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水质微生物检测是评估水体污染程度、公共卫生安全及生态环境健康的重要手段。随着技术的发展，检测方法从传统培养法扩展到分子生物学、自动化监测等多维度技术体系。以下从传统方法、现代技术及新兴方向系统阐述水质微生物检测的主要方式。
一、传统微生物检测方法
1. 培养依赖法
- 平板计数法：通过琼脂培养基(如R2A、营养琼脂)分离微生物，37℃培养24-48小时后计数菌落形成单位(CFU)。可区分异养菌、大肠菌群等，但仅能培养可培养微生物(约1%-10%的环境微生物)。
- 滤膜法：适用于高浊度水样。将水样过滤后，转移滤膜至培养基，统计菌落数。常用于饮用水中总大肠菌群检测。
- 最可能数(MPN)法：通过多稀释度接种发酵管，利用溴甲酚紫指示剂判断产酸情况，查表计算微生物浓度。适用于低浓度水样的大肠杆菌检测。
2. 显微镜观察法
- 光学显微镜直接计数：利用血球计数板或霍夫曼室，统计水中微生物数量。需染色(如结晶紫)增强对比度，但难以区分活/死菌。
- 荧光显微技术：通过吖啶橙、DAPI等荧光染料标记核酸，区分活菌与死菌。结合相差显微镜可观察原生动物(如藻类、纤毛虫)。
- 指示微生物检测：通过革兰氏染色、芽孢染色等识别特定菌群(如硫酸盐还原菌、铁细菌)。
二、分子生物学检测技术
1. 核酸扩增技术
- PCR/qPCR：针对16S rRNA基因或功能基因(如氨氧化酶基因)设计引物，定量分析特定微生物。qPCR可检测低至10³ copies/mL的病原菌(如军团菌、隐孢子虫)。
- 多重PCR：同时检测多种病原体(如同时鉴定大肠杆菌、沙门氏菌、贾第鞭毛虫)。
- 数字PCR：通过微滴化技术实现绝对定量，灵敏度较qPCR提高10倍。
2. 宏基因组学
- 高通量测序：提取水样总DNA，构建文库后进行Illumina或PacBio测序，分析微生物群落结构。可鉴定低丰度物种(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(如志贺毒素基因)，评估水体健康风险。
3. 核酸探针技术
- FISH(荧光原位杂交)：用荧光标记的寡核苷酸探针直接与水样中的微生物杂交，识别特定菌种(如硝化细菌)。结合流式细胞术可分选目标细胞。
- PMA(叠氮溴化丙锭)预处理：选择性穿透死菌细胞膜，排除非活性微生物对qPCR的干扰。
三、快速检测与现场技术
1. 生物传感技术
- ATP生物发光法：利用荧光素酶反应检测水中ATP含量，间接反映微生物总量。10分钟内出结果，但易受背景干扰(如植物细胞ATP)。
- 免疫层析试纸条：基于抗原-抗体反应，快速检测致病菌(如大肠杆菌O157:H7)。灵敏度达10⁴ CFU/mL，适合应急监测。
2. 微生物代谢活性分析
- CTC(氯化三苯基四氮唑ium)还原法：活菌将CTC还原为红色甲臜，通过显色反应评估活性微生物比例。常用于评估消毒效果。
- 微电极测氧法：通过氧消耗速率推算微生物代谢强度，适用于生物膜活性的在线监测。
3. 便携式设备
- ATP荧光检测仪：手掌型设备，适用于现场快速筛查。
- 微型流控芯片：集成样品处理、核酸扩增和检测功能，实现单细胞级分析。
四、自动化与在线监测技术
1. 连续流动分析仪
- 在线浊度法：通过光纤传感器实时监测水中颗粒物(如藻类、细菌聚集体)，预警微生物暴发风险。
- 流式细胞术：自动分选水中微生物，结合荧光标记可区分活/死菌、不同生理状态细胞。
2. 物联网监测系统
- 多参数传感器：同步检测温度、pH、溶解氧、电导率等理化指标，结合机器学习模型预测微生物动态。
- 原位培养系统：在水下部署微型培养舱，模拟自然条件培养微生物，通过成像装置远程观察菌群变化。
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