一种饮用水水库致嗅放线菌生长曲线测定与产嗅影响因素分析（一）
背景技术
饮用水源难闻的气味令全球消费者无法忍受，因此成为了饮用水行业主要关注问题。饮用水气味主要包括土霉味，鱼腥味，化粪池气味，草味和化学气味。在80％水源异味问题中土霉味占比41％，湖泊和水库表现出更显著的土霉味，而2-methylisoborneol(2-MIB)和geosmin(GSM)化合物是导致湖泊和水库水体产生土霉味的两种主要次生代谢物。2-MIB和GSM化合物主要由蓝藻细菌、放线菌、黏细菌、真菌等形成。非藻类爆发时期，嗅味问题主要来源于放线菌产嗅。然而，目前较多研究集中于藻类致嗅，放线菌致嗅还未得到充分研究。
放线菌是常见的土壤居民，同时也存在于许多水生环境中，从淡水到咸水，在环境中广泛存在。放线菌具有较强的生物合成能力和生物活性，径流输入饮用水水库的放线菌在水中仍保有较强生长产嗅活性。链霉菌是已知放线菌嗅味生产的主要贡献者，经常从水体和沉积物中被分离出来。而Streptomyces antibioticus LJH21、Streptomycessp.ZEU13以及Streptomyces sp.PQK19均为已分离的链霉菌致嗅菌种。2-MIB和GSM作为链霉菌的次级代谢产物被发现，对饮用水安全造成恐慌。作为放线菌嗅味的重要生产者—链霉菌，探究其生长与产嗅因素具有重要意义。
环境物质可以影响微生物生长以及2-MIB和GSM的产生，例如营养物质、溶解氧和温度。较高的2-MIB和GSM浓度通常与较低的TN:TP比有关。氨氮是水生系统氮含量最低的形式，相较于硝态氮生物吸收效率更快。热分层现象是夏季饮用水水库常见特征，沉积物-水界面处溶解氧浓度降低致使沉积物上浮，成为饮用水水库嗅味物质产生的又一重要原因。在没有营养物质限制的情况下，温度是影响生长和代谢致嗅的最重要因素。生物量最低时，研究表明在15℃时次生代谢物产量即嗅味浓度值最高。而在更高温度下，研究表明链霉菌生长量增加且对应的嗅味总体产量增加。但是目前不同环境因素对放线菌的致嗅能力的影响并不是很清楚，因此，探究放线菌致嗅外源环境因素是控制饮用水水库嗅味的重要支撑。
一、材料与方法
1.1、研究区域与菌种分离
研究区域来自于中国西安芋子沟水库(34°27′52″N，108°54′19″E)，为西安市重要的饮用水水源地。饮用水水库底层(深度7m)取水样3L，4℃下保存。1L水样通过0.22μm聚碳酸酯膜过滤，一式三份，然后将过滤后的聚碳酸酯膜置于含有重铬酸钾的高氏一号固体培养基中连续培养7天。使用平板划线法在培养基中重复纯化培养7次得到纯种放线菌。通过生物分子法纯化分离出两株产嗅味较强的链霉菌，分别为Strepotomyces albogriseolus(简写为Sa)和Strepotomyces tendae(简写为St)。
1.2、水质物理-化学参数
实验采用超纯水配制250mL模拟水库水体，初始总磷(TP)浓度固定为0.02mg/L，通过梯度设置总氮(TN)浓度(1mg/L、2mg/L、4mg/L)构建TN:TP比为50:1、100:1、200:1的三组实验体系。接种两株链霉菌Strepotomyces albogriseolus与Strepotomyces tendae，以1％接种量进行振荡培养，设置径向振荡模式、转速160rpm，振幅3cm，以模拟水库水流剪切力。培养温度设为5℃、15℃、25℃以覆盖水库不同时期水温，溶解氧浓度分别设为0mg/L(厌氧)、4mg/L(中氧)、8mg/L(好氧)，进行不同条件的九种正交环境梯度。实验周期为10天，期间维持高锰酸盐指数(CODMn)为4mg/L。培养结束后，依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)测定TN、CODMn、pH及TP等指标，同步分析链霉菌生长特性及2-MIB的规律性变化。
1.3、生长代谢活性
实验采用标准化Biolog ECO板(Biolog，CA，USA)体系评估菌株代谢特性：以超纯水为基础培养基，配制含四种氮源(KNO3、NaNO2、NH4Cl、胰蛋白胨)及三类碳源(氨基酸、葡萄糖、淀粉)的测试体系。具体而言，氮源设置涵盖无机盐(KNO3/NaNO2/NH4Cl)与有机氮(胰蛋白胨)，碳源分组为氨基酸类、葡萄糖及淀粉。通过将样品接种至预置不同底物的ECO板孔位，建立微生物对营养矩阵的响应图谱，系统解析菌株Strepotomyces albogriseolus和Strepotomyces tendae在碳氮协同代谢中的功能分化机制。每24h使用流式细胞仪和染色剂SYBR Green I(10μL/mL，Invitrogen，USA)检测摇瓶中菌株的总细胞数。丹麦Biosense微生物生长动态监测系统检测链霉菌菌株在590nm和750nm处的吸光度值。
1.4、嗅味化合物
每日取样储存在带有垫片的玻璃瓶中，以便测定水体中的2-MIB和GSM浓度。嗅味化合物通过顶空固相微萃取(SPME)结合GC-MS(Agilent 8890，Agilent Tech.，USA)即刻检测，2-MIB标准品使用Supelco CRM47523，GSM标准品使用Supelco CRM47522。2-MIB和GSM的检测限(LOQ)均为1ng/L。
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