微生物检测技术在水质环境监测中的应用与质量控制措施＊

陈伟红，钱大益，冯 丹，2

（1.伊犁师范大学化学与环境科学学院，新疆 伊犁哈萨克自治州 835000；2.伊犁师范大学化学与环境科学学院污染物化学与环境治理重点实验室，新疆 伊犁哈萨克自治州 835000）

近些年来，因世界范围内的环境污染问题日益严重，水质环境也遭到了很大破坏。中国环境问题也极为严峻，在工厂污水被排放到江河湖海的过程中，会使水体微生物群落发生很大变化，水体自然降解污染物的能力不断削弱。为了进一步提升环境保护效率，更好地满足国家环境管理需求，通过开展水质环境质量监测，可根据监测结果，掌握水质环境中的微生物分布情况，并在此基础上开展水体污染防治和水质环境质量评估。因此，研究微生物检测技术在水质环境监测中的应用与质量控制措施，可有效提升水质环境保护的有效性和科学性水平，保障水质安全。

1 水体微生物及微生物检测技术概述

1.1 水体微生物

迄今为止，微生物是人类发现最早且分布最为广泛的生物类群，其主要特征是个体微小、种类较多，主要包括微生物、病毒及小型的原生生物等，在人们日常生活中发挥着十分重要的作用。实际上，微生物主要是在演变过程中影响自然环境，同时再加上自身的进化过程，进而对地球化学循环过程、区域气候演变、动植物进化等产生不同程度的影响。在自然界物质循环以及能量流动中均有微生物参与的身影，其发挥着积极作用，同样的在水生生态系统中，微生物也是不可或缺的一部分，针对水体中难以分解的复杂有机物，可以借助于微生物的力量进行降解处理，进而净化水质和保护水生生态系统。

1.2 微生物检测技术

顾名思义，微生物检测技术就是通过研究微生物与水体中其他生物之间的反应，反映水环境中的水质情况[1]。该过程涉及到了环境分析学、物理检测学和生物检测学。对于微生物检测技术来说，其可以对常规物理和化学反应测试中的缺陷进行有效弥补。在实际的应用中，虽然微生物检测技术不能对水污染的具体程度进行量化表达，只能在化学检测中起到辅助性作用，但是处理水污染的效果明显，且在水质环境监测中发挥着十分重要的作用[2]。

2 微生物检测技术在水质环境监测中的应用

2.1 多管发酵法检测技术

多管发酵法是大肠杆菌检测的常见方法，主要是根据大肠杆菌可以发酵乳糖、产酸产气的原理，在乳糖蛋白胨发酵的基础上来判断大肠杆菌数量，检测结果的准确性较高。这种检测方法的主要流程为：①制备培养基和染色剂。其中培养基中的物质是乳糖与蛋白胨组成的混合物，可培养大肠杆菌，发酵作用较好。选择革兰氏染色剂可有效识别大肠杆菌，方便对其进行观察。②做好乳糖蛋白胨灭菌工作。操作过程需选择在无菌环境下，在混合水样与乳糖蛋白胨后，为了形成良好的发酵条件，需将环境温度控制在37 ℃。发酵中应处理好产酸、产气工作，并将其连接到伊红美蓝培养皿中，根据颜色变化来判断菌群数量。③做好复发酵使用工作，统计每升水样的大肠杆菌。为了提升检测结果的准确性，实验中应选用多支发酵管，保证有充足的实验数量。④评估大肠杆菌数量，统计菌群数量。选择多管发酵法检测技术所需时间较长，可增强大肠杆菌检测精确度，使检测效果得到保障。

2.2 滤膜法检测技术

在选用滤膜法进行检测的过程中，过滤器需选用微孔薄膜替代，通过将细菌过滤到滤膜上，进而达到检测菌群，统计具体数量的目的。通常情况下，在检测大肠杆菌时选用滤膜法的频率较高，且检测结果的准确性较高，可以对水质环境中的细菌群数量进行确定，还能有效统计细菌数量。滤膜法检测流程主要为：①对滤膜进行灭菌处理，以消灭细菌。滤膜灭菌的方法是在纯水中煮沸15 min 左右，以达到初步滤除细菌的目的，然后选择酒精灯来火焰灭菌，以进行二次杀菌。②选择滤膜过滤水样，在负压0.5 MPa 下选择过滤器进行过滤，确保滤膜表面附着有菌群，以有效统计菌群数量。③在培养基上贴滤膜，避免两者之间有气泡出现，否则会降低整个检测结果的准确性。以大肠杆菌为例，应保证培养温度在37 ℃左右，时间维持在24 h。④做好菌落着色和镜检工作。结合染色深度可判断菌群密度，选择镜检方式来统计菌群，并对滤膜上的菌落总数进行确定。滤膜法在杂质含量较少水源的检测中应用得较为广泛，检测流程方便快捷，可快速检测水质环境，进而有效统计菌群数量。

2.3 PCR 检测技术

PCR 检测技术主要是检测特定微生物，进而判断微生物种类。这种检测方法的特点主要有3 点：①特异性强。可在模板DNA 的基础上有效识别微生物，可定性判断微生物种类，准确性较高。②灵敏度高。最小检测率可达到3 个细胞，在少量细胞检测中使用频率较高，可对目标进行有效识别，进而有效检验微生物[3]。③便捷性好。检测操作流程简单，可快速检测。

由于检测中选用了DNA 聚合酶，可以降低同位素的使用，对环境影响程度随之下降。PCR 检测原理主要选用了聚合酶链反应，可有效识别指定DNA 片段，在检测中应避免PCR 产物出现热变性，否则会影响整个酶的活性，进而降低整个DNA 片段的识别能力。选择PCR 检测技术所需时间短，只需要数个小时就能完成。PCR 检测技术是有效识别微生物的方法，可准确识别大肠杆菌、沙门氏菌等，灵敏度较高。在选择PCR检测技术时，应将DNA 作为模板，以有效检验目标微生物，根据两者的匹配情况来识别DNA，检测结果较为可靠，在微生物检测中的优势较为明显[4]。

2.4 平皿计数法检测技术

平皿计数法可以有效统计微生物数量，在检验的过程中需要在菌群自身生理特征的基础上进行，可有效提升检测精度。平皿检测法操作过程简单、方便，在对微生物数量进行统计时最为常见，且检测结果具有较强的可靠性水平。该检测方法为：①选择10 倍稀释方式来达到稀释菌落的目的，将稀释液划分成若干等分，并将其在相同培养皿中进行培养。在实际培养中需控制好环境温度，保证温度条件良好，以增强培养菌群效果。②统计平皿中菌群数量，并对菌落情况进行检验，以提升菌群统计效果，进而实现平皿计数。③评估最终检测结果。为了提升最终检测结果的准确性水平，需严格对比各个平皿中的检测结果。需要注意的是，应在无菌条件下稀释样品，做好平皿的灭菌工作，保证稀释条件良好。无菌操作需要达到完全灭菌，并做好镊子、剪刀等实用器械的消毒工作。应选择具有代表性的采样，否则很难反映水质环境中的微生物情况。生理盐水作为主要的稀释液，在避免细菌表面遭受损坏的同时，还能防止检测中的细胞损伤，进而起到稀释的作用。

3 微生物检测在水质环境监测中质量控制措施

3.1 样品采集质量控制

该阶段质量控制主要表现在：①在水质环境监测微生物实验室内，应备齐采集微生物样品的无菌采样玻璃容器。随着时间和空间的变化，许多水体也会发生改变，应使用科学有效的方法对采样规划进行制定。为了提升水样采集的代表性，采样的过程中应选择固定取水点。②在对湖库、河流等地表水样品进行采集的过程中，可以用手紧握瓶子下部，向水中插入带塞采样瓶，采样瓶的位置距离水面10～15 cm 处最为适宜，保证瓶口与水流方向保持一致，将瓶塞拔掉，确保瓶内有样品灌入后迅速将瓶塞盖上，之后则从水中取出采样瓶[5]。③若选择龙头装置对样品进行采集，在采集样品之前，需要将龙头拧到最大位置处，在放水时间达到3～5 min 时，及时关闭龙头，选择70%～75%体积分数的酒精擦拭或者将火焰燃烧3 min 以达到对龙头消毒的目的，随后开足龙头，放水1 min 后，将水管内的滞留杂质彻底清除。在采样的过程中，需对水流速度进行有效控制，并小心接入到瓶中。④在对地表水、废水及一定深度的样品进行采集的过程中，可优先选用能进行灭菌操作的专用采样装置。应保证水量是瓶内容量的80%，方便检验中可以将其充分混合均匀；采样时可以直接进行采样，针对已经灭菌后的采样瓶，禁止直接选择水样进行刷洗，禁止手指和其他物品直接与瓶口进行接触，防止瓶口被污染，采样时禁止对水底沉积物进行搅拌，在对管网水样品进行采集之前，需要将龙头表面利用火焰灼烧3～5 s，之后将其放水5～10 min，以对水龙头进行消毒。水样保存的主要作用是减缓微生物繁殖速率，此时可以通过低温冷藏的方式对水样进行保存，在将全部水样采集后，应在2 h 内全部送回实验室。在运输过程中，应对玻璃容器进行固定，防止样品容器倾倒而造成样品溢出。

3.2 样品实验室检测质量控制

样品实验室检测质量控制主要包含实验室环境控制和培养基质量控制2 个方面。前者应保证实验室通风条件良好，防止灰尘、温度对其的影响，可以优先选用集中式空调。在减少杂菌污染的同时，还能使培养箱持续稳定运行，减少培养基、天平受潮等问题。实验室内的壁墙和地面均要选用指定材料，确保其可以防渗水、表面光滑，方便清洁和消毒工作。工作台表面应具有防透水、抗腐蚀、光滑无缝等性能，还要保证工作台高度适宜和实验室内空气清洁。可以选用沉降菌或浮游菌、悬浮粒子数或细菌总数（涂抹法）对空气和台桌面的清洁度进行检测[6]。在每次的培养基配制完成后，应将培养基名称、pH 值、配制日期、配制人、配制数量、灭菌温度、培养基中是否存在不稳定性物质进行详细记录。

3.3 生物样品检测及其结果评价质量控制

微生物样品检测质量控制。在接种工作未开始前，为了确保水中的细菌可以均匀分布，应充分摇匀水样。在稀释水样时，应沿着管壁将水样小心加进去，防止与管内稀释液直接接触，避免吸管尖外侧部分粘附到检验液中。水样稀释完成后，需要将水样注入到已经灭菌后的培养皿中，可将水样从皿侧中添加进去，禁止将培养皿盖全部揭开，最后则将吸管直接立起确保样品流空。为了排出剩余的液体，应在皿底干燥部位将吸管尖擦拭一下，禁止直接吹出。为了避免片状菌落产生，在向平皿加入水样后，需要将适宜温度下的营养琼脂培养基倾倒入培养皿中，并及时混合均匀，30 min 后培养基将会完全凝固，之后则对平皿进行翻转、倒置进行培养。

微生物样品检测结果评价质量控制。微生物样品检测结果评价质量控制内容包括：①度量操作方法精密度。从某特种型式的水样中，将最先15 个阳性水样挑选出来，并进行双样分析。针对每个数据的对数进行分析，若是任意一双样结果中有一者为零的情况，将其加上1 后将对数值计算出来。之后取出例行水样中的10%开展双样分析。如果计算差较大，说明化验精密度下降，此时需要将之前精密度检查后的分析结果否定，找出原因后继续分析。②无菌性检查。在每次实验开展的过程中，均需要选用灭菌水作为水样，并分别对培养基、滤膜、稀释水、冲洗用水、玻璃器皿和器具无菌性情况进行检查，若是侵染了杂菌，需要否定选择该材料开展实验获取的数据。每次实验中需至少对一个水样开展重复性分析，原则上针对10%水样的多人操作实验室，需要将重复分析工作做好，也就是对至少一个阳性水样开展平行分析。

4 结论

综上所述，微生物检测具有专业性和复杂性特征，将其应用到水质环境检测中，可有效助力对水污染的治理。因此，需对水质环境监测全过程加强质量控制，防止某一环节出错从而影响最终检测结果。为了实现该目标，需对微生物监测步骤进行规范，提升监测人员综合素质，并加大监督力度，确保实验设备、实验条件与监测实验标准相符，确保实验分析工作可以顺利开展。