微生物含量大幅降低.但是隨著輸配水管道長度的增加,細(xì)菌會(huì)大幅增多,導(dǎo)致管網(wǎng)水的二次污染[1].管網(wǎng)中細(xì)菌附著于管壁形成生物膜,使其避免被流體沖刷,因此管網(wǎng)輸送的水體和管網(wǎng)本身是一個(gè)龐雜的“反應(yīng)器”[2].生物膜中的細(xì)菌具有很高的生物活性與密度,又有生物膜的保護(hù)作用,較之水中懸浮細(xì)菌更難以被滅活,這導(dǎo)致大量的細(xì)菌在管壁生物膜中生存與增長,對人類健康具有極大威脅[3-4].管壁生物膜的形成和管材性質(zhì)[5]、滯留時(shí)間[6]、發(fā)生粘附的微生物等密切相關(guān)[7],其中微生物表面疏水性是其中一個(gè)重要指標(biāo).較弱的表面疏水性利于提高細(xì)胞的懸浮穩(wěn)定性,而較強(qiáng)的表面疏水性則表征細(xì)胞對水環(huán)境的親和力較低,利于吸附過程的發(fā)生.微生物表面疏水性對細(xì)菌在管道中的吸附和分布特征都有重要影響,在生物絮凝、生物掛膜、降解菌對污染物的吸附等過程中也有重要作用[8].前期研究表明,具有較強(qiáng)的表面疏水性和較低(更中性)電泳遷移率的微生物(如霍亂弧菌)在水處理過程中雖然可以通過靜電和疏水相互作用被有效去除,但是在輸配水管網(wǎng)中更易附著在管壁[9].表面疏水性對生物膜中細(xì)胞生長也具有一定影響[10],因此從細(xì)菌表面疏水性方面開展給水管網(wǎng)生物膜研究,對保障管網(wǎng)水的水質(zhì)安全具有重要意義.環(huán)境領(lǐng)域微生物表面疏水性的檢測通常采用微生物碳?xì)湮侥芰Ψ?MATH)[11],用于驗(yàn)證細(xì)菌與碳?xì)浠衔锏恼掣叫约捌渑c表面附著之間的相關(guān)性.該方法在生物工程、石油開采、醫(yī)學(xué)、食品工程等領(lǐng)域的研究中也有廣泛應(yīng)用.

目前關(guān)于管網(wǎng)生物膜的研究主要集中在細(xì)菌群落和腐蝕性質(zhì)等方面,對管網(wǎng)多相界面疏水性與細(xì)菌群落的關(guān)系研究較少.本研究采用MATH實(shí)驗(yàn)和Illumina高通量測序相結(jié)合的方法,解析不同材質(zhì)的模擬給水管網(wǎng)系統(tǒng)中多相界面的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其疏水性,探究不同管材生物膜形成機(jī)制,為尋求控制管網(wǎng)中生物膜形成的技術(shù)方法提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 模擬給水管網(wǎng)

選取美國疾病預(yù)防與控制中心(CDC)研制的生物膜反應(yīng)器來模擬給水管網(wǎng)系統(tǒng)[12].反應(yīng)器由體積為1L的玻璃容器組成,出水量達(dá)350mL,停留時(shí)間約為6h;8個(gè)獨(dú)立的、可拆卸的聚丙烯桿支撐著聚氯乙烯材料的頂蓋,頂蓋上有一個(gè)進(jìn)水口、一個(gè)取樣口和一個(gè)氣體交換口;每個(gè)桿上可以固定3個(gè)可拆卸的掛片(直徑約1.27cm,厚度約0.3cm),細(xì)菌在掛片表面附著生長形成生物膜;容器底部固定一個(gè)帶轉(zhuǎn)子的隔板,反應(yīng)器運(yùn)行過程中與磁力攪拌器相連,轉(zhuǎn)速控制在200~300r/min,給掛片表面提供均勻的剪切力,模擬實(shí)際管網(wǎng)中的水力條件.本實(shí)驗(yàn)選擇的掛片材質(zhì)分別為聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯(PC),進(jìn)水經(jīng)蠕動(dòng)泵輸送到CDC反應(yīng)器中,對反應(yīng)器出水進(jìn)行收集.反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行60d后,對樣品進(jìn)行收集,對各指標(biāo)進(jìn)行檢測.

1.2 管網(wǎng)多相界面樣品的收集

分別收集10L進(jìn)水和出水進(jìn)行過濾,采用孔徑0.22μm聚醚砜材質(zhì)的濾膜 (GPWP04700),將過濾后的濾膜放入50mL離心管中,加入25mL磷酸鹽 MgSO4緩沖液(PUM),震蕩5min后置于超聲儀內(nèi),40kHz下超聲20min,即得到水相菌懸液;取3片掛片放入50mL離心管內(nèi),加入25mL PUM溶液,震蕩1min后置于超聲儀內(nèi),40kHz下超聲5min,重復(fù)2次,即得到生物膜相菌懸液;收集50L反應(yīng)器出水進(jìn)行過濾,采用Swinnex過濾器 (Millipore SX0004700),直徑47mm,孔徑1.2μm的玻璃纖維素濾膜(Millipore APFC04700).將過濾完畢的濾膜放入50mL離心管內(nèi),加入25mL PUM溶液,震蕩5min后,40k Hz下超聲20min,得到顆粒物相菌懸液.

1.3 MATH測定

1.4 DNA提取與高通量測序

分別采集3mL烴系和10mL水系細(xì)菌細(xì)胞,使用Soil DNA提取試劑盒(MO-Bio,美國) 提取DNA,操作按照試劑盒的說明進(jìn)行.DNA濃度采用Nanodrop 2000在260nm下測定(Nano-drop Technologies, Wilmington, DE).采用上游引物(5’- CAACGCGAAGAACCTTAC-3’)和下游引物(5’- CGACAGCCATGCANCACCT-3’)擴(kuò)增16S rRNA基因的高變V6區(qū)[13].PCR反應(yīng)采用Hot Start and Hot Star high fidelity Taq polymerases混合酶進(jìn)行擴(kuò)增.反應(yīng)體系為50μL,反應(yīng)條件為95℃預(yù)變性2min,95℃ 30s,55℃ 30s,72℃ 30s,循環(huán)30次;72℃延伸5min,PCR產(chǎn)物回收定量后應(yīng)用Illumina測序平臺(tái)測序.

1.5 表面疏水性評價(jià)指標(biāo)

前期文獻(xiàn)[14]中采用相對疏水性(RH)評估微生物總體疏水性,見式1.

除了RH,也可用烴-水分配系數(shù)(0hw)值的大小來表征總菌群的微生物疏水性高低,且0hw與RH成正比關(guān)系.其中TB代表總生物量,OD表示600nm光密度下的細(xì)胞濃度.見式2.

對于不同分類水平(從門到屬)的細(xì)菌疏水性,應(yīng)用特定的烴-水分配系數(shù)('hw),表征該分類水平的微生物疏水性高低,見式3.

在式3中,RN表示在正十六烷烴系和水系中不同分類水平的特定細(xì)菌群的讀數(shù).

通過比較0hw和'hw可以得到不同分類水平細(xì)菌的疏水性.如果'hw顯著大于0hw,則該細(xì)菌是疏水性的.反之,該細(xì)菌被認(rèn)為是親水性的.此外,如果細(xì)菌的'hw與0hw值差異較小,則該細(xì)菌呈中等疏水性.

2 結(jié)果與討論

2.1 CDC反應(yīng)器多相界面的整體疏水性

如圖1所示,CDC反應(yīng)器多相界面的RH與0hw成正比,即RH越大0hw越大.PVC和PC兩種材質(zhì)掛片生物膜相的疏水性均高于水相和顆粒物相,說明生物膜相對疏水性更強(qiáng).PC材質(zhì)掛片生物膜相的0hw(1.76)遠(yuǎn)高于PVC材質(zhì)(0.46),表明PC材質(zhì)掛片生物膜疏水性更強(qiáng).PC材質(zhì)掛片水相的RH和0hw明顯低于生物膜相,表明水相是相對親水性.對于PVC材質(zhì)掛片顆粒物相的RH和0hw則明顯低于水相,表明顆粒物相是相對親水性.

圖1 PVC和PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器多相界面的相對疏水性和烴-水分配系數(shù)

2.2 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析

如圖2(a)所示,圖中匯總了8個(gè)樣品中排名前10(總相對豐度>99.7%)的菌門,分別為厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、藍(lán)藻門(Cyanobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)等.除了生物膜相-烴系,其他7個(gè)樣品中第一優(yōu)勢菌門均為厚壁菌門,其相對豐度為68.31%~81.00%,該菌在生物膜相-水系中相對豐度最高.生物膜相-烴系中第一優(yōu)勢菌門為變形菌門,相對豐度為55.01%,其次是厚壁菌門,相對豐度為37.09%.如圖2(b)所示,8個(gè)樣品中排名前10(總相對豐度>97.0%)的菌門分別為變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)等.厚壁菌門和放線菌門分別在進(jìn)水相-烴系和生物膜相-烴系中的相對豐度最高,分別為60.84%和13.4%.

式中，Is為飽和電流，q為單位電荷，V為外加電壓，n為理想因子，kB為玻爾茲曼常數(shù)，T為開爾文溫度.圖5(b)插圖為加正向電壓時(shí)，實(shí)驗(yàn)所得I-V特性曲線的擬合，其很好地?cái)M合于

如圖3(a)所示,圖中匯總了8個(gè)樣品中排名前20的菌屬(平均相對豐度>0.5%),分別為乳球菌屬()、、普羅威登斯菌屬()、分支桿菌屬()和不動(dòng)桿菌屬()等.除進(jìn)水相-水系和生物膜相-烴系外,其他6個(gè)樣品中第一優(yōu)勢菌屬均為乳球菌屬,其相對豐度為17.31%~20.72%,該菌屬在顆粒物相-烴系中相對豐度最高.進(jìn)水相-水系第一優(yōu)勢菌屬為土壤桿菌屬(),相對豐度為4.07%,生物膜相-烴系中第一優(yōu)勢菌屬為變形菌門的普羅威登斯菌屬,相對豐度為30.22%,其次為乳球菌屬,相對豐度為8.05%.如圖3(b)所示,8個(gè)樣品中排名前20的菌屬(平均相對豐度>1%)分別為斯科曼氏球菌屬(),枝動(dòng)桿菌屬(),土壤桿菌屬(),紫色桿菌屬()和不動(dòng)桿菌屬()等.除進(jìn)水相-烴系和生物膜相-烴系之外,其他6個(gè)樣品中第一優(yōu)勢菌屬均為枝動(dòng)桿菌屬,其相對豐度為5.64%~8.30%,該菌屬在顆粒物相-烴系中含量最高.進(jìn)水相-烴系中第一優(yōu)勢菌屬為乳球菌屬,相對豐度為15.08%,生物膜相-烴系中第一優(yōu)勢菌屬為斯科曼氏球菌屬,相對豐度為43.55%.

圖3 2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器多相界面的細(xì)菌屬水平相對豐度

Fig 3 Relative abundance of bacteria level at the multiphase interface in PVC (a) and PC (b) reactors

2.3 細(xì)菌門水平疏水性分析

如圖4(a)~(c),在PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中,比較各相門分類水平'hw與總菌群0hw的大小,可知出水相中10個(gè)菌門的'hw均顯著大于0hw(< 0.01),表明出水相細(xì)菌整體疏水性較高,其中排名第10的異常球菌-棲熱菌門('hw-0hw=+6.21)疏水性最強(qiáng);生物膜相中,僅排名第2的變形菌門和第10的浮霉菌門的'hw高于0hw,其他菌門如厚壁菌門、放線菌門、藍(lán)菌門等的'hw則明顯低于0hw(<0.01),表明在生物膜相中大多數(shù)菌門呈親水性.顆粒物相中,除了第10位的異常球菌-棲熱菌門('hw-0hw=-0.01)偏適中疏水性外,其他9個(gè)菌門均表現(xiàn)出高疏水性.

如圖4(d)~(f),在PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中,出水相僅酸桿菌和藍(lán)藻門'hw略低于0hw,而相對豐度排名前2位的變形菌門和厚壁菌門'hw略高于0hw(<0.05),這些菌門均表現(xiàn)中等的疏水性,其他菌門如放線菌門、綠彎菌門、疣微菌門等的'hw顯著高于0hw(<0.01),疏水性較高;生物膜相中,排名第1的變形菌門呈適中疏水性,放線菌門和酸桿菌門呈較高疏水性,其他菌門則表現(xiàn)出較高親水性;顆粒物相中包括變形菌門、厚壁菌門、放線菌門等在內(nèi)的10個(gè)菌門的'hw均顯著高于0hw(<0.01),說明生物膜相的細(xì)菌在門水平上的整體疏水性較高.

圖4 2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器多相界面排名前10的細(xì)菌門水平疏水性

.2.4 細(xì)菌屬水平疏水性分析

如圖5(a)~(c),在PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中,出水相僅類芽孢桿菌屬的'hw低于0hw,表現(xiàn)出親水性,其他9個(gè)菌屬均呈較高疏水性,說明出水的細(xì)菌在屬水平上整體偏疏水性,其中普羅威登斯菌屬('hw-0hw=+8.65)'hw最大,疏水性最強(qiáng);生物膜相中,僅普羅威登斯菌屬('hw-0hw=+13.42)和不動(dòng)桿菌屬('hw-0hw=+0.19)的'hw高于0hw,呈疏水性,其他8個(gè)菌屬均偏親水性;顆粒物相中細(xì)菌疏水性與出水相類似,僅類芽孢桿菌屬呈親水性,其他9個(gè)菌屬均表現(xiàn)出較強(qiáng)疏水性,說明顆粒物相細(xì)菌在屬水平上的整體疏水性較高.

圖5 2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器多相界面排名前10的細(xì)菌屬水平疏水性

.如圖5(d)~(f),在PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中,出水相僅棒狀桿菌屬的'hw略低于0hw,其他包括枝動(dòng)桿菌屬和土壤桿菌屬等在內(nèi)的6個(gè)菌屬'hw略高于0hw,這些菌屬均呈中等疏水性,說明出水細(xì)菌在屬水平上整體疏水性適中;生物膜相中僅排名第1位的斯科曼氏球菌屬('hw-0hw=+101.33)和第6位的貧養(yǎng)桿菌屬('hw-0hw=+104.06)表現(xiàn)出極高疏水性,其他菌屬則偏親水性;顆粒物相中僅羅氏菌屬表現(xiàn)出親水性,其他9個(gè)菌屬均呈較高疏水性,說明顆粒物相細(xì)菌在屬水平上的整體疏水性較高.

3 討論

3.1 pH值對MATH測定的干擾和排除

本研究采用MATH測定與Illumina高通量測序相結(jié)合的方法,評估多相界面中不同細(xì)菌群體的細(xì)胞疏水性.以前的研究表明,除了表面疏水性之外,微生物對烴類液滴的粘附還依賴于pH值[15].這說明除了疏水性相互作用外,靜電力也參與了粘附過程.本研究在MATH測定的實(shí)驗(yàn)中使用了PUM緩沖液,該緩沖液由于其高離子強(qiáng)度(大于150mM)而使靜電效應(yīng)降到最低,從而使疏水性相互作用更加明顯[16].

3.2 PVC材質(zhì)和PC材質(zhì)對群落結(jié)構(gòu)的影響

通過比較不同材質(zhì)掛片反應(yīng)器多相界面的細(xì)菌種群發(fā)現(xiàn),PVC材質(zhì)和PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中的微生物群落結(jié)構(gòu)差異明顯,存在部分共同的優(yōu)勢菌群,但相對豐度不同.門水平上,PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的水相中變形菌門是主要優(yōu)勢菌門,PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中的主要優(yōu)勢菌門則為厚壁菌門,這2類菌門均為給水管網(wǎng)中的常見菌門[17-19].PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的生物膜相-烴系中變形菌門相對豐度最高,說明變形菌門類細(xì)菌在PVC管壁更易形成生物膜.

PVC和PC 2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器中的微生物在屬水平上的差異較大,但都發(fā)現(xiàn)多種致病菌或條件致病菌,這些致病菌在其他飲用水的研究中也均有發(fā)現(xiàn),如分枝桿菌[20-21]、不動(dòng)桿菌[22-23]、代爾夫特菌[24-25]、銅綠假單胞菌[16,26]等.PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌屬共包含3類致病菌,總相對豐度為4.22%~4.82%,其中分枝桿菌比例最高(1.09%~ 2.92%).PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌屬共包含8類致病菌,總相對豐度為24.07%~29.62%,土壤桿菌比例最高(1.46%~6.46%).2種材質(zhì)掛片的反應(yīng)器中均發(fā)現(xiàn)了不動(dòng)桿菌和鏈球菌,不動(dòng)桿菌可引起泌尿道感染、肺炎、繼發(fā)性腦膜炎以及傷口感染,多發(fā)于免疫力低下人群,如新生兒和老年人[27];鏈球菌則可引起各種化膿性炎癥、猩紅、新生兒敗血癥等,在兒童中發(fā)病率較高[28],這些致病菌的檢出表明飲用水微生物的安全性應(yīng)引起足夠重視.通過對比2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器中致病菌種類和相對豐度可知,與PVC材質(zhì)相比,PC材質(zhì)中的致病菌的種類更多、相對豐度更高.2種材質(zhì)的生物膜相-烴系的致病菌比例均較低,PVC材質(zhì)中疏水性最強(qiáng)的致病菌為普羅威登斯屬,PC材質(zhì)中疏水性最強(qiáng)的致病菌為斯科曼氏球菌屬,說明這2種細(xì)菌易附著于管壁上形成生物膜從而影響飲水健康,因此在處理給水管網(wǎng)二次污染問題時(shí),應(yīng)著重對這類細(xì)菌進(jìn)行去除.

3.3 PVC和PC材質(zhì)對表面疏水性的影響

通過比較水相、生物膜相和顆粒物相中細(xì)菌的表面疏水性發(fā)現(xiàn),在門分類水平上,PVC和PC2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器的出水相和顆粒物相微生物的整體疏水性均較高,其中PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的出水相細(xì)菌的疏水性稍弱于PVC材質(zhì).PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的生物膜相相對豐度最高的厚壁菌門呈親水性,其他菌門相對豐度較低,故PVC生物膜相整體偏親水性.PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的生物膜相比例較高的2個(gè)菌門均表現(xiàn)出中等疏水性,因此PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器生物膜相整體疏水性適中.在屬分類水平上,PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器出水相和顆粒物相疏水性均較強(qiáng),生物膜相中除了普羅威登斯菌屬呈較高疏水性,其他菌屬多表現(xiàn)為親水性,故生物膜相整體呈親水性.PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的出水相整體疏水性適中,生物膜相中由于占絕對優(yōu)勢的斯科曼氏球菌屬疏水性較強(qiáng),故生物膜相整體呈疏水性,顆粒物相則整體疏水性較高.其中,PVC材質(zhì)反應(yīng)器出水相的3種致病菌和PC材質(zhì)反應(yīng)器出水相的8種致病菌在生物膜相中均呈親水性,而在出水相和顆粒物相中則表現(xiàn)出較強(qiáng)或中等疏水性,說明致病菌在生物膜相-烴系中數(shù)量較少,出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能與管壁生物膜的脫落有關(guān).由于生物膜脫落導(dǎo)致微生物一部分進(jìn)入水體中,一部分附著在顆粒物上,進(jìn)而使出水相-烴系和顆粒物-烴系中致病菌數(shù)量增多,疏水性增強(qiáng).此外,與PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器生物膜相的疏水性相比,PVC材質(zhì)掛片生物膜相相對親水,這在一定程度上也說明PVC材質(zhì)對微生物的吸附作用稍弱于PC材質(zhì).

4 結(jié)論

4.1 通過對實(shí)驗(yàn)室模擬管網(wǎng)條件下PVC材質(zhì)和PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器的進(jìn)出水水相、生物膜相和顆粒物相分析發(fā)現(xiàn),2種材質(zhì)掛片的反應(yīng)器各相樣品中細(xì)菌群落均具有較高多樣性,但群落結(jié)構(gòu)明顯不同,PVC材質(zhì)掛片的反應(yīng)器中優(yōu)勢菌為厚壁菌門, PC材質(zhì)掛片的反應(yīng)器中優(yōu)勢菌則為變形菌門;兩種材質(zhì)掛片上的微生物在屬水平上的差異較大, PVC材質(zhì)的優(yōu)勢菌是乳球菌屬,PC材質(zhì)的優(yōu)勢菌是斯科曼氏球菌屬.

4.2 PVC材質(zhì)和PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器3相樣品中的優(yōu)勢菌均存在部分致病菌或條件致病菌,其中PVC材質(zhì)掛片反應(yīng)器中優(yōu)勢菌包含3類致病菌,PC材質(zhì)掛片反應(yīng)器包含8類致病菌;PVC和PC2種材質(zhì)掛片反應(yīng)器中含量最高的致病菌分別是分枝桿菌和土壤桿菌,增加了飲用水的健康風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)引起關(guān)注.

4.3 PC材質(zhì)掛片生物膜相較于PVC材質(zhì)疏水性更高,對微生物的吸附作用更強(qiáng),易積累生物膜,但PC材質(zhì)抗沖擊性能好、安裝方便、價(jià)格低廉.而PVC材質(zhì)不易形成生物膜,對控制管網(wǎng)水質(zhì)的二次污染具有積極意義.

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Study on microbial surface hydrophobicity under multiphase interface of water distribution network.

ZHANG Ming-lu1, XU Shao-feng1, XU Meng-yao1, WANG Li1, CHAI Shan-shan1, BAI Miao2, ZHANG Can2*

(1.Department of Environmental Science and Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；2.Center for Disease Control and Prevention of Chinese PLA, Beijing 100071, China)., 2019,39(11)：4823~4830

The CDC (Centers for Disease Control) biofilm reactor was used to simulate the water distribution system, and two kinds of hanging materials of polyvinyl chloride (PVC) and polycarbonate (PC) were selected. The cell hydrophobicity of different bacterial populations in the water phase, biofilm phase and particulate phase of the two hanging materials was studied by a combination of microbial adhesion hydrocarbon (MATH) experiment and Illumina high-throughput sequencing. The results showed that the dominant bacteria in the reactor of PVC hanging coupon was Firmicutes and the relative abundance was 68.31% ~ 81.00%. While the dominant bacteria in the reactor of PC hanging coupon was Proteobacteria and the relative abundance was 24.39% ~ 64.40%. The predominantbacteria in the reactor of PVC hanging coupon contained three types of pathogenic bacteria, and the PC hanging coupon contained eight pathogens. The hydrophobicity of biofilm phase on the PC hanging coupon was higher than that on PVC, which facilitated the attachment of bacteria and biofilm formation. The ability of PVC material to form biofilm was lower. Hence,it had positive impact on the secondary pollution control during the water transportation. However, other engineering factors should also be considered in the practical applications.

water distribution system；biofilm；cell hydrophobicity；microbial adhesion hydrocarbon (MATH)；high-throughput sequencing

X172

A

1000-6923(2019)11-4823-08

張明露(1982-),女,黑龍江哈爾濱人,副教授,博士,主要從事環(huán)境微生物研究.發(fā)表論文30余篇.

2019-04-29

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0401202);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408010,51578008);北京自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8192053)

* 責(zé)任作者, 副研究員,zhangcancqu@163.com