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当饮用水和水产品中的土霉异味超过人嗅觉感知的浓度以上,将会导致饮用水质和水产品品质下降,直接影响到人们的日常生活。土腥素(Geosmin)和2-甲基异莰醇(2-Methylisoborneol,2-MIB)是引起水体和水产品土霉异味问题的两种常见的化合物:已有研究证明,蓝藻和放线菌是这两种异味化合物的主要产生者。
上世纪五十年代以来,在西方等发达国家陆续报道水体土霉异味问题,在日本,水体异味被日本政府列为环境公害之一,受到高度关注。近年来,我国水体土霉异味事件频繁暴发,严重影响了我国的水环境安全。迄今为止,在异味化合物的检测方法、生物来源、生理和代谢途径研究方面已有较系统的研究。相对而言,在放线菌异味研究方面,因该类生物主要存在于土壤中,目前对产异味放线菌对水体和水产品异味的贡献缺乏研究,结论也不一致。基于对国内外研究现状的分析,本研究旨在探讨自然水体中产异味放线菌的组成、产异味能力及其异味释放途径。为此,我们选择两种不同类型的水体作为研究对象,其一是小型的城市水体--武汉市莲花湖,其二是位于湖北枣阳市的中型水库--熊河水库。针对莲花湖,我们分析了该湖沉积物中产土霉异味放线菌的数量、种类和产异味的能力特征；在此基础上,本研究重点系统调查和分析了熊河水库上覆水和沉积物中土霉异味化合物的周年动态变化和生物学来源,分析了沉积物中的异味化合物对上覆水的影响。主要的研究内容和研究结果如下:
1)从莲花湖沉积物中共分离到55株放线菌,通过HSPME-GC-MS分析,其中有34、24和23株分别在M、高氏一号和TSB液体培养基中产生土霉异味化合物,分别占放线菌总数的62％、44％和42％；在产生土霉异味化合物的放线菌中,大部分菌株只产生geosmin,有一部分菌株能够同时产geosmin和2-MIB,只有少数菌株只产生2-MIB；M液体培养基最适合放线菌产生土霉异味化合物geosmin和2-MIB,TSB培养基最适合放线菌菌丝的生长,M和高氏一号固体斜面能够促进放线菌孢子的形成；对于能同时产geosmin和2-MIB的菌株,其2-MIB与geosmin的产量比值为1.54(R=0.838)；能同时产geosmin和2-MIB的菌株比只能产geosmin的菌株更容易受到液体培养基的影响；6株产土霉异味化合物能力较高的放线菌,其中一株鉴定为Streptomyces tanashiensis,另外5株放线菌鉴定为链霉菌Streptomyces sp.。
2)在熊河水库分别设置A点、B点和C点三个采样点,平均水深分别为13.2 m,10.7 m和8.0 m,在2007年11月至2008年10月期间,分别调查熊河水库上覆水和沉积物中异味化合物的变化和生物学来源。结果表明,熊河水库的沉积物中只能检测到土霉异味化合物geosmin的存在,geosmin的浓度在3个样点的分布表现为:A点>B点>C点； A点沉积物中geosmin浓度的最大值可达5.28μg.kg-1；沉积物中geosmin的浓度与叶绿素a、总氮和有机物均呈现显著正相关关系,其相关系数R分别达到0.674、0.606和0.642(P<0.01),与温度呈现出负相关关系(R=-0.425,P<0.05)；经生物学鉴定和分析,沉积物中的geosmin可能来源于链霉菌Streptomyces。
3)在熊河水库的上覆水中能检测到土霉异味化合物geosmin和2-MIB的存在:上覆水中的geosmin和沉积物中的geosmin存在着相关性,其中相关系数r=0.838(p<0.05)；据实验室内沉积物中的geosmin向水体中的扩散试验可知,12 d内扩散到水体中的geosmin量占总量的21.4％～51.4％,平均扩散速率为3.6～8.7 nmol m-2 d-1；据检测和分析,熊河水库上覆水中的geosmin可能来源于沉积物中geosmin的扩散。
4)从2007年11月熊河水库A点的沉积物中共分离到41株放线菌,在M液体培养基中产异味的能力特征表明,产土霉异味的菌株数占56％；在产土霉异昧的放线菌中,有74％的菌株只产生geosmin,有17％的菌株能够同时产生geosmin和2-MIB,而只有9％的菌株只产2-MIB；从熊河水库A点的沉积物中分离、纯化得到8株产生土霉异味化合物geosmin和/或2-MIB相对较高的放线菌,经16S rRNA鉴定,分别属于链霉菌属中的Streptomyces sp.、Streptomyces pseudogriseolus、Streptomyces lavendulae、Streptomyces fimbriatus、Streptomyces mirabilis、Streptomyces lividans、Streptomyces massasporeus和Streptomyces albogriseolus。
5)实验室内的研究结果表明,链霉菌Streptomyces可以在沉积物中生长和产生土霉异味化合物geosmin和2-MIB,而且加富的沉积物与未加富的沉积物相比,其中放线菌的生物量和产生的土霉异味化合物的量都要多；灭菌的沉积物可以吸附上覆水中geosmin和2-MIB,3 d内,吸附geosmin和2-MIB量约占总量的46％和40％；沉积物中的土霉异味化合物可以扩散到上覆水中,7 d内,扩散到上覆水中的geosmin和2-MIB量约占总量的34％和60％；沉积物中的geomsin和2-MIB可以被其中的生物降解,而且geosmin比2-MIB更容易被降解。