[发明专利]一种UPLC-MS/MS法检测微生物聚集体群感效应分子的方法

说明书

本发明属于污水生物检测领域，涉及一种UPLC‑MS/MS法检测微生物聚集体群感效应分子的方法。该方法包括：(1)样品前处理：收集样品双蒸水洗涤后，加入乙二胺四乙酸四钠，然后进行超声处理；(2)UPLC‑MS/MS检测：将步骤(1)处理后的样品加入UPLC‑MS/MS中，梯度洗脱；所用的色谱柱为C18柱；色谱条件包括：进样量10～20μL；流速0.1～0.3mL/min；分析时间8～12min；最大柱压580～620bar；柱温32～38℃；(3)微生物聚集体群感效应分子的检测：根据步骤(2)UPLC‑MS/MS的检测结果，对样品中群感效应分子进行定性和/或定量判断。本方法具有准确性和灵敏度高的特点，且操作简便，是一种群感效应分子的微量检测方法。

技术领域

本发明属于污水生物检测领域，具体地，涉及一种UPLC-MS/MS法检测微生物聚集体群感效应分子的方法。

背景技术

污水生物处理是目前运行成本较低的污水处理方式，也是应用最为广泛的污水处理技术。不管是活性污泥还是生物膜技术，其微生物都是以聚集态存在。这种聚集体的存在一方面有利于泥水混合液在沉淀设施中完成固液分离，另一方面也提供了一个较为完善的生态系统：不同类型菌群可协同作用，实现不同类型污染物的去除，同时也可有效地抵抗外界环境的变化(如抗冲击负荷)。污水生物处理系统中微生物聚集体形态包括悬浮态、附着态，其中颗粒污泥和生物膜是一种特殊的微生物聚集体形态，因其具有良好的沉降性能、高生物截留率和抗冲击负荷能力，其功能决定了废水生物处理单元的效果，在污水生物处理过程中至关重要，其聚集特征对于其工艺的运行效率具有重要的意义。微生物的聚集特性包含两层含义：一是聚集体在物理空间上的致密程度，二是不同的微生物种群的聚集。前者对污泥最明显的影响就是其沉淀性能，而后者主要影响微生物的生物降解过程。而目前从微生物群落结构或微生态学对这两者尚缺少系统的研究。研究表明，微生物分泌胞外聚合物的行为对于水处理系统的研究来说极为重要，这种分泌行为会受到群体感应“通讯”改变的影响，降低微生物聚集体稳定性，导致污泥膨胀，进而影响污水系统中生物处理的效果和出水水质的稳定性。污泥颗粒化和污泥膨胀代表了微生物聚集体聚集度的两个方向(或状态)，筛选污泥膨胀和促进污泥颗粒化的相关因素是微生物聚集体稳定性研究的重要内容。因此，群体感应系统对微生物聚集体的形成、稳定性以及功能影响是污水生物处理系统需要进一步深入的研究领域。

群体感应现象在细菌中首先被发现，许多细菌在生长过程中能合成并释放一种被称为自诱导物质(AI)的信号分子，进行细胞间的信息交流和通讯，调控菌体中相关基因进行转录和细菌的生物行为，以适应环境的变化，这种信息交流现象称为群体感应(QS)。当细菌外部环境累积的群体感应信号达到临界浓度，即与细菌的群体感应信号受体蛋白作有效识别反应，进而同步协调整个细菌群体的基因表达和各种生物活动。不同细菌可能产生不同的群体感应信号，可调控种群内和种群间微生物的生长和代谢，目前已知的群体感应信号包括酰基高丝氨酸内酯(AHLs)、呋喃硼酸二酯(AI-2)、寡肽类分子、羟基棕榈酸甲基酯(PAME)和扩散性信号分子(DSF)等。污水处理系统中不同的微生物之间同样存在群体感应，根据菌群密度和周围环境变化调节基因表达以调控污水系统中细菌的诸多生理功能，如菌群结构、胞外多聚物(EPS)合成和分泌、细菌聚集以及生物膜形成等。上述信号分子在污水生物处理系统微生态中起到重要作用。菌群感应调控系统菌群结构，菌群密度依赖性很有可能与群体感应系统有关。有研究发现，在启动厌氧氨氧化反应过程中，添加了少量活性较好的厌氧氨氧化颗粒污泥，反应器厌氧氨氧化菌活性有了显著提高。此外，细菌生物膜形成是细菌密度依赖性的一种重要形式，也与群体感应有着十分密切的关系；AOB在生长过程中往往以微生物团聚体的形式(如颗粒污泥、生物膜等)存在，且会出现“抱团”与“解散”的现象，推测AOB的团聚与解散行为也可能与群体感应调控有关。确定AOB群体感应系统存在，给出AOB具有群体感应系统的直接证据(如检测AI)，有助于控制AOB污泥颗粒化，提高AOB污泥的活性和沉降性，所以，研究污水处理系统中菌群群体感应与AOB菌群结构和活性具有深远的科学意义和很高的工程价值。总之，污水生物处理系统关键环节中不同污泥状态，颗粒污泥和生物膜形成以及其稳定性与群体感应密切相关，群感效应分子的检测成为微生物聚集体研究的前提。