摘要：由于缺乏便捷的分析方法、广泛接受的法规和有效的控制策略，饮用水中的真菌一直被忽视。在过去几十年中，饮用水中的真菌被广泛认为是机会病原体，可能会严重损害免疫受损个体的健康。在饮用水处理厂中，真菌孢子比细菌和病毒更耐氯消毒，这些真菌孢子会在饮用水分配系统中再生，对用水者的健康构成威胁。饮用水中的真菌可能是一种被忽视的味道和气味来源(T&O化合物)。该综述探究了从饮用水中分离的74属真菌，并介绍了它们在饮用水系统中的详细分类、来源和生物量水平，阐明了水生真菌的典型接触途径及其对人体健康的主要影响，综述了产生T&O化合物的真菌及其产物，比较了游离氯或一氯胺下真菌孢子和其他病原体的灭活数据。

  饮用水中真菌的接触途径和真菌孢子的耐氯性

  本文提出了四种抗氯机制，包括耐受氯真菌孢子的聚集、复杂的细胞壁、细胞对氧化应激的反应和黑色素的抗氧化，这对未来的真菌控制具有指导意义。最后，综合分析了各种技术对真菌孢子的灭活性能。本研究的目的是概述饮用水中的真菌分布和风险，深入了解真菌孢子的抗氯机制，并提出控制饮用水中真菌的方法。

  引言

  饮用水的生物安全对人类健康有重大影响。与其他病原体(如细菌、病毒和原生动物)相比，真菌作为饮用水中的机会性病原体一直被忽视。全世界各地遇都有真菌污染水的报告饮用水中真菌出版物最多的前五个国家是美国、中国、印度、英国和德国(图1)。尽管在其他国家出版物较少，同样存在着许多饮用水真菌污染的问题。

  图1 报告饮用水或水源中真菌的出版物

  从上个世纪60年代开始，人们发现饮用水中真菌的会导致浑浊、异味和真菌释放毒素等问题，许多水传播疾病，如皮肤哮喘、过敏和过敏性肺炎与饮用水系统的真菌污染有关。自2000年以来，对饮用水中真菌的关注显著增加，特别是最近几年的出版物一直处于较高水平(图2)。

  图2 关于饮用水中真菌的年度出版物

  真菌的主要传播形式是真菌孢子，通常具有较高的耐氯性，能够部分穿过消毒屏障，成为传统意义上处理厂控制微生物污染的难题此外，丝状真菌(尤其是曲霉属，如烟曲霉、黄曲霉和黑曲霉等)诱导的侵入性感染严重威胁免疫抑制患者，感染者死亡率高达62%至85%。饮用水中的真菌已被认为是一种新出现的环境污染物，对人类的健康存在潜在风险。

  结果

  饮用水中真菌的分布

  丝状真菌在饮用水分离到的真菌中占主导地位，饮用水中出现频率最高的前5个真菌属是曲霉属、青霉属、枝孢属、镰刀菌属和木霉属(图3)。22个真菌属中的7个包含致病性或机会性致病性真菌物种。饮用水处理系统可能会引起饮用水真菌群落中丝状真菌的比例增高，且具有耐氯厚垣孢子的丝状真菌更容易穿过消毒屏障。在饮用水管网系统 (DWDS)发现曲霉的浓度范围为1.9-3.6(CFU)/cm2，市政和医院水中为16-63.8 CFU/100 mL。自来水和水箱中真菌数量高于DWDS，可能是由于配水系统末端的消毒剂水平较低。在医院储水箱中发现的曲霉菌落浓度高于市政供水系统，医院水中的真菌会污染血液透析单元中的透析液，给患者带来高感染风险。

图3饮用水处理过程中最常分离的真菌类群，红色框标记的属具有致病性

  饮用水中真菌对人类健康的影响

  致病真菌有许多潜在的传播途径。从医院支气管镜检查获得的烟曲霉与患者淋浴室分离的烟曲霉具有相同的基因型，而对室内空气的重复测试未能产生烟曲霉。真菌通过饮用水的三种主要接触途径为：直接饮用受污染的水、在淋浴或桑拿时吸入雾化孢子、淋浴或洗澡时皮肤和粘膜接触(表1)。常见的病原体真菌是以假丝酵母属和丝状真菌为主的酵母样真菌和以曲霉属和镰刀菌属为主的真菌，分别占70%-90%和10%-20%。由于恶性肿瘤、免疫缺陷和移植患者的增加，以及长期使用广谱抗生素、留置导管时间延长等原因，侵袭性真菌病的发病率一直在增加。重症监护室患者的发病率约为8%-15%，器官移植受者为20%-40%，血液肿瘤患者为31%。真菌毒素是一些真菌产生的次级代谢产物，霉菌毒素可诱发致突变、致畸和致癌效应。在饮用水中，真菌毒素由于被大量稀释其在水中浓度可能非常低，迄今为止，还没有关于水系统中产生的真菌毒素引起疾病的报告。然而，长期摄入的累积效应也是一个严重的潜在问题。

  表1 饮用水中病原真菌的主要暴露途径和健康风险

  饮用水中真菌产生的味道和气味

  真菌是土壤中产生霉味和泥土味的微生物之一。腐烂的谷物和水果腐烂病以及葡萄酒和果汁变质后都会产生真菌霉味，严重影响了产品的质量。潮湿房间中霉菌引起的强烈刺激性气味也引起了广泛关注。真菌在水中形成T&O化合物过程中发挥着重要作用，饮用水分配系统的管网中生长的真菌被认为是水中T&O问题的根源。现有的研究尚未明确真菌产生的味道和气味问题是由发芽后生物膜的形成还是由真菌孢子引起的。典型的T&O化合物，如土霉素、2-甲基异冰片醇(2-MIB)、2,4,6-三氯甲砜(2,4,6-TCA)和2-异丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMP)，都能够真菌培养中形成。微量2,4,6-TCA的存在可导致饮用水气味的显著变化。真菌和细菌倾向于将氯化消毒后或水体中人为排放形成的2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)转化为2,4,6-TCA，以降低其生物毒性。研究发现，在饮用水中17种分离的真菌中，11种具备这种转化的能力。

  真菌孢子的耐氯性

  游离氯和一氯胺是饮用水处理厂中最常用的两种消毒剂，可灭活大部分水源性病原体。但饮用水分配系统和自来水中真菌的广泛分布表明，日常使用的消毒剂剂量不足以去除真菌病原体。在Chick Watson模型中进行失活测试，消毒剂的有效性以灭活一定百分比的微生物所需的Ct(浓度×反应时间)值表示。游离氯测试Ct值范围为48.99 mg min/L-194.7 mg min/L，一氯胺的范围为90.33 mg min/L-531.3 mg min/L。真菌孢子的Ct值远高于大肠杆菌，其水平与分枝杆菌和嗜肺军团菌相似。本文总结了真菌孢子灭活的数据(表2)，并补充了饮用水中常见的23种病原体(包括细菌、病毒和原生动物)的Ct值。

  表2 真菌孢子的游离氯和一氯胺灭活数据

  本文提出了四种抗氯机制假设：a)真菌细胞壁具有比细菌细胞壁更复杂的结构，是真菌孢子抵御不利环境的有力保证，赋予真菌孢子耐受极端环境(氧化环境、紫外线、高温和高渗透压等)的能力，直到条件适合发芽和繁殖，是真菌孢子抵抗强氧化消毒剂的主要屏障;b) 微生物的聚集可以保护内层的个体免受消杀，在30%和63%的聚集率下，聚集的真菌孢子的游离氯灭活率分别比分散的孢子降低了1.5倍和4倍;c) SOD催化还原•O2-转变成H2O2是细胞防御•O2-的关键，已知三种类型的SOD：Cu/Zn-SOD、Fe-SOD和Mn-SOD，试验测试了12种真菌，包括总状毛霉、木犀青霉、尖孢镰刀菌、马铃薯早疫病菌等，这些真菌都有可能合成含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD;d)黑色素可以抵御紫外线、电离辐射和氧化剂，可在真菌孢子的细胞壁富集，并能够在烟曲霉、黑曲霉、新型隐球菌、马尔尼菲青霉菌中提取。真菌孢子主要有两种途径可产生黑色素，具体流程见方案1。

  方案1真菌合成黑色素的详细步骤

  上述真菌孢子抗氯的四种机制如图4所示。然而，真菌孢子耐氯的深层机制还需阐明，这种耐氯性是否可以通过微生物中的水平基因转移获得也需要进一步证实。

  图4饮用水中真菌孢子的抗氯机制

  控制饮用水中真菌孢子的策略

  ClO2比Cl2和NH2Cl这两种消毒剂更有效，根据Chick Watson模型，在2mg/L ClO2中，青霉菌属、木霉菌属和枝孢霉菌属的灭活率在60秒内达到100%、99.6%和70%。臭氧对真菌孢子的灭活效率优于氯，臭氧胁迫下的Ct值分别为5.63、2.36和0.51 mg·min/L，以实现黑曲霉、哈茨木霉等的灭活。基于氧化剂的消毒过程对真菌孢子和大肠杆菌的性能如图5所示，消毒过程的灭活效率顺序如下：ClO2>O3>Cl2>NH2Cl≈PMS/ Cl − > PAA。紫外线可以直接损伤微生物的DNA，也是灭活水性真菌病原体的有力策略。紫外线和氯的联合使用可以提高灭活效率并延长消毒性能。最近，紫外发光二极管(UV-LED)被认为是控制真菌孢子的潜在替代品，280nm的UV-LED照射以及265nm和280nm的组合比传统的紫外线(LPUV)更有效地灭活黑曲霉和哈茨木霉。太阳能作为一种环境友好的消毒工艺，对真菌孢子也表现出一定的灭活性能。基于UV的消毒过程的灭活效率顺序如下：UV/PAA>UV-LED/Cl2>UV/PMS>UV/H2O2≈ UV-LED>LPUV>阳光消毒法(图5)。

图5相同条件下，氧化剂或紫外线对真菌孢子和大肠杆菌的灭活速率

  结论

  饮用水中分离的真菌大多属于子囊菌门，子囊菌可以形成分生孢子。具有相对高耐氯性的真菌孢子使它们在DWDS中作为天然微生物群的一部分，并可能导致自来水或储水罐中真菌水平的增加。饮用水中的大多数真菌是机会性病原体，对免疫受损的个体是危险的。曲霉属、支顶孢属和青霉菌属的一些物种可能会产生T&O化合物，例如土霉素、2-MIB和IPMP。DWDS中的一些物种可以将2,4,6-TCP转化为2,4,6-TCA，这表明饮用水中T&O一部分来源于真菌。真菌孢子灭活所需的氯是大肠杆菌的5.71至1280倍。抗氯的可能机制包括：i)复杂的细胞壁，ii)真菌孢子的聚集，iii)真菌孢子氧化应激反应，iv)细胞壁中黑色素的抗氧化。消毒方法对真菌孢子的灭活效果不同，基于氧化剂的消毒过程灭活效率顺序：ClO2>O3>Cl2>NH2Cl≈PMS/ Cl − > PAA，基于UV的消毒过程的灭活效率顺序：UV/PAA>UV-LED/Cl2>UV/PMS>UV/H2O2≈UV-LED>LPUV>阳光消毒法。

  参考文献

  Zhao H, Zhang T, Wang H, et al. Occurrence of fungal spores in drinking water: A review of pathogenicity, odor, chlorine resistance and control strategies[J]. Science of The Total Environment, 2022,853: 158626.