华南所吴仁人团队研究成果：人源特异性标记基因在城市地表水中的分布特征

　　第一作者：张杨 博士/助理研究员 

　　通讯作者：吴仁人 博士/正高级工程师 

　　通讯单位：生态环境部华南环境科学研究所 

　　论文DOI：10.1016/j.envpol.2021.116654 

　　成果简介 

　 吴仁人博士研究团队近期在Environmental Pollution发表 “Occurrence and distributions of human-associated markers in an impacted urban watershed ”论文。研究围绕微生物污染源解析工作中不同标记基因在水环境中存在稳定性差异这一问题，通过为期一个月的每日连续监测，探究了不同种类人源特异性标记基因在城市地表水中的稳定性特征，并通过室内模拟实验研究了各标记基因的衰减规律，为揭示不同标记基因产生稳定性差异的成因提供理论基础。研究结果可为今后选取有效的标记基因组合解析水体中微生物的污染来源提供科学依据。 

　　引言 

　　宿主特异性标记基因作为一种可追踪粪便污染来源的特异性基因，已逐步在水体中微生物污染源解析工作当中推广应用。然而，各类标记基因原有的灵敏度和平均检出浓度可能在迁移过程中发生改变，从而影响定量源解析的准确性。本研究通过在广州市海珠区开展为期一个月的每日监测，探究了不同种类人源标记基因在城市地表水中的分布和稳定性特征，同时利用室内水环境模拟反应器研究了各标记基因的衰减规律，探究了不同类型标记基因在解析水体微生物污染来源时表现出的特征和作用。 

　　图文导读 

　　1.广州市城市地表水采样点分布 

　　2019年9-10月在广州市布设了8个采样点（图1），开展了每日连续监测，考察不同种类人源标记基因的分布特征和稳定性。C1、C2、C3采样点均紧邻生活区和商业区，L1和L2位于林地或湿地公园内，G1和G2附近有少部分工业和居民区存在，W1位于污水处理厂出水口下游。 

　　图1：广州市城市地表水采样点分布示意图 

　　2.人源标记基因的浓度结构情况 

　　三种人源标记基因中拟杆菌16sRNA标记基因和crAssphage标记基因在水体中的检出浓度较为接近，二者之间无显著性差异(p＞0.05)；拟杆菌蛋白标记基因的检出浓度则比其它标记基因下降了约1个数量级。然而前期针对粪便样本的研究中发现，拟杆菌16sRNA标记基因的检出浓度普遍高于crAssphage和拟杆菌蛋白标记基因，说明标记基因在水体中的迁移转化过程影响了定量分析结果。

　　图2： 人源标记基因在水样和粪便样本中的浓度分布; 虚线右侧为前期研究获取的人源标记基因在粪便样本中的浓度分布结果. 

　　3.各研究区域标记基因浓度分布情况 

　　在位于林地和湿地公园内采样点L1、L2以及污水处理厂下游的W1采样点处，crAssphage标记基因的检出浓度大于拟杆菌16sRNA标记基因。而在居民区和商业区附近（C1-C3, G1、G2），检出结果则正好相反。推测可能是由于位于居民区和商业区附近的采样点距离污染源较近，各标记基因在水体中的检出浓度与其在粪便中的灵敏度和检出浓度相关性较强；而当标记基因在水体中迁移或经污水处理厂处理后，crAssphage标记基因面对环境压力时较好的耐受性可能使其检出浓度相比于其它标记基因有所提升。 

    图3：各采样点人源标记基因的浓度分布 

　　4.标记基因在水环境模拟反应器中的衰减规律 

　　在室内模拟实验中，拟杆菌16sRNA标记基因普遍呈现出二阶段衰减趋势，且第一阶段的衰减速率显著大于第二阶段；拟杆菌蛋白标记基因的初始浓度均较小，且在实验0-2天内检出浓度已衰减至其最低定量限以下，说明拟杆菌蛋白标记基因在水体中的稳定性较差。相对的，crAssphage标记基因在水体中均表现出一阶衰减趋势，且衰减速率显著小于拟杆菌16sRNA标记基因，表现出较好的稳定性。 

　　图4：人源标记基因在水环境模拟反应器中的衰减特征 

　　小 结 

　　本研究通过对城市地表水开展的为期一个月的每日监测，探究了不同种类人源标记基因在水体中的稳定性特征，发现crAssphage标记基因在水体中的检出率和检出浓度均与拟杆菌16sRNA标记基因较为接近，二者的检出浓度显著大于拟杆菌蛋白标记基因。室内模拟实验显示crAssphage标记基因的衰减速率显著小于其它细菌类标记基因，说明其在水体中具有更好的稳定性，对非近期污染事件或距离采样点较远的排放源监测表现出较大的优势。 

　　本项目得到广东省自然科学基金项目（2020A1515011109）、广州市科技计划项目（202002030377）、广东省国际合作项目（2021A0505030045）和水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07202006-002）的资助。 

　　第一作者简介 

　　张杨：生态环境部华南环境科学研究所博士，助理研究员，主要从事水体微生物污染源解析研究。近年来，承担了国家自然科学基金、广州市基础与应用基础研究、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项等项目。在Water Research、Science of the Total Environment、Environmental Pollution、中国环境科学等国内外期刊上发表论文9篇，其中SCI论文3篇，EI收录5篇；获授权发明或实用新型专利5件。 

　　通讯作者简介

　　吴仁人：生态环境部华南环境科学研究所博士，正高级工程师，主要从事水体污染源解析研究。近年来，承担了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市基础与应用基础研究、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项等10余项。在Water Research、Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution、中国环境科学等国内外期刊上发表论文30余篇，其中SCI论文20篇，EI收录6篇；获授权发明或实用新型专利7件、软件著作权7件；获国家生态环境保护专业技术青年拔尖人才、中国环境科学学会青年科学家奖优秀奖、广东省环境科学学会青年科技奖金奖等荣誉。