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Die Analyse der Wasserqualität ist von entscheidender Bedeutung, um die Integrität der Wasserressourcen zu gewährleisten. Das Vorhandensein von Indikatormikroorganismen korreliert mit dem Vorhandensein von Fäkalien, die krankheitserregende Krankheitserreger enthalten können. Indikatororganismen können daher zur Bewertung der Sicherheit der Wasserversorgung herangezogen werden.
Fäkale Verunreinigungen im Wasser stellen ein erhebliches Risiko für die Gesundheit von Pflanzen, Tieren und Menschen dar, da Magen-Darm-Erreger in sehr hoher Zahl über den Kot ausgeschieden werden. Es ist jedoch nicht möglich, Wasserproben auf jede Art von einzigartigen Krankheitserregern zu überwachen, die mit fäkaler Verschmutzung in Verbindung gebracht werden. Die Untersuchung von Indikatororganismen bietet eine einfache, schnelle und kostengünstige Möglichkeit, fäkale Verunreinigungen in Wasserressourcen zu erkennen.
In diesem Video werden die Prinzipien hinter der Verwendung von Indikatororganismen zur Bewertung der Wasserqualität, die Untersuchung gesammelter Wasserproben sowie die Interpretation und Quantifizierung der daraus resultierenden Daten veranschaulicht.
Um als Indikator für die Wasserqualität verwendet zu werden, müssen Organismen fünf spezifische Kriterien erfüllen. Erstens sollte es in Wasser nachweisbar sein, wo der Erreger vorhanden ist, und nicht vorhanden, wenn der Erreger nicht vorhanden ist. Zweitens muss die Anzahl der Indikatororganismen mit der Erregerkonzentration übereinstimmen. Außerdem sollte er widerstandsfähiger sein und länger in der Umwelt verbleiben als der Erreger. Schließlich sollte die Detektion einfach, sicher und kostengünstig sowie bei allen Wassertypen effektiv sein.
Zwei der häufigsten bakteriellen Indikatorgruppen sind gesamtcoliforme und fäkale Coliforme, typischerweise E. coli. Totalcoliforme Bakterien kommen im Darm von Säugetieren vor, können aber auch natürlicherweise im Boden und im Oberflächenwasser vorkommen. Fäkale Coliforme sind eine Untergruppe, die sich vollständig im Magen-Darm-Trakt von Säugetieren und Vögeln befindet und kontinuierlich mit dem Kot ausgeschieden wird. Coliforme Bakterien sind anfällig für die gleichen Belastungen wie viele häufige Darmpathogene, wie z. B. Wasseraufbereitung oder niedrige Nährstoffgehalte, ihr Vorhandensein in einer Wasserprobe ist ein nützlicher Indikator für das potenzielle Vorhandensein von Krankheitserregern. Sowohl Gesamtcoliforme als auch E. coli können im Labor leicht nachgewiesen werden.
Zum Nachweis werden der Probe chemische Substrate zugesetzt, die die Coliformen verstoffwechseln, was zu einer Farbänderung führt. Bei Gesamtcoliformen wird zugesetztes ONPG in Nitrophenol umgewandelt, wodurch das Wasser gelb wird. Bei fäkalen Coliformen wandelt E. coli MUG in ein Methyl-Umbelliferon-Produkt um, das unter ultraviolettem Licht blaugrün fluoresziert. In seiner einfachsten Anwendung kann der Substrattest das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Coliformen im Wasser zum Zeitpunkt der Probenahme bestätigen.
Im Gegensatz zu dieser qualitativen Methode kann die Anzahl der Gesamtcoliformen pro Probe mit Hilfe eines speziellen partitionierten Tabletts geschätzt werden. Nachdem das reaktive Substrat aufgelöst wurde, wird die Wasserprobe in eine Schale mit großen und kleinen Vertiefungen gegeben und dann inkubiert. Wells, die die Farbänderung aufweisen, werden gezählt, und das Verhältnis von kleinen zu großen Wells, die positive kolorimetrische Signale zeigen, wird an einem Diagramm ausgerichtet, das eine Größe angibt. Die Trinkwasserversorgung in den USA darf keine Gesamtcoliformen pro 100 ml enthalten.
Nachdem wir nun mit den Prinzipien der Verwendung von Indikatororganismen zur Identifizierung und Quantifizierung von Wasserverunreinigungen vertraut sind, werfen wir einen Blick darauf, wie dies im Labor durchgeführt wird.
Sobald die Proben entnommen wurden, bringen Sie sie zur Untersuchung ins Labor. Öffnen Sie zunächst eine 100-ml-Plastikflasche. Flaschen können eine kleine Menge pulverisiertes Natriumthiosulfat-Reagenz enthalten, das verwendet wird, um die Neutralisation von eventuell vorhandenem Chlor sicherzustellen. Geben Sie 100 ml Wasserprobe in die Flasche. Öffnen Sie eine Kissenröhre mit Nährsubstrat und gießen Sie den Inhalt in die Wasserprobe in der Flasche. Verschließen und verschließen Sie die Flasche, schütteln Sie sie dann kräftig und drehen Sie die Flasche wiederholt um, bis sich das Substrat vollständig aufgelöst hat. Inkubieren Sie anschließend die Proben-Reagenzflasche bei 35 ? C für 24 h.
Beobachten Sie die gelbe Farbänderung in der Proben-Reagenz-Mischung. Die gelbe Farbe zeigt an, dass coliforme Bakterien vorhanden sind. Keine Farbveränderung deutet darauf hin, dass Coliforme Bakterien fehlen. Zum Schluss wird das Proben-Reagenz-Gemisch ultraviolettem Licht ausgesetzt und beobachtet. Blaue Fluoreszenz in Kombination mit einer gelben Farbänderung deutet darauf hin, dass E. coli vorhanden ist. Keine Fluoreszenz deutet auf Abwesenheit hin.
Die wahrscheinlichste Zahl (MPN) kann auch für Stichproben bestimmt werden. Öffnen Sie eine Flasche und fügen Sie 100 ml Wasserprobe hinzu. Öffnen Sie die Kissentube mit Nährsubstrat und gießen Sie den Inhalt in die Wasserprobe in der Flasche. Verschließen und verschließen Sie die Flasche. Kräftig schütteln und wiederholt invertieren, bis sich das Substrat vollständig aufgelöst hat. Öffnen Sie das Fach vorsichtig, indem Sie die Ränder oben zusammendrücken und die Papierlasche zurückziehen. Üben Sie ständigen Druck aus, um das Fach offen zu halten. Gießen Sie das Proben-Reagenz-Gemisch in die Schale und verschließen Sie es. Inkubieren Sie das Tablett bei 35 ? C für 24 h.
Beobachten Sie die Farbänderung in der Proben-Reagenzien-Mischschale. Zählen Sie die Anzahl der großen und kleinen Vertiefungen, die gelb geworden sind, um das Vorhandensein von coliformen Bakterien anzuzeigen. Setzen Sie anschließend das Proben-Reagenzien-Tablett ultraviolettem Licht aus und beobachten Sie die blaue Fluoreszenz. Zählen Sie die Anzahl der großen und kleinen Vertiefungen, die ein positives Vorhandensein von E. coli signalisieren.
Quantifizieren Sie unter Verwendung des bereitgestellten MPN-Blatts die Konzentration für jeden Indikatororganismus, der in 100 ml Wasser vorhanden ist. Ermitteln Sie die Anzahl der kleinen positiven Vertiefungen am oberen Rand der Tabelle und die Anzahl der großen positiven Vertiefungen auf der linken Seitenachse. Die Schnittmenge der beiden ergibt eine Zahl, die die wahrscheinlichste Zahl darstellt, d. h. die geschätzte Anzahl von Organismen pro 100 ml.
Nachweistests für Gesamtcoliforme und E. coli werden verwendet, um eine Vielzahl von Wasserproben auf Kontamination zu überprüfen.
Wasser, das für den menschlichen Gebrauch bestimmt oder trinkbar ist, wird routinemäßig auf Verunreinigungen getestet. Damit Wasser als sicher gilt, sollte es weniger als 1 coliformes Protein pro 100 ml enthalten. Hier wurde Wasser aus einem Wasserhahn gesammelt und auf eine Kontamination mit Gesamtcoliformen oder E. coli getestet, wie zuvor gezeigt wurde. Die Ergebnisse bestimmten, ob eine Wasserquelle für den Verzehr sicher war.
Eine weitere häufig getestete Probe ist gereinigtes Abwasser. Das Wasser muss getestet werden, um sicherzustellen, dass es sicher in die Umwelt abgegeben oder für den menschlichen Gebrauch wiederverwendet werden kann. Da vor der Aufbereitung mit einer hohen Kontamination zu rechnen war, wurde die Rohabwasserprobe auf 1:100.000 verdünnt. Diese Proben wurden dann Nachweistests für Gesamtcoliforme und E. coli unterzogen und MPN-Werte berechnet. Der sichere Wert nach der Verarbeitung sollte null nachweisbare Indikatorbakterien sein.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Prüfung der Wasserqualität anhand von Indikatororganismen gesehen. Sie sollten jetzt verstehen, wie man Wasserproben auf E. coli und andere coliforme Bakterien testet und wie man den Grad der vorhandenen Kontamination quantifiziert. Danke fürs Zuschauen!
