河口沉积物中大肠杆菌O157:H7存活及再悬浮过程中释放机制研究

The pathogen in the environment can become a reservoir of future infections, which is a threat to food safety, human health and agricultural economy development. Most of the previous studies focused on the soil and water with the role of sediment in pathogen contamination being ignored. Escherichia coli O157:H7, an important pathogen, is dangerous because of its low infective dose and high pathogenicity. In this project, the survival of O157:H7 in estuarine sediments and the interaction between invading O157:H7 and indigenous microbial community will be investigated. The internal mechanism of how the sediment properties affect O157:H7 survival will be revealed. Moreover, the experiment about the release of O157:H7 during sediment suspension will be carried out to provide insight into mechanism of the distribution of O157:H7 in the sediment-water system. The results of this project are expected to provide new knowledge on the survival and transport of O157:H7 in the environment and contribute to the prevention and control of pathogen contamination.

环境中的病原菌对农产品安全、人类健康以及农业经济发展造成极大的威胁。目前环境中病原菌的研究多集中在土壤和单纯的水环境，而病原菌在水体沉积物中的环境行为尚不清楚。大肠杆菌O157:H7作为常见病原菌，具有感染剂量极低、致病性高以及传播范围广等特点。本项目拟以O157:H7为例，以河口沉积物为研究对象，解析沉积物中O157:H7的存活时间及关键调控因子，探讨O157:H7与微生物群落间的相互作用关系，深入剖析主导沉积物再悬浮过程中O157:H7释放的关键因子及相关机制。通过本项目研究，揭示O157:H7在河口沉积物中的环境行为及相应调控机制，为理解外源病原菌与微生物群落相互作用提供新的认识，提升病原菌环境过程的研究水平、发展病原菌污染末端治理和修复技术体系。

河口作为典型的海陆交互作用地带，具有独特的生态价值和资源潜力，受人类影响较大，大量废物及污染物可随陆地径流汇聚到河口地区。本项目在完成杭州湾典型河口潮滩沉积物细菌群落背景调查的基础上，通过微宇宙实验系统研究了大肠杆菌O157:H7在典型河口沉积物中的存活动态，揭示了沉积物细菌群落对外源大肠杆菌O157:H7入侵的响应模式。本研究还探讨了不同扰动强度下沉积物中大肠杆菌O157:H7的再悬浮情况。研究结果表明：（1）杭州湾河口沉积物理化性质和细菌群落随着与水陆交界处的距离呈现规律性的变化；（2）沉积物中大肠杆菌O157:H7的存活动态均符合Weibull 模型，存活时间（td）值为36-53天，而且存活动态差异非常明显。距离水陆交界处较近的沉积物中大肠杆菌O157:H7存活时间较短，距离水陆交界处较远的沉积物中大肠杆菌O157:H7存活时间较长。统计分析表明，沉积物pH值是制约沉积物中大肠杆菌O157:H7存活的关键因子，且与硫代谢相关科属明显抑制了沉积物中大肠杆菌O157:H7的存活，但非生物因素的对存活的直接作用显著强于生物因素；（3）大肠杆菌O157:H7入侵后沉积物土著细菌群落α-多样性低于对照处理，但差异不显著，大肠杆菌O157:H7的作用对沉积物细菌α-多样性的影响显著弱于时间的影响。大肠杆菌O157:H7入侵一定程度上影响了沉积物总体细菌群落结构，时间的影响高于处理，且单独时间点下各沉积物中不同处理间细菌群落结构没有显著差异。不同时间点下，各沉积物对照组与处理组的标志性类群差异较大，且对照组标志性类群随时间的变化较稳定，而处理组标志性类群随时间变化较大。（4）再悬浮实验结果表明，外源扰动越强，沉积物中再悬浮的大肠杆菌O157:H7数量越多，且沉积物质地与再悬浮情况密切相关，砂粒含量越低，外源扰动下沉积物再度释放到上覆水中的大肠杆菌O157:H7越少。本研究聚焦典型河口沉积物中大肠杆菌O157:H7的存活动态、主控因子、微生态效应和再悬浮过程，为细致评估河口沉积物的生物污染风险及防控措施提供了基础数据。