鐵細菌（Iron Bacteria, IB）檢測：核心檢測項目與方法詳解

一、核心檢測項目

1. • 顏色與渾濁度：鐵細菌活躍的水體常呈現紅褐色、黃色或黑色渾濁，因Fe³?沉積物或代謝產物導致。
   • 油膜狀浮渣：水面可能漂浮一層彩虹色油膜，由鐵細菌分泌的疏水性代謝物形成。
   • 沉積物分析：采集管壁或容器底部的黏稠絮狀物，觀察是否為紅褐色鐵氧化物（如Fe(OH)?）。
2. • 直接鏡檢：取水樣或沉積物涂片，使用光學顯微鏡（400~1000倍）觀察鐵細菌形態。典型特征包括：
     • 絲狀、桿狀或鞘狀結構（如鞘鐵細菌屬 Sphaerotilus）。
     • 細胞表面附著鐵氧化物顆粒（Fe³?沉積）。
   • 革蘭氏染色：多數鐵細菌為革蘭氏陰性菌，但需結合形態學進一步判斷。
   • 鐵染色（普魯士藍法）：通過化學染色定位Fe³?，確認細菌周圍是否存在鐵氧化物沉積。
3. • 培養基選擇：
     • Starkey培養基：專用于鐵氧化菌培養，含FeSO?為能量來源。
     • Kucera培養基：含有機碳源（如葡萄糖）和Fe²?，適合兼性鐵氧化菌。
   • 培養條件：2830℃微好氧環境，培養714天。
   • 菌落特征：形成紅褐色或黑色菌落（因Fe³?沉積），邊緣呈擴散狀。
   • 生化鑒定：通過氧化酶、過氧化氫酶試驗及碳源利用實驗（如API 20NE）輔助鑒定。
4. • PCR擴增與測序：
     • 靶標基因：16S rRNA基因（通用）、功能基因（如cyc2基因，參與鐵氧化）。
     • 引物設計：針對鐵細菌特異性序列（如Gallionella、Leptothrix屬）。
   • 宏基因組測序：對復雜環境樣本進行高通量測序，全面解析鐵細菌群落組成。
   • 熒光定量PCR（qPCR）：定量檢測鐵細菌豐度，評估污染程度。
5. • 鐵氧化能力測定：檢測水樣中Fe²?向Fe³?的轉化速率（比色法或ICP-MS）。
   • EPS（胞外聚合物）檢測：分析鐵細菌分泌的多糖、蛋白質含量，輔助判斷生物膜形成傾向。
   • 硫化物與有機酸：部分鐵細菌伴隨硫還原活動，需檢測H?S或揮發性脂肪酸（VFA）。

二、現場快速檢測技術

1. • 亞鐵氧化檢測試紙：通過顏色變化判斷Fe²?氧化活性（如從無色變藍色）。
   • ATP生物發光法：利用便攜式設備檢測微生物ATP含量，間接反映生物量，但需排除其他菌群干擾。
2. • 結合暗視野或相差顯微鏡，直接觀察樣本中鐵細菌形態及鐵沉積特征，適用于野外快速篩查。

三、定量分析與污染評估

1. 最大可能數法（MPN法）
   • 通過系列稀釋培養，統計陽性管數，估算鐵細菌濃度（CFU/mL）。
2. 生物膜量化分析
   • 使用結晶紫染色法測定生物膜總量，或激光共聚焦顯微鏡（CLSM）觀察三維結構。

四、樣本采集與預處理要點

1. 采樣規范
   • 使用無菌棕色玻璃瓶或塑料瓶，避免光照導致Fe²?自發氧化。
   • 若檢測DNA，需添加核酸保護劑（如RNAlater）。
2. 保存與運輸
   • 4℃冷藏并24小時內送檢，長時間保存需-80℃冷凍。

五、應用場景與標準依據

1. 工業水系統（如冷卻塔、鍋爐）：參考ASTM D932-85鐵細菌檢測標準。
2. 飲用水安全：依據WHO《飲用水水質準則》，鐵濃度需＜0.3 mg/L，并控制微生物腐蝕風險。
3. 環境監測：針對地下水、湖泊富營養化區域，結合EPA方法評估生態影響。

六、檢測流程示例