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由于病毒在很低的浓度范围内即可对人畜健康构成威胁,因而病毒在环境中去向及其去除已引起各国科学家的高度关注。已有研究显示,在灭菌/不灭菌的极端条件下,环境中病毒的吸附、解吸、消亡等行为明显改变,表明环境中本土微生物存在有可能影响病毒去向,但文献结果并不完全一致。由此我们推测,本土微生物组成及其生长过程可能是影响由本土微生物导致的病毒去向改变的主要原因之一。为验证上述猜想,本研究选择自然界广泛存在的三株菌,即:恶臭假单胞菌(PP.)、铜绿假单胞菌(PA.)、枯草芽孢杆菌(BS.)为微生物代表,以噬菌体фX174为指示病毒,选择3种铁铝氧化物纳米材料(α-Fe2O3、γ-Fe2O3-B、Al2O3)和4种铁铝氧化物含量丰富的红壤(红壤土、红粘土、赤红壤、砖红壤)为病毒去除材料,通过同步培养实验和一次平衡法实验,比较分析了细菌生长阶段及不同阶段菌株培养液各组分对溶液中病毒消失的影响、评估了组成菌株培养液的菌体细胞和胞外聚合物(EPS)对病毒消失的相对贡献、明确了不同细菌存在对纳米材料和红壤去除病毒的影响及菌体细胞和EPS的相对贡献权重。主要结果如下:
⑴病毒的存在对三株细菌的生长没有显著影响。
⑵病毒浓度随细菌生长由对数期、稳定期和衰亡期的推进而起伏变化:随着细菌由对数期进入稳定期和衰亡期,病毒浓度先反弹升高,然后持续降低,反弹最高点病毒浓度在三株菌中均高于各自对照,反弹持续时间和病毒浓度的反弹提升程度依不同菌株而异。
⑶一次平衡法实验结果表明,随菌株培养液的培育时间从6h延长至18 h时,病毒在其中的消失比例逐渐降低,但病毒在经24 h培育的菌株培养液中时,其消失比例又迅速升高,然后随着菌株培养液培育时间的进一步延长而持续降低。进一步研究表明菌株培养液对病毒消失的影响是菌体细胞和上清液的叠加作用,其中上清液的作用主要来自于其含有的EPS,暗示在研究病毒在环境中去向时,必须考虑环境中本土微生物的存在及其组成。
⑷菌体细胞、上清液和菌株培养液不同程度地降低了纳米材料去除病毒效率,其降低程度随它们培育时间由6h延长至24 h而更加显著,但依不同细菌和纳米材料而异。在6h时,各菌株的菌体细胞、上清液和菌株培养液分别使各纳米材料的病毒消失比例平均降低为CK处理的99.3±0.8%、81.5±21.9%、75.9±21.2%;同样在24 h时,各菌株的菌体细胞、上清液和菌株培养液分别使各纳米材料的病毒消失比例平均降低为CK处理的为97.9±0.9%、52.4±12.9%、45.5±12.7%。上述结果表明菌体细胞和它们产生的EPS都参与了病毒消失的改变,而且随着培育时间延长,它们的积累不断增加,表现出抑制病毒消失的行为更为明显;同时,菌株培养液存在对纳米材料去除病毒的影响可能是其中上清液和菌体细胞的叠加作用,且上清液的影响远远大于菌体细胞,这表明不同细菌存在对纳米材料去除病毒的影响可能主要受制于其所产生的EPS。
⑸当背景溶液为EPS溶液、菌体悬液或EPS+菌体混合液时,灭菌/不灭菌土壤去除病毒受土壤类型和菌种的共同影响。4种土单独存在时,红粘土的病毒消失比例最高,平均为99.04±0.04%;红壤土最低,平均为22.59±1.23%。细菌EPS存在时,土壤的病毒消失比例显著降低,且砖红壤的病毒消失比例降低最大,平均为44.9±15.3%;赤红壤的最小,平均为76.9±5.5%。菌体细胞存在时,红壤土和砖红壤的病毒消失比例分别增加21.1±13.3%和12.1±2.8%,而红粘土和赤红壤的分别降低1.1±1.3%和1.9±1.7%,且菌体细胞种类决定其影响效果的大小。EPS和菌体同时存在时,对砖红壤和红壤土去除病毒的抑制作用大于对另两种土的,且较EPS单独存在时,只有赤红壤的病毒消失比例较对照受到进一步抑制,其余三种土壤的都得到促进,表明EPS与菌体细胞对影响病毒消失共同发挥了作用;但又与EPS单独存在对土壤去除病毒的影响趋势较为类似,表明细菌代谢产生的EPS对细菌存在影响土壤去除病毒起着最主要的贡献。