拟杆菌特异性生物标记示踪猪场废水的应用研究

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微生物溯源(Microbial Source Tracking, MST)是指通过比较被污染样品和可能污染源中的粪便污染指示微生物的差异或某种生物标记的有无来判断被污染样品和可能污染源之间存在的联系,从而确定污染来源的方法。本文以畜禽养殖污染中的猪源污染为研究对象,分别研究了定量检测水体中猪源宿主拟杆菌生物标记的方法,分析了生物标记Pig-2-Bac的稳定性,通过构建微系统和地表径流实验分别研究了不同温度条件储存下和在地表径流过程中Pig-2-Bac与各污染指标的相关性。首先以猪排泄物构建的污染水体为研究对象,通过寄主特异性引物识别构建污染水体中猪源拟杆菌16S rRNA基因的特异性基因标记(又称为特异性生物标记),并根据特异性生物标记的定量检测,确定粪便拟杆菌的污染量。在比较了3种不同的DNA提取方法的基础上,选择了基于CTAB的提取方法,并通过该方法的改进,建立了一种适合水样中提取猪排泄物总DNA的改良CTAB法。3对不同的猪源寄主特异性引物专一性验证结果表明,引物3(Bac41F/Bac163R)的特异性好于引物1(Bac41F/PS183R)和引物2(Bac32F/Bac108R),更适合用于特异性检测水体中以猪为宿主拟杆菌属的特异性生物标记。对引物3的灵敏度验证实验结果表明引物3的检出下限在4.09E+02~1.60E+03拷贝数之间。在比较研究引物特异性的基础上,进一步研究了不同混合污水中其他寄主来源的拟杆菌对猪源拟杆菌属特异性生物标记的影响,结果显示其他来源的粪便未影响原污水中特异性生物标记的灵敏度,进一步证明了该方法具有很好的特异性,能够排除其他寄主来源的拟杆菌的影响。除灵敏性和特异性外,生物标记在不同环境中是否能稳定存在也是影响其应用的关键因素。故对引物3(Bac41F/Bac163R)对应的猪源宿主拟杆菌生物标记Pig-2-Bac在不同光照和温度条件下的稳定性进行了研究。结果表明光照对Pig-2-Bac稳定性无显著性影响,温度对Pig-2-Bac影响较大且温度越高Pig-2-Bac稳定性越差。探求Pig-2-Bac与猪场废水中氮磷有机物等的环境行为是否存在关系是能否利用Pig-2-Bac指示猪场废水的前提。在研究中,首先模拟不同温度环境的微系统研究在不同温度处理下Pig-2-Bac与微生物、氮磷有机物等的变化规律,并分析Pig-2-Bac与各指标的相关性。其次在室内模拟实验的基础上进一步在安徽省合肥市进行了初步室外实验,研究猪场废水在地表径流过程中Pig-2-Bac及各化学指标的变化规律,同时也进行了初步的相关性分析。室内模拟实验结果显示Pig-2-Bac与可培养细菌总数、总氮、总磷和化学需氧量都有较好的相关性,而与氨氮、硝氮和可培养真菌总数相关性不理想。室外实验由于影响因素多,并没有表现出与室内实验一致的结果,各指标与Pig-2-Bac的相关性都不尽理想。以上研究结果表明,通过特异性引物利用qPCR技术能够对水体中猪源拟杆菌属特异性生物标记进行准确的定量,为水体是否受到猪场废水污染以及污染程度的准确定量化检测提供技术手段。但是还有很多因素制约其应用,如Pig-2-Bac的稳定性、其环境行为、与被指示污染物的相关性等,这些还都需要进一步研究,以便微生物溯源技术能够更好的应用到环境监测中。
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