給水管網多相界面中微生物表面疏水性研究

張明露,徐紹峰,徐夢瑤,王 禮,柴杉杉,白 淼,張 燦*

給水管網多相界面中微生物表面疏水性研究

張明露1,徐紹峰1,徐夢瑤1,王 禮1,柴杉杉1,白 淼2,張 燦2*

(1.北京工商大學環境科學與工程系,北京 100048；2.中國人民解放軍疾病預防控制中心,北京 100071)

采用疾病控制中心(CDC)生物膜反應器模擬給水管網系統,選取聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯(PC)2種材質的掛片,通過微生物粘附碳氫化合物(MATH)實驗和Illumina高通量測序相結合的方法,對反應器水相、生物膜相和顆粒物相中微生物的疏水性進行了研究.結果顯示,PVC材質掛片反應器中優勢菌為厚壁菌門,相對豐度為68.31%~81.00%,PC材質掛片反應器中優勢菌為變形菌門,相對豐度為24.39%~64.40%.PVC材質掛片反應器中優勢菌包含3類致病菌,PC材質掛片反應器中包含8類致病菌.PC材質掛片生物膜相較于PVC材質疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材質不易形成生物膜,對控制輸送過程中的二次污染具有積極作用,但在管網實際應用中還應考慮其他工程因素的影響.

給水管網；生物膜；細胞疏水性；微生物碳氫吸附；高通量測序

飲用水微生物尤其致病菌是介水感染的主要風險來源.原水經過水廠處理后微生物含量大幅降低.但是隨著輸配水管道長度的增加,細菌會大幅增多,導致管網水的二次污染[1].管網中細菌附著于管壁形成生物膜,使其避免被流體沖刷,因此管網輸送的水體和管網本身是一個龐雜的“反應器”[2].生物膜中的細菌具有很高的生物活性與密度,又有生物膜的保護作用,較之水中懸浮細菌更難以被滅活,這導致大量的細菌在管壁生物膜中生存與增長,對人類健康具有極大威脅[3-4].管壁生物膜的形成和管材性質[5]、滯留時間[6]、發生粘附的微生物等密切相關[7],其中微生物表面疏水性是其中一個重要指標.較弱的表面疏水性利于提高細胞的懸浮穩定性,而較強的表面疏水性則表征細胞對水環境的親和力較低,利于吸附過程的發生.微生物表面疏水性對細菌在管道中的吸附和分布特征都有重要影響,在生物絮凝、生物掛膜、降解菌對污染物的吸附等過程中也有重要作用[8].前期研究表明,具有較強的表面疏水性和較低(更中性)電泳遷移率的微生物(如霍亂弧菌)在水處理過程中雖然可以通過靜電和疏水相互作用被有效去除,但是在輸配水管網中更易附著在管壁[9].表面疏水性對生物膜中細胞生長也具有一定影響[10],因此從細菌表面疏水性方面開展給水管網生物膜研究,對保障管網水的水質安全具有重要意義.環境領域微生物表面疏水性的檢測通常采用微生物碳氫吸附能力法(MATH)[11],用于驗證細菌與碳氫化合物的粘附性及其與表面附著之間的相關性.該方法在生物工程、石油開采、醫學、食品工程等領域的研究中也有廣泛應用.

目前關于管網生物膜的研究主要集中在細菌群落和腐蝕性質等方面,對管網多相界面疏水性與細菌群落的關系研究較少.本研究采用MATH實驗和Illumina高通量測序相結合的方法,解析不同材質的模擬給水管網系統中多相界面的細菌群落結構及其疏水性,探究不同管材生物膜形成機制,為尋求控制管網中生物膜形成的技術方法提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 模擬給水管網

選取美國疾病預防與控制中心(CDC)研制的生物膜反應器來模擬給水管網系統[12].反應器由體積為1L的玻璃容器組成,出水量達350mL,停留時間約為6h;8個獨立的、可拆卸的聚丙烯桿支撐著聚氯乙烯材料的頂蓋,頂蓋上有一個進水口、一個取樣口和一個氣體交換口;每個桿上可以固定3個可拆卸的掛片(直徑約1.27cm,厚度約0.3cm),細菌在掛片表面附著生長形成生物膜;容器底部固定一個帶轉子的隔板,反應器運行過程中與磁力攪拌器相連,轉速控制在200~300r/min,給掛片表面提供均勻的剪切力,模擬實際管網中的水力條件.本實驗選擇的掛片材質分別為聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯(PC),進水經蠕動泵輸送到CDC反應器中,對反應器出水進行收集.反應器穩定運行60d后,對樣品進行收集,對各指標進行檢測.

1.2 管網多相界面樣品的收集

分別收集10L進水和出水進行過濾,采用孔徑0.22μm聚醚砜材質的濾膜 (GPWP04700),將過濾后的濾膜放入50mL離心管中,加入25mL磷酸鹽 MgSO4緩沖液(PUM),震蕩5min后置于超聲儀內,40kHz下超聲20min,即得到水相菌懸液;取3片掛片放入50mL離心管內,加入25mL PUM溶液,震蕩1min后置于超聲儀內,40kHz下超聲5min,重復2次,即得到生物膜相菌懸液;收集50L反應器出水進行過濾,采用Swinnex過濾器 (Millipore SX0004700),直徑47mm,孔徑1.2μm的玻璃纖維素濾膜(Millipore APFC04700).將過濾完畢的濾膜放入50mL離心管內,加入25mL PUM溶液,震蕩5min后,40k Hz下超聲20min,得到顆粒物相菌懸液.

1.3 MATH測定

1.4 DNA提取與高通量測序

分別采集3mL烴系和10mL水系細菌細胞,使用Soil DNA提取試劑盒(MO-Bio,美國) 提取DNA,操作按照試劑盒的說明進行.DNA濃度采用Nanodrop 2000在260nm下測定(Nano-drop Technologies, Wilmington, DE).采用上游引物(5’- CAACGCGAAGAACCTTAC-3’)和下游引物(5’- CGACAGCCATGCANCACCT-3’)擴增16S rRNA基因的高變V6區[13].PCR反應采用Hot Start and Hot Star high fidelity Taq polymerases混合酶進行擴增.反應體系為50μL,反應條件為95℃預變性2min,95℃ 30s,55℃ 30s,72℃ 30s,循環30次;72℃延伸5min,PCR產物回收定量后應用Illumina測序平臺測序.

1.5 表面疏水性評價指標

前期文獻[14]中采用相對疏水性(RH)評估微生物總體疏水性,見式1.

除了RH,也可用烴-水分配系數(0hw)值的大小來表征總菌群的微生物疏水性高低,且0hw與RH成正比關系.其中TB代表總生物量,OD表示600nm光密度下的細胞濃度.見式2.

對于不同分類水平(從門到屬)的細菌疏水性,應用特定的烴-水分配系數('hw),表征該分類水平的微生物疏水性高低,見式3.

在式3中,RN表示在正十六烷烴系和水系中不同分類水平的特定細菌群的讀數.

通過比較0hw和'hw可以得到不同分類水平細菌的疏水性.如果'hw顯著大于0hw,則該細菌是疏水性的.反之,該細菌被認為是親水性的.此外,如果細菌的'hw與0hw值差異較小,則該細菌呈中等疏水性.

2 結果與討論

2.1 CDC反應器多相界面的整體疏水性

如圖1所示,CDC反應器多相界面的RH與0hw成正比,即RH越大0hw越大.PVC和PC兩種材質掛片生物膜相的疏水性均高于水相和顆粒物相,說明生物膜相對疏水性更強.PC材質掛片生物膜相的0hw(1.76)遠高于PVC材質(0.46),表明PC材質掛片生物膜疏水性更強.PC材質掛片水相的RH和0hw明顯低于生物膜相,表明水相是相對親水性.對于PVC材質掛片顆粒物相的RH和0hw則明顯低于水相,表明顆粒物相是相對親水性.

圖1 PVC和PC材質掛片反應器多相界面的相對疏水性和烴-水分配系數

2.2 細菌群落結構分析

如圖2(a)所示,圖中匯總了8個樣品中排名前10(總相對豐度>99.7%)的菌門,分別為厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、藍藻門(Cyanobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)等.除了生物膜相-烴系,其他7個樣品中第一優勢菌門均為厚壁菌門,其相對豐度為68.31%~81.00%,該菌在生物膜相-水系中相對豐度最高.生物膜相-烴系中第一優勢菌門為變形菌門,相對豐度為55.01%,其次是厚壁菌門,相對豐度為37.09%.如圖2(b)所示,8個樣品中排名前10(總相對豐度>97.0%)的菌門分別為變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)等.厚壁菌門和放線菌門分別在進水相-烴系和生物膜相-烴系中的相對豐度最高,分別為60.84%和13.4%.

式中，Is為飽和電流，q為單位電荷，V為外加電壓，n為理想因子，kB為玻爾茲曼常數，T為開爾文溫度.圖5(b)插圖為加正向電壓時，實驗所得I-V特性曲線的擬合，其很好地擬合于

如圖3(a)所示,圖中匯總了8個樣品中排名前20的菌屬(平均相對豐度>0.5%),分別為乳球菌屬()、、普羅威登斯菌屬()、分支桿菌屬()和不動桿菌屬()等.除進水相-水系和生物膜相-烴系外,其他6個樣品中第一優勢菌屬均為乳球菌屬,其相對豐度為17.31%~20.72%,該菌屬在顆粒物相-烴系中相對豐度最高.進水相-水系第一優勢菌屬為土壤桿菌屬(),相對豐度為4.07%,生物膜相-烴系中第一優勢菌屬為變形菌門的普羅威登斯菌屬,相對豐度為30.22%,其次為乳球菌屬,相對豐度為8.05%.如圖3(b)所示,8個樣品中排名前20的菌屬(平均相對豐度>1%)分別為斯科曼氏球菌屬(),枝動桿菌屬(),土壤桿菌屬(),紫色桿菌屬()和不動桿菌屬()等.除進水相-烴系和生物膜相-烴系之外,其他6個樣品中第一優勢菌屬均為枝動桿菌屬,其相對豐度為5.64%~8.30%,該菌屬在顆粒物相-烴系中含量最高.進水相-烴系中第一優勢菌屬為乳球菌屬,相對豐度為15.08%,生物膜相-烴系中第一優勢菌屬為斯科曼氏球菌屬,相對豐度為43.55%.

圖3 2種材質掛片反應器多相界面的細菌屬水平相對豐度

Fig 3 Relative abundance of bacteria level at the multiphase interface in PVC (a) and PC (b) reactors

2.3 細菌門水平疏水性分析

如圖4(a)~(c),在PVC材質掛片反應器中,比較各相門分類水平'hw與總菌群0hw的大小,可知出水相中10個菌門的'hw均顯著大于0hw(< 0.01),表明出水相細菌整體疏水性較高,其中排名第10的異常球菌-棲熱菌門('hw-0hw=+6.21)疏水性最強;生物膜相中,僅排名第2的變形菌門和第10的浮霉菌門的'hw高于0hw,其他菌門如厚壁菌門、放線菌門、藍菌門等的'hw則明顯低于0hw(<0.01),表明在生物膜相中大多數菌門呈親水性.顆粒物相中,除了第10位的異常球菌-棲熱菌門('hw-0hw=-0.01)偏適中疏水性外,其他9個菌門均表現出高疏水性.

如圖4(d)~(f),在PC材質掛片反應器中,出水相僅酸桿菌和藍藻門'hw略低于0hw,而相對豐度排名前2位的變形菌門和厚壁菌門'hw略高于0hw(<0.05),這些菌門均表現中等的疏水性,其他菌門如放線菌門、綠彎菌門、疣微菌門等的'hw顯著高于0hw(<0.01),疏水性較高;生物膜相中,排名第1的變形菌門呈適中疏水性,放線菌門和酸桿菌門呈較高疏水性,其他菌門則表現出較高親水性;顆粒物相中包括變形菌門、厚壁菌門、放線菌門等在內的10個菌門的'hw均顯著高于0hw(<0.01),說明生物膜相的細菌在門水平上的整體疏水性較高.

圖4 2種材質掛片反應器多相界面排名前10的細菌門水平疏水性

.2.4 細菌屬水平疏水性分析

如圖5(a)~(c),在PVC材質掛片反應器中,出水相僅類芽孢桿菌屬的'hw低于0hw,表現出親水性,其他9個菌屬均呈較高疏水性,說明出水的細菌在屬水平上整體偏疏水性,其中普羅威登斯菌屬('hw-0hw=+8.65)'hw最大,疏水性最強;生物膜相中,僅普羅威登斯菌屬('hw-0hw=+13.42)和不動桿菌屬('hw-0hw=+0.19)的'hw高于0hw,呈疏水性,其他8個菌屬均偏親水性;顆粒物相中細菌疏水性與出水相類似,僅類芽孢桿菌屬呈親水性,其他9個菌屬均表現出較強疏水性,說明顆粒物相細菌在屬水平上的整體疏水性較高.

圖5 2種材質掛片反應器多相界面排名前10的細菌屬水平疏水性

.如圖5(d)~(f),在PC材質掛片反應器中,出水相僅棒狀桿菌屬的'hw略低于0hw,其他包括枝動桿菌屬和土壤桿菌屬等在內的6個菌屬'hw略高于0hw,這些菌屬均呈中等疏水性,說明出水細菌在屬水平上整體疏水性適中;生物膜相中僅排名第1位的斯科曼氏球菌屬('hw-0hw=+101.33)和第6位的貧養桿菌屬('hw-0hw=+104.06)表現出極高疏水性,其他菌屬則偏親水性;顆粒物相中僅羅氏菌屬表現出親水性,其他9個菌屬均呈較高疏水性,說明顆粒物相細菌在屬水平上的整體疏水性較高.

3 討論

3.1 pH值對MATH測定的干擾和排除

本研究采用MATH測定與Illumina高通量測序相結合的方法,評估多相界面中不同細菌群體的細胞疏水性.以前的研究表明,除了表面疏水性之外,微生物對烴類液滴的粘附還依賴于pH值[15].這說明除了疏水性相互作用外,靜電力也參與了粘附過程.本研究在MATH測定的實驗中使用了PUM緩沖液,該緩沖液由于其高離子強度(大于150mM)而使靜電效應降到最低,從而使疏水性相互作用更加明顯[16].

3.2 PVC材質和PC材質對群落結構的影響

通過比較不同材質掛片反應器多相界面的細菌種群發現,PVC材質和PC材質掛片反應器中的微生物群落結構差異明顯,存在部分共同的優勢菌群,但相對豐度不同.門水平上,PC材質掛片反應器的水相中變形菌門是主要優勢菌門,PVC材質掛片反應器中的主要優勢菌門則為厚壁菌門,這2類菌門均為給水管網中的常見菌門[17-19].PVC材質掛片反應器的生物膜相-烴系中變形菌門相對豐度最高,說明變形菌門類細菌在PVC管壁更易形成生物膜.

PVC和PC 2種材質掛片反應器中的微生物在屬水平上的差異較大,但都發現多種致病菌或條件致病菌,這些致病菌在其他飲用水的研究中也均有發現,如分枝桿菌[20-21]、不動桿菌[22-23]、代爾夫特菌[24-25]、銅綠假單胞菌[16,26]等.PVC材質掛片反應器中的優勢菌屬共包含3類致病菌,總相對豐度為4.22%~4.82%,其中分枝桿菌比例最高(1.09%~ 2.92%).PC材質掛片反應器中的優勢菌屬共包含8類致病菌,總相對豐度為24.07%~29.62%,土壤桿菌比例最高(1.46%~6.46%).2種材質掛片的反應器中均發現了不動桿菌和鏈球菌,不動桿菌可引起泌尿道感染、肺炎、繼發性腦膜炎以及傷口感染,多發于免疫力低下人群,如新生兒和老年人[27];鏈球菌則可引起各種化膿性炎癥、猩紅、新生兒敗血癥等,在兒童中發病率較高[28],這些致病菌的檢出表明飲用水微生物的安全性應引起足夠重視.通過對比2種材質掛片反應器中致病菌種類和相對豐度可知,與PVC材質相比,PC材質中的致病菌的種類更多、相對豐度更高.2種材質的生物膜相-烴系的致病菌比例均較低,PVC材質中疏水性最強的致病菌為普羅威登斯屬,PC材質中疏水性最強的致病菌為斯科曼氏球菌屬,說明這2種細菌易附著于管壁上形成生物膜從而影響飲水健康,因此在處理給水管網二次污染問題時,應著重對這類細菌進行去除.

3.3 PVC和PC材質對表面疏水性的影響

通過比較水相、生物膜相和顆粒物相中細菌的表面疏水性發現,在門分類水平上,PVC和PC2種材質掛片反應器的出水相和顆粒物相微生物的整體疏水性均較高,其中PC材質掛片反應器的出水相細菌的疏水性稍弱于PVC材質.PVC材質掛片反應器的生物膜相相對豐度最高的厚壁菌門呈親水性,其他菌門相對豐度較低,故PVC生物膜相整體偏親水性.PC材質掛片反應器的生物膜相比例較高的2個菌門均表現出中等疏水性,因此PC材質掛片反應器生物膜相整體疏水性適中.在屬分類水平上,PVC材質掛片反應器出水相和顆粒物相疏水性均較強,生物膜相中除了普羅威登斯菌屬呈較高疏水性,其他菌屬多表現為親水性,故生物膜相整體呈親水性.PC材質掛片反應器的出水相整體疏水性適中,生物膜相中由于占絕對優勢的斯科曼氏球菌屬疏水性較強,故生物膜相整體呈疏水性,顆粒物相則整體疏水性較高.其中,PVC材質反應器出水相的3種致病菌和PC材質反應器出水相的8種致病菌在生物膜相中均呈親水性,而在出水相和顆粒物相中則表現出較強或中等疏水性,說明致病菌在生物膜相-烴系中數量較少,出現這一現象的原因可能與管壁生物膜的脫落有關.由于生物膜脫落導致微生物一部分進入水體中,一部分附著在顆粒物上,進而使出水相-烴系和顆粒物-烴系中致病菌數量增多,疏水性增強.此外,與PC材質掛片反應器生物膜相的疏水性相比,PVC材質掛片生物膜相相對親水,這在一定程度上也說明PVC材質對微生物的吸附作用稍弱于PC材質.

4 結論

4.1 通過對實驗室模擬管網條件下PVC材質和PC材質掛片反應器的進出水水相、生物膜相和顆粒物相分析發現,2種材質掛片的反應器各相樣品中細菌群落均具有較高多樣性,但群落結構明顯不同,PVC材質掛片的反應器中優勢菌為厚壁菌門, PC材質掛片的反應器中優勢菌則為變形菌門;兩種材質掛片上的微生物在屬水平上的差異較大, PVC材質的優勢菌是乳球菌屬,PC材質的優勢菌是斯科曼氏球菌屬.

4.2 PVC材質和PC材質掛片反應器3相樣品中的優勢菌均存在部分致病菌或條件致病菌,其中PVC材質掛片反應器中優勢菌包含3類致病菌,PC材質掛片反應器包含8類致病菌;PVC和PC2種材質掛片反應器中含量最高的致病菌分別是分枝桿菌和土壤桿菌,增加了飲用水的健康風險,應引起關注.

4.3 PC材質掛片生物膜相較于PVC材質疏水性更高,對微生物的吸附作用更強,易積累生物膜,但PC材質抗沖擊性能好、安裝方便、價格低廉.而PVC材質不易形成生物膜,對控制管網水質的二次污染具有積極意義.

[1] Power K N, Nagy L A. Relationship between bacterial regrowth and some physical and chemical parameters within Sydney's drinking water distribution system [J]. Water Research, 1999,33(3):741-750.

[2] 林文芳,余志晟,陳 曦,等.給水管網生物膜反應器及分子生物學研究方法進展 [J]. 環境科學與技術, 2012,35(6):71-78. Lin W F, Yu Z C, Chen X, et al. Advances in research methods of biofilm reactors and molecular biology in water supply networks [J] Environmental Science & Technology, 2012,35(6):71-78.

[3] 周玲玲,劉文君,張永吉.給水管壁生物膜附著異養菌與水中懸浮菌活性比較 [J]. 中國給水排水, 2007,23(21):37-40. Zhou L L, Liu W J, Zhang Y J. Comparison of activity of heterotrophic bacteria attached to biofilm of water supply wall and suspended bacteria in water [J]. China Water & Wastewater, 2007,23(21):37-40.

[4] 陳雨喬,段曉笛,陸品品,等.給水管網中耐氯性細菌的滅活特性研究 [J]. 環境科學, 2012,33(1):104-109. Chen Y Q, Duan X D, Lu P P, et al. Study on inactivation characteristics of chlorine-tolerant bacteria in water supply network [J]. Environmental Science, 2012,33(1):104-109.

[5] 張向誼,劉文君,高圣華,等.模擬配水管網中管材和余氯對生物膜形成的影響 [J]. 中國環境科學, 2006,(3):303-306. Zhang X Y, Liu W J, Gao S H, et al. The influence of pipe materials and residual chlorine in the stimulant water distribution pipe net on the biofilm formation. [J]. China Environmental Science, 2006,(3):303- 306.

[6] 葉 萍,申屠華斌,陳環宇,等.滯流工況下管網水中微生物群落對鐵釋放的影響 [J]. 中國環境科學, 2017,37(12):4578-4584. Ye P, Shen T H B, Chen H Y, et al. Influence of microbial community on iron release under stagnation condition in drinking water systems [J]. China Environmental Science, 2017,37(12):4578-4584.

[7] 孫慧芳,石寶友,王東升.供水管網內壁生物膜的特征及其對水質的影響 [J]. 中國給水排水, 2011,27(21):40-45. Sun H F, Shi B Y, Wuang D S. Characteristics of biofilm on the inner wall of water supply network and its influence on water quality [J]. China Water & Wastewater, 2011,27(21):40-45.

[8] 黃翔峰.MATH法表征環境微生物細胞表面疏水性的研究進展 [J]. 微生物學通報, 2015,42(1):200-206. Huang X F. Advances in MATH Method for characterizing the surface hydrophobicity of environmental microorganisms [J]. Microbiology China, 2015,42(1):200-206.

[9] Popovici J, White C P, Hoelle J, et al. Characterization of the cell surface properties of drinking water pathogens by microbial adhesion to hydrocarbon and electrophoretic mobility measurements [J]. Colloids & Surfaces B: Biointerfaces, 2014,118:126-132.

[10] Noriyuki I, Michio S, Hirosi Anzai, et al. Relationships among colony morphotypes, cell-surface properties and bacterial adhesion to substrata in[J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2003,30(1):51-60.

[11] Djeridi I, Cécile Militon, Grossi V, et al. Evidence for surfactant production by the, sp. MSNC14 in hydrocarbon-containing media [J]. Extremophiles, 2013,17(4):669- 675.

[12] Zhang M L, Wang L, Xu M Y, et al.Selective antibiotic resistance genes in multiphase samples during biofilm growth in a simulated drinking water distribution system: Occurrence, correlation and low- pressure ultraviolet removal [J].Science of The Total Environment, 2019,649:146-155.

[13] Caporaso J G, Lauber C L, Walters W A, et al. Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011,108Suppl 1(Supplement_1):4516-4522.

[14] Yuan Q C, Feng G, Herbert H P, et al. Hydrophobicity of diverse bacterial populations in activated sludge and biofilm revealed by microbial adhesion to hydrocarbons assay and high-throughput sequencing [J]. Colloids & Surfaces B: Biointerfaces, 2014,(114): 379-385.

[15] Busscher H J, Mei H C V D. Implications of microbial adhesion to hydrocarbons for evaluating [J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 1995,5(3/4):111-116.

[16] Rosenberg M. Microbial adhesion to hydrocarbons: Twenty-five years of doing MATH [J]. FEMS Microbiology Letters, 2006,262(2):129- 134.

[17] Vaz-Moreira I, Nunes O C, Manaia, et al. Ubiquitous and persistent, Proteobacteria, and other Gram-negative bacteria in drinking water [J]. Science of the Total Environment, 2017,586:1141-1149.

[18] Wu H, Zhang J, Mi Z, et al. Biofilm bacterial communities in urban drinking water distribution systems transporting waters with different purification strategies [J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2015,99(4):1947-1955.

[19] Sun H, Shi B, Bai Y, et al. Bacterial community of biofilms developed under different water supply conditions in a distribution system [J]. Science of The Total Environment, 2014,472:99-107.

[20] Marciano-Cabral F, Jamerson M, Kaneshiro E S. Free-living amoebae,andin tap water supplied by a municipal drinking water utility in the USA [J]. Journal of Water & Health, 2010,8(1):71-82.

[21] Gomez-Smith C K, Lapara T M, Hozalski R M. Sulfate reducing bacteria and Mycobacteria dominate the biofilm communities in a chloraminated drinking water distribution system [J]. Environmental Science & Technology, 2015,49(14):8432-8440.

[22] Narciso-Da-Rocha C, Vaz-Moreira I, Svensson-Stadler L, et al. Diversity and antibiotic resistance ofspp. in water from the source to the tap [J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2013, 97(1):329-340.

[23] Kelly J J, Minalt N, Culotti A, et al. Temporal variations in the abundance and composition of biofilm communities colonizing drinking water distribution pipes [J]. PLoS One, 2014,9(5):1-11.

[24] 張明露,劉文君,李翠萍,等.水源切換對水廠出水細菌群落的影響 [J]. 中國環境科學, 2015,35(8):2517-2522. Zhang M L, Liu W J, Li C P, et al. Effect of water source switching on bacterial community in effluent of waterworks [J]. China Environmental Science, 2015,35(8):2517-2522.

[25] Liao X, Chen C, Wang Z, et al. Bacterial community change through drinking water treatment processes [J]. International Journal of Environmental Science & Technology, 2015,12(6):1867-1874.

[26] Flores Ribeiro A, Bodilis J, Alonso L, et al. Occurrence of multi- antibiotic resistantspp. in drinking water produced from karstic hydrosystems [J]. Science of The Total Environment, 2014, 490:370-378.

[27] 胡子鑒.不動桿菌屬感染的研究進展 [J]. 醫學綜述, 1999,(1):5-7. Hu Z J. Advances in research on Acinetobacter infection [J]. Medical Recapitulate, 1999,(1):5-7.

[28] O'Brien K L, Wolfson L J, Watt J P, et al. Burden of disease caused byin children younger than 5 years: Global estimates [J]. The Lancet, 2009,374(9693):893-902.

Study on microbial surface hydrophobicity under multiphase interface of water distribution network.

ZHANG Ming-lu1, XU Shao-feng1, XU Meng-yao1, WANG Li1, CHAI Shan-shan1, BAI Miao2, ZHANG Can2*

(1.Department of Environmental Science and Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；2.Center for Disease Control and Prevention of Chinese PLA, Beijing 100071, China)., 2019,39(11)：4823~4830

The CDC (Centers for Disease Control) biofilm reactor was used to simulate the water distribution system, and two kinds of hanging materials of polyvinyl chloride (PVC) and polycarbonate (PC) were selected. The cell hydrophobicity of different bacterial populations in the water phase, biofilm phase and particulate phase of the two hanging materials was studied by a combination of microbial adhesion hydrocarbon (MATH) experiment and Illumina high-throughput sequencing. The results showed that the dominant bacteria in the reactor of PVC hanging coupon was Firmicutes and the relative abundance was 68.31% ~ 81.00%. While the dominant bacteria in the reactor of PC hanging coupon was Proteobacteria and the relative abundance was 24.39% ~ 64.40%. The predominantbacteria in the reactor of PVC hanging coupon contained three types of pathogenic bacteria, and the PC hanging coupon contained eight pathogens. The hydrophobicity of biofilm phase on the PC hanging coupon was higher than that on PVC, which facilitated the attachment of bacteria and biofilm formation. The ability of PVC material to form biofilm was lower. Hence,it had positive impact on the secondary pollution control during the water transportation. However, other engineering factors should also be considered in the practical applications.

water distribution system；biofilm；cell hydrophobicity；microbial adhesion hydrocarbon (MATH)；high-throughput sequencing

X172

A

1000-6923(2019)11-4823-08

張明露(1982-),女,黑龍江哈爾濱人,副教授,博士,主要從事環境微生物研究.發表論文30余篇.

2019-04-29

國家重點研發計劃(2016YFD0401202);國家自然科學基金資助項目(51408010,51578008);北京自然科學基金資助項目(8192053)

* 責任作者, 副研究員,zhangcancqu@163.com