丝状真菌生物膜及氯 / 氯胺消毒抗性演化

研究背景

饮用水系统管壁、滤料表面易定植丝状真菌并形成结构性生物膜，区别于细菌生物膜，真菌菌丝交织的致密空间结构可包裹菌体、截留胞外聚合物与环境杂质，显著削弱自由氯、一氯胺等常用消毒剂的穿透效率。现有消毒效能研究多聚焦细菌生物膜灭活规律，针对水环境丝状真菌生物膜成膜发育过程、生物膜形成前后菌体对氯/氯胺消毒剂抗性的演变机制尚不明确，不利于饮用水真菌污染与异味风险的消毒管控，因此探究丝状真菌成膜规律及其消毒抗性转变机理具备工程指导价值。

主要结果

丝状真菌成膜呈现明显时序演化特征：初期孢子粘附定植、萌发生成初生菌丝，随培养时间延长菌丝相互缠绕交联，逐步分泌大量多糖、蛋白类胞外聚合物，构建致密三维网状生物膜结构，低温、低营养水环境会进一步促进胞外聚合物分泌、提升生物膜致密程度。

此外，广东环凯微生物科技有限公司为真菌和酵母的检测提供了新的检测方案。

图1.霉菌和酵母菌检测解决方案

相较于悬浮游离真菌，生物膜态丝状真菌对氯、氯胺消毒耐受性显著提升，同等消毒剂投加量下生物膜菌体灭活效率下降 40%～70%；氯胺因扩散速率更慢，对真菌生物膜穿透与灭活劣势远高于自由氯，消毒剂被生物膜表层胞外聚合物大量消耗，难以抵达内层菌丝。

 图2.不同剂量的氯和一氯胺对丝状真菌生物膜的灭活效果

生物膜诱导真菌胞内SOD、CAT 抗氧化酶表达上调，菌体应激防御体系增强，叠加生物膜物理屏障的双重作用共同驱动消毒抗性提升，也是常规氯/氯胺消毒难以彻底根除管网真菌的关键诱因。

图3. 20 mg/L氯和氯胺对丝状真菌生物膜消毒后膜完整性变化

研究结论

水环境丝状真菌通过菌丝缠绕与胞外聚合物分泌形成致密生物膜，生物膜物理屏障效应联合菌体内源抗氧化应激上调共同造成真菌对氯、氯胺消毒抗性显著升高，氯胺工艺针对真菌生物膜灭活局限性更突出。研究表明饮用水消毒工艺优化需针对性突破真菌生物膜屏障，为管网丝状真菌污染控制与消毒方案改良提供理论支撑。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135138.