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泳池中屎含量精确到单位g,是怎么做到的?

来源:科普中国 作者: 发布时间:2019-07-29 10:36 浏览次数: 【字体:

特别是在“有气温记录以来最热的5年”的夏天,除了空调房,

游泳池也是夏季消暑的好去处。但“平均每个游泳池含有75L尿液,大概140瓶矿泉水。”“平均每个人会带进0.14g粪便进入游泳池”等等研究发现又给想去游泳的人心里添了几道阴影。等等,游泳池里的尿液含量能精确到单位L,大便含量竟然还能精确到单位g?

游泳池(piqsels图库,https://www.piqsels.com/zh/public-domain-photo-frxfi)

平均每个人会带进0.14g粪便进入泳池。这个数据来源其实是2000年发表的一篇文章。这个研究通过检测洗澡的时候从人体上掉下来的肠道菌群的数量,来评估其对水质的影响。研究发现洗澡的时候,平均每个人的肛周表面会洗下0.14g粪便。这意味着,如果没有先淋浴冲洗身体直接进入游泳池,那么平均每个人至少会带入0.14g粪便进入游泳池。

0.14g粪便这个值是如何测的呢?可不可以收集洗澡水,蒸发掉水份后测的残渣?这样的操作肯定行不通。因为健康人排泄的粪便,由超过60%的水份、蛋白质、未消化的脂肪、纤维、细菌以及未消化的食物残渣组成。

人体大便的组分

就像大家都知道,黑洞会把光也吸收,我们根本看到黑洞,但是却可以从黑洞附近的的光的特点去推断出什么位置有一个黑洞一样,我们可以通过找到大便中独有的东西来推测环境中是否有粪便,且有多少粪便。

粪大肠菌群可以推断出环境被粪便污染

这个粪便独有的组分便是粪大肠菌群。在人体粪便的组成中,细菌的总含量占粪便干重的25%-65%。粪大肠菌群是卫生细菌领域的用语。大肠菌群并不是单一的一科、一属或是一种细菌,而是形状形似的一群细菌,主要包括埃希氏菌属和耐热克雷伯菌属、柠檬酸菌属和肠杆菌属中的一些细菌。粪大肠菌群主要来源于人和动物的粪便,通过测量水体中的粪大肠杆菌,就能够知道水体中是否被粪便污染,以及被污染的程度,即水体中粪便的多少。

大肠杆菌和粪大肠菌群是什么关系?

总大肠菌群是指在37°培养24小时能发酵乳糖,产酸产气的革兰氏需氧或者兼性厌氧革兰氏阴性无芽孢杆菌。

粪大肠菌群(fecal coliforms),又耐热大肠菌群,是一群能在44.5°的环境中生长,并发酵乳糖,产酸产气的需氧或者兼性厌氧革兰氏阴性无芽孢杆菌。科学家也正是利用这些特性检测环境中是否有它的身影,从而判断环境是否被粪便污染。

大肠杆菌(Escherichia coli),又称大肠埃希氏菌,是粪大肠菌群中的一种,埃希氏菌属(Escherichia)的代表菌。

总大肠菌群,粪大肠菌群以及大肠杆菌从属关系示意图( Verhille, S. (2013))

如何知道泳池中是否含有粪大肠菌群

检测粪大肠菌群的方法有多种,传统的国家规定的用于检测水中粪大肠菌群的方法用的是乳糖蛋白胨培养液。乳糖蛋白胨培养液中蛋白胨可以为细菌提供营养来生长,而乳糖则可以被大肠菌群的发酵而产酸产气,培养液中还会加入溴甲酚紫,一种酸碱指示剂(pH5.2~6.8,颜色由黄变紫)。

如果将游泳池中的水分离出细菌在乳糖蛋白胨培养液中培养,如果培养液颜色变黄变浑浊,并且产生了气体,则可以判断水样中含有大肠菌群。将怀疑菌群放置在特定的温度条件(44.5°)培养,还能产酸产气,并且指示剂变黄色,则说明水样中含有粪大肠菌群。

(图片作者绘制)

大肠杆菌是粪大肠菌群的一种,也是粪便中的主要菌种。所以也可以直接测定环境中的大肠杆菌作为微生物污染状况的监测指标。大肠杆菌能产生一种叫β-葡萄糖醛酸酶,能够分解荧光底物,在紫外线光照下能看到荧光。将大肠杆菌接种在含有荧光底物的培养基上,在44.5°温度条件下培养24h,观察在紫外线下是否产生荧光就能判断出是否有大肠杆菌。

大肠杆菌(来源:Wikipedia)

知道泳池中有大肠菌群了,怎么测量它的数量呢?然后又是怎么通过大肠菌群数量计算出粪便质量呢?

平均每1g 粪便中有大肠杆菌4×108个。测出环境中大肠杆菌的数量,也就能推算出水体中粪便的多少了。检测大肠杆菌数量的方法也有很多种,以传统的平板计数法为例。平板计数法也是统计活菌数的有效方法。其原理是,将待检测的活菌稀释为单个的细菌,将单个细菌培养成肉眼看的见的单个菌落,结合稀释倍数推测出原有大肠杆菌个数。

粪大肠菌群的重要性其实要更大

一般而言,粪大肠菌群不仅仅是游泳池中的检验指标,也是地表水环境和饮用水的检验指标。水质中粪大肠菌群超标会引起腹泻和肠胃感染等,水质中粪大肠菌群结果的高低,反应水体受到粪便污染的程度,也能反应水质对人体健康危害性的大小。

在Ⅰ类水中,即国家级自然保护区内水质未受污染的水,粪大肠菌群的数量要小于200个/L;在Ⅱ类水中,即水较干净,处理之后可以饮用的水体,粪大肠菌群的数量要小于2000个/L。生活饮用水中不得检测出粪大肠菌群。

思考题:为什么要选择大肠菌群作为水源被肠道病原菌污染的指示菌?

(1)大肠菌群与病原菌对不利条件的承受力都是相同的,只要一方死亡,另一方也必定会死亡。所以只要是大肠菌群不能存活的地方,病原菌一定不会存活。

(2)大肠菌群的检测较病原菌简易可靠:病原菌的数量要较大肠菌群的数量少很多,如果是直接检测病原菌,比较困难,而且误差会很大。

(3)大肠菌群出现频率高:大肠菌群经常会出现,但是病原菌不常出现,所以只要检测到大肠菌群没有出现,基本可以代表病原菌也是不存在的。

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