过流式紫外线杀菌器-紫外线消毒对大肠杆菌的的灭活作用

2019-08-19 17

过流式紫外线杀菌器-紫外线消毒对大肠杆菌的的灭活作用

有研究人员分析了紫外线消毒过程中大肠杆菌的灭活、光复活和暗修复现象,并借助流式细胞仪技术、荧光发光检测仪和PCR技术,进一步分析了紫外线消毒对细胞膜、三磷酸腺苷以及 DNA、RNA 的损伤,结合 recA 的 SOS 损伤修复机制,阐述大肠杆菌对紫外线压力的响应机制。
一.紫外线对细胞膜的损伤
线消毒前后大肠杆菌进行流式细胞仪分析,结果如图3所示.P2区代表细菌的细胞膜未受损伤(PI染色阴性),P3+P4表示细菌的细胞膜受到损伤(PI染色阳性).未经处理的水样中完整细胞膜细胞的数目占总数目的86.3%,经95℃热处理15min后,采用流式细胞仪分析,有95.6%的细胞膜受到损伤,因此流式细胞仪能用来判断细胞膜的损伤.然而紫外线消毒过程未导致更严重细胞膜的损伤,细胞膜未受损伤的细胞百分比保持在84.3%~89%范围,即使紫外剂量增加至300mJ/cm2仍有84.3%的细胞膜保对大肠杆菌的细胞膜的损伤微乎其微.Cho和李等采用TEM透射显微镜和OPNG降解分析紫外线消毒对大肠杆菌的损伤,结果表明消毒后大肠杆菌的细胞膜仍保持一定的完整性,细胞通透性略微增加,胞内物质出现一定的固缩现象。
紫外线对大肠杆菌细胞膜的影响
二.紫外线消毒对 ATP 的损伤
磷酸腺苷(ATP)是微生物代谢活动的主要能源,因此ATP的浓度能近似的反应微生物的活性和新陈代谢能力。该研究进一步探索了紫外线消毒过程对大肠杆菌总ATP含量的影响,结果如图4所示.在低紫外剂量下(<100mJ/cm2),紫外线对大肠杆菌ATP含量无明显影响,有轻微的增加趋势.随紫外线剂量进一步增加(>100mJ/cm2)ATP含量呈下降趋势,大肠杆菌丢失其代谢能力。
紫外线对大肠杆菌ATP的影响
三.紫外线消毒对大肠杆菌 DNA 的损伤
过去研究表明紫外线消毒主要引起微生物核酸的损伤,本研究采用分子生物学的PCR检测方法分析了紫外线消毒过程对大肠杆菌16srRNA基因的损伤.从图5a可见,紫外线消毒对大肠杆菌的434bp长度的核酸损伤不明显,300mJ/cm2的紫外剂量仍有较明显的DNA条带.增加PCR检测过程中16srRNA片段长度到1450bp时,尽管整个检测过程均能检测到明显的DNA条带,值得注意的是随紫外剂量的增加条带亮度明显减少(图5b),因此紫外线消毒导致了微生物16srRNA的损伤,片段长度越长损伤越明显,低片段长度由于捕获的DNA发生的损伤机率较低,检测结果不明显.Trombert等研究表明REP-PCR能在分子水平上分析紫外线消毒对微生物的灭活以及暗修复机制.我们研究表外剂量达到>80mJ/cm2时,微生物完全被灭活,DNA仍有明显的条带,因此采用 PCR 检测 DNA 的损伤无法判断微生物的失活状态。
紫外线对大肠杆菌DNA的损伤
四.紫外线消毒对RNA的损伤
有研究表明半衰期较短,与DNA相比RNA更能反应细胞的活性.我们研究进一步对紫外线消毒前后RNA 进行 PCR 扩增分析,并选用 SOS 基因修复相关的recA引物,从分子水平分析紫外线消毒过程可能存在的修复过程.如图 6 所示,相对 DNA而言,紫外线消毒对 RNA 的损伤更严重,随紫外剂量增加,条带亮度明显减弱,当紫外剂量达到污水处理厂常用的 40mJ/cm 2 时,仍存在较弱的RNA 条带.联系微生物的复苏过程,随紫外线剂量增加,暗修复能力明显减弱,与该结果一致.尽管40mJ/cm 2 时光复活和暗修复百分比较低.然而PCR 结果显示 40mJ/cm 2 仍有一定的损伤修复的能力,因此水处理过程中应考虑加大紫外剂量(>40mJ/cm 2 ),或采用紫外-氯联用的方式来抑制复苏现象.紫外-氯联用方式能提供持续性消毒当紫外线剂量达到 50mJ/cm 2 时,RNA 扩增条带完全消失,失去了 SOS 损伤修复能力,因此高剂量的 80mJ/cm 2 时,大肠杆菌的复苏几乎为零。
紫外线对RNA的损伤
五.结论
80mJ/cm 2 紫外线剂量下,大肠杆菌的去除率 6.25-log,几乎完全被灭活. 经 20mJ/cm 2 紫外线辐射后 24h,大肠杆菌的复活百分比和暗修复百分比分别达到 0.018%和 0.00042%,光复活能力明显大于暗修复能力.经80mJ/cm 2 紫外线辐射后 24h,大肠杆菌的光复活和暗修复百分比明显降低,仅为 0.0059%和0.000009%。
紫外线消毒过程 DNA 的降解过程取决于片段长度,1450bp 的 16s rRNA 的基因损伤较
434bp 的 16s rRNA 的基因损伤更明显,水处理常规的紫外线消毒剂量(<100mJ/cm 2 ),对总 ATP 含量和细胞膜的损伤作用很小。
紫外线消毒对大肠杆菌的RNA损伤比较严重,紫外线剂量达到 50mJ/cm 2 时,失去了 SOS 损
伤修复的能力,因此80mJ / cm 2 大肠杆菌的复苏能力较弱,recA 相关的 RNA 的消失可用于指示微生物发生了不可逆的损伤。
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