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        1. 過流式紫外線殺菌器-紫外線消毒對大腸桿菌的的滅活作用

          2019-08-19 27

          過流式紫外線殺菌器-紫外線消毒對大腸桿菌的的滅活作用

          有研究人員分析了紫外線消毒過程中大腸桿菌的滅活、光復活和暗修復現象,并借助流式細胞儀技術、熒光發光檢測儀和PCR技術,進一步分析了紫外線消毒對細胞膜、三磷酸腺苷以及 DNA、RNA 的損傷,結合 recA 的 SOS 損傷修復機制,闡述大腸桿菌對紫外線壓力的響應機制。
          一.紫外線對細胞膜的損傷
          線消毒前后大腸桿菌進行流式細胞儀分析,結果如圖3所示.P2區代表細菌的細胞膜未受損傷(PI染色陰性),P3+P4表示細菌的細胞膜受到損傷(PI染色陽性).未經處理的水樣中完整細胞膜細胞的數目占總數目的86.3%,經95℃熱處理15min后,采用流式細胞儀分析,有95.6%的細胞膜受到損傷,因此流式細胞儀能用來判斷細胞膜的損傷.然而紫外線消毒過程未導致更嚴重細胞膜的損傷,細胞膜未受損傷的細胞百分比保持在84.3%~89%范圍,即使紫外劑量增加至300mJ/cm2仍有84.3%的細胞膜保對大腸桿菌的細胞膜的損傷微乎其微.Cho和李等采用TEM透射顯微鏡和OPNG降解分析紫外線消毒對大腸桿菌的損傷,結果表明消毒后大腸桿菌的細胞膜仍保持一定的完整性,細胞通透性略微增加,胞內物質出現一定的固縮現象。
          紫外線對大腸桿菌細胞膜的影響
          二.紫外線消毒對 ATP 的損傷
          磷酸腺苷(ATP)是微生物代謝活動的主要能源,因此ATP的濃度能近似的反應微生物的活性和新陳代謝能力。該研究進一步探索了紫外線消毒過程對大腸桿菌總ATP含量的影響,結果如圖4所示.在低紫外劑量下(<100mJ/cm2),紫外線對大腸桿菌ATP含量無明顯影響,有輕微的增加趨勢.隨紫外線劑量進一步增加(>100mJ/cm2)ATP含量呈下降趨勢,大腸桿菌丟失其代謝能力。
          紫外線對大腸桿菌ATP的影響
          三.紫外線消毒對大腸桿菌 DNA 的損傷
          過去研究表明紫外線消毒主要引起微生物核酸的損傷,本研究采用分子生物學的PCR檢測方法分析了紫外線消毒過程對大腸桿菌16srRNA基因的損傷.從圖5a可見,紫外線消毒對大腸桿菌的434bp長度的核酸損傷不明顯,300mJ/cm2的紫外劑量仍有較明顯的DNA條帶.增加PCR檢測過程中16srRNA片段長度到1450bp時,盡管整個檢測過程均能檢測到明顯的DNA條帶,值得注意的是隨紫外劑量的增加條帶亮度明顯減少(圖5b),因此紫外線消毒導致了微生物16srRNA的損傷,片段長度越長損傷越明顯,低片段長度由于捕獲的DNA發生的損傷機率較低,檢測結果不明顯.Trombert等研究表明REP-PCR能在分子水平上分析紫外線消毒對微生物的滅活以及暗修復機制.我們研究表外劑量達到>80mJ/cm2時,微生物完全被滅活,DNA仍有明顯的條帶,因此采用 PCR 檢測 DNA 的損傷無法判斷微生物的失活狀態。
          紫外線對大腸桿菌DNA的損傷
          四.紫外線消毒對RNA的損傷
          有研究表明半衰期較短,與DNA相比RNA更能反應細胞的活性.我們研究進一步對紫外線消毒前后RNA 進行 PCR 擴增分析,并選用 SOS 基因修復相關的recA引物,從分子水平分析紫外線消毒過程可能存在的修復過程.如圖 6 所示,相對 DNA而言,紫外線消毒對 RNA 的損傷更嚴重,隨紫外劑量增加,條帶亮度明顯減弱,當紫外劑量達到污水處理廠常用的 40mJ/cm 2 時,仍存在較弱的RNA 條帶.聯系微生物的復蘇過程,隨紫外線劑量增加,暗修復能力明顯減弱,與該結果一致.盡管40mJ/cm 2 時光復活和暗修復百分比較低.然而PCR 結果顯示 40mJ/cm 2 仍有一定的損傷修復的能力,因此水處理過程中應考慮加大紫外劑量(>40mJ/cm 2 ),或采用紫外-氯聯用的方式來抑制復蘇現象.紫外-氯聯用方式能提供持續性消毒當紫外線劑量達到 50mJ/cm 2 時,RNA 擴增條帶完全消失,失去了 SOS 損傷修復能力,因此高劑量的 80mJ/cm 2 時,大腸桿菌的復蘇幾乎為零。
          紫外線對RNA的損傷
          五.結論
          80mJ/cm 2 紫外線劑量下,大腸桿菌的去除率 6.25-log,幾乎完全被滅活. 經 20mJ/cm 2 紫外線輻射后 24h,大腸桿菌的復活百分比和暗修復百分比分別達到 0.018%和 0.00042%,光復活能力明顯大于暗修復能力.經80mJ/cm 2 紫外線輻射后 24h,大腸桿菌的光復活和暗修復百分比明顯降低,僅為 0.0059%和0.000009%。
          紫外線消毒過程 DNA 的降解過程取決于片段長度,1450bp 的 16s rRNA 的基因損傷較
          434bp 的 16s rRNA 的基因損傷更明顯,水處理常規的紫外線消毒劑量(<100mJ/cm 2 ),對總 ATP 含量和細胞膜的損傷作用很小。
          紫外線消毒對大腸桿菌的RNA損傷比較嚴重,紫外線劑量達到 50mJ/cm 2 時,失去了 SOS 損
          傷修復的能力,因此80mJ / cm 2 大腸桿菌的復蘇能力較弱,recA 相關的 RNA 的消失可用于指示微生物發生了不可逆的損傷。
          深圳市鵬翔匯星水處理技術有限公司,主要從事水處理技術、工業自動化設備及產品系統設計、研發制造、銷售服務的深圳市高新技術企業。

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