4.2 大肠杆菌菌株在土壤中的动态
在本研究中，未观察到大肠杆菌明显生长的证据，这与建议大肠杆菌能够在环境中繁殖的研究不一致。然而，我们揭示所有三种大肠杆菌菌株都能在土壤中持续相对较长时间，表明该类型土壤满足维持大肠杆菌细胞活动的基本营养需求。土壤中的长期种群趋势在先前研究中已有记录。大肠杆菌菌株之间的差异存活，这在先前已有描述，可能反映了它们通过减小细胞大小、发展耐饥饿形式和/或修饰细胞膜化学来适应新环境的能力差异。建议涉及化学信号、基因功能控制和遗传物质交换的机制参与这种适应。它也可能揭示在新环境中利用资源的不同效率。可能在营养耗尽时，少量大肠杆菌进入VBNC状态，并通过常规培养方法无法检测。因此，通过平板计数或MPN方法未检测到大肠杆菌不一定表明大肠杆菌在土壤中完全消亡。
不同BS3密度处理的微宇宙主要在两个方面彼此不同：BS3密度和土壤中改变的微生物群落结构。这些差异可能在很大程度上证明了大肠杆菌在微宇宙中存活模式的差异。土著微生物对大肠杆菌存活的干扰已有记录。由于BS3密度的增加，土壤微生物群落多样性逐渐降低。这可能导致通过改善生态位和/或资源的可利用性以及减少拮抗作用，从而降低空间和/或营养物质的竞争压力，这被认为有利于接种大肠杆菌的存活。
怀疑降低的竞争压力解释了大肠杆菌在BS3水平逐渐增加的微宇宙中逐渐改善的存活。这与先前报告一致，即微生物群落复杂度较低的生态系统更容易受到细菌入侵，比微生物群落复杂度较高的生态系统更适合入侵者。这种易感性主要是由于物种之间复杂的相互作用力，涉及微生物信号、感应和抗生系统。
此外，BS3密度的增加也可能导致原生动物捕食活性的降低，从而促进大肠杆菌的存活。然而，微生物之间的相互作用也可能促进共同生长和持久性，可能通过产生胞外酶或其他可扩散分子来增强营养吸收。由于BS3水平增加而多样性降低的土壤微生物群落可能减少与大肠杆菌的这种有益相互作用，从而加速其消亡。这一点得到部分支持，即灭菌土壤（缺乏本地微生物群落）中的大肠杆菌并未比某些BS3处理存活更好。这也可能是0.50% BS3中大肠杆菌比0.30% BS3中衰变更快的原因。需要更深入的研究以获得更明确的结论。
土壤微生物群落的DGGE图谱分析清楚反映了大肠杆菌在土壤中的存活模式。大肠杆菌菌株的指示条带在接种后明显观察到，并持续较长时间。然而，培养法观察到的和DGGE方法观察到的大肠杆菌菌株持久性之间存在差异。以0.30% BS3处理中土壤大肠杆菌菌株的持久性为例；DGGE分析在90天孵育后无法检测到大肠杆菌相关条带，但培养法即使在150天孵育后仍能揭示大肠杆菌菌株的存在。这种不一致是由于PCR-DGGE方法的检测限：DGGE只能检测占群落至少0.5%的种群。当大肠杆菌数量下降到该阈值比例以下时，这些大肠杆菌来源的16S rRNA片段将在PCR扩增中被更丰富的种群的片段竞争掉，导致DGGE中无法检测到大肠杆菌。
4.3 本研究结果的启示
确定大肠杆菌在土壤中的持久性模式非常重要，不仅对于那些本身直接代表污染新鲜农产品时健康风险的致病性菌株，一般用作指示菌的菌株的死亡也是公共卫生领域需要考虑的关键问题。这些菌株最终可能通过雨水/径流转移到水体系统，从而危及指示浓度与人类健康风险之间的关系。大肠杆菌在不同微生物群落组成土壤中的差异存活将挑战利用大肠杆菌确定各种来源对水体粪便污染贡献的MST方法。此外，一些肠道病原体在土壤中的存活与大肠杆菌平行，因此阐明大肠杆菌的存活行为也可能有助于预测共同进入土壤的肠道病原体的潜在风险。
通过使用BS3操纵土壤细菌组成，我们构建了具有逐渐改变微生物群落结构的模型微宇宙。我们发现大肠杆菌菌株的存活随土壤环境中不同水平微生物应激而变化，这一发现具有重要意义，因为各种农业管理实践，如肥料和除草剂的施用，可能影响土壤微生物多样性，从而影响大肠杆菌的命运。正在进行后续研究以确认这些更相关情景下的研究发现。大肠杆菌存活的差异强调了估计其在不同土壤中行为的困难。还应注意的是，受控条件下的实验室研究不能体现田间环境过程相互作用的复杂性，因此实验室得出的数据可能无法代表现实场景中的行为。
例如，当扩大到田间水平时，实验室产生的大肠杆菌一级存活曲线往往高估或低估其在现实世界场景中的存活，由于难以模拟的物理、化学和生物因素的复杂组合，将粪肥来源的不同遗传类型大肠杆菌沉积到环境土壤中的后果各不相同。在这种情况下，粪便指示菌的行为将与实验室微宇宙实验中发生的非常不同。需要进一步探索粪便细菌种群和病原体在田间条件下的持久性，以更好地理解其在自然土壤环境中的存活潜力。本研究的科学知识为预测建模提供了宝贵信息，以改进管理计划并减轻对水质的影响和对人类健康的风险。
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