水質微生物檢測是評估水體污染程度、公共衛生安全及生態環境健康的重要手段。隨著技術的發展，檢測方法從傳統培養法擴展到分子生物學、自動化監測等多維度技術體系。以下從傳統方法、現代技術及新興方向系統闡述水質微生物檢測的主要方式。
一、傳統微生物檢測方法
1. 培養依賴法
- 平板計數法：通過瓊脂培養基(如R2A、營養瓊脂)分離微生物，37℃培養24-48小時后計數菌落形成單位(CFU)。可區分異養菌、大腸菌群等，但僅能培養可培養微生物(約1%-10%的環境微生物)。
- 濾膜法：適用于高濁度水樣。將水樣過濾后，轉移濾膜至培養基，統計菌落數。常用于飲用水中總大腸菌群檢測。
- 最可能數(MPN)法：通過多稀釋度接種發酵管，利用溴甲酚紫指示劑判斷產酸情況，查表計算微生物濃度。適用于低濃度水樣的大腸桿菌檢測。
2. 顯微鏡觀察法
- 光學顯微鏡直接計數：利用血球計數板或霍夫曼室，統計水中微生物數量。需染色(如結晶紫)增強對比度，但難以區分活/死菌。
- 熒光顯微技術：通過吖啶橙、DAPI等熒光染料標記核酸，區分活菌與死菌。結合相差顯微鏡可觀察原生動物(如藻類、纖毛蟲)。
- 指示微生物檢測：通過革蘭氏染色、芽孢染色等識別特定菌群(如硫酸鹽還原菌、鐵細菌)。
二、分子生物學檢測技術
1. 核酸擴增技術
- PCR/qPCR：針對16S rRNA基因或功能基因(如氨氧化酶基因)設計引物，定量分析特定微生物。qPCR可檢測低至10³ copies/mL的病原菌(如軍團菌、隱孢子蟲)。
- 多重PCR：同時檢測多種病原體(如同時鑒定大腸桿菌、沙門氏菌、賈第鞭毛蟲)。
- 數字PCR：通過微滴化技術實現絕對定量，靈敏度較qPCR提高10倍。
2. 宏基因組學
- 高通量測序：提取水樣總DNA，構建文庫后進行Illumina或PacBio測序，分析微生物群落結構。可鑒定低豐度物種(如<0.1%的硝化螺旋菌)。
- 功能基因分析：靶向抗生素抗性基因(如blaTEM)、毒力基因(如志賀毒素基因)，評估水體健康風險。
3. 核酸探針技術
- FISH(熒光原位雜交)：用熒光標記的寡核苷酸探針直接與水樣中的微生物雜交，識別特定菌種(如硝化細菌)。結合流式細胞術可分選目標細胞。
- PMA(疊氮溴化丙錠)預處理：選擇性穿透死菌細胞膜，排除非活性微生物對qPCR的干擾。
三、快速檢測與現場技術
1. 生物傳感技術
- ATP生物發光法：利用熒光素酶反應檢測水中ATP含量，間接反映微生物總量。10分鐘內出結果，但易受背景干擾(如植物細胞ATP)。
- 免疫層析試紙條：基于抗原-抗體反應，快速檢測致病菌(如大腸桿菌O157:H7)。靈敏度達10? CFU/mL，適合應急監測。
2. 微生物代謝活性分析
- CTC(氯化三苯基四氮唑ium)還原法：活菌將CTC還原為紅色甲臜，通過顯色反應評估活性微生物比例。常用于評估消毒效果。
- 微電極測氧法：通過氧消耗速率推算微生物代謝強度，適用于生物膜活性的在線監測。
3. 便攜式設備
- ATP熒光檢測儀：手掌型設備，適用于現場快速篩查。
- 微型流控芯片：集成樣品處理、核酸擴增和檢測功能，實現單細胞級分析。
四、自動化與在線監測技術
1. 連續流動分析儀
- 在線濁度法：通過光纖傳感器實時監測水中顆粒物(如藻類、細菌聚集體)，預警微生物暴發風險。
- 流式細胞術：自動分選水中微生物，結合熒光標記可區分活/死菌、不同生理狀態細胞。
2. 物聯網監測系統
- 多參數傳感器：同步檢測溫度、pH、溶解氧、電導率等理化指標，結合機器學習模型預測微生物動態。
- 原位培養系統：在水下部署微型培養艙，模擬自然條件培養微生物，通過成像裝置遠程觀察菌群變化。
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