**三、论文摘要中文翻译** 病毒与滤食性浮游动物之间的相互作用会改变病毒在地表水中的存留时间,这直接影响水质和公共健康风险。然而,关于病毒-浮游动物相互作用及其影响环境因素的数据仍然有限。本研究评估了在黑暗和模拟太阳光条件下,滤食活动对一种噬菌体(MS2)和一种人类病毒(埃可病毒11型(E11))在纤毛虫(梨形四膜虫(Tetrahymena pyriformis))和轮虫(萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus))存在时的影响。黑暗实验确立了每种病毒对每种生物的基线去除率,轮虫对两种病毒的去除率均高于纤毛虫。相比之下,在模拟太阳光下,纤毛虫实验组的病毒去除率在相似时间段内高于轮虫实验组(在53-58小时内去除4.2个对数级MS2,而轮虫为2.7个对数级;在24-25小时内去除3.5个对数级E11,而轮虫为3.0个对数级)。衰减率常数分析揭示了在黑暗和光照条件下病毒去除的物种特异性转变,这种转变取决于病毒类型和浮游动物物种,可能加速病毒衰减,也可能保护病毒并延长其感染性。梨形四膜虫在光照条件下的去除率高于黑暗条件,与太阳光灭活具有协同作用,而轮虫则阻碍太阳光灭活。这些数据解决了黑暗生物过程如何调节太阳光介导灭活的重要知识空白。所报道的衰减常数有助于预测病毒的环境归宿,对依赖太阳光消毒来灭活病毒的自然和工程处理系统具有重要意义。
**四、论文主体内容解读**
本研究发表于《Environmental Science》,旨在深入探究水环境中滤食性浮游动物对病毒太阳光灭活过程的复杂影响。在自然水体及水处理系统中,太阳光是驱动病毒灭活的关键非生物因素,而浮游动物作为滤食者,可通过摄食、消化等生物过程影响病毒的存续。然而,浮游动物(特别是不同种类)与病毒的相互作用具有复杂性与变异性,且其对太阳光灭活的协同或拮抗作用缺乏系统性研究。此前研究多关注浮游动物对化学或紫外线消毒的影响,或针对吞噬型原生动物,而滤食性轮虫和纤毛虫在太阳光条件下如何调控病毒衰减的机制尚不明确。因此,本研究旨在量化在统一系统内,黑暗与太阳光条件下不同浮游动物物种(纤毛虫与轮虫)对不同病毒(MS2与E11)灭活动力学的影响,以填补此关键知识空白。
为开展研究,研究人员建立了可控的模拟太阳光实验体系。首先,分别培养了模式生物纤毛虫梨形四膜虫和轮虫萼花臂尾轮虫,并制备了噬菌体MS2和人类肠道病毒E11的纯化毒株。实验在配备有大气质量滤光片和大气边缘滤光片的太阳光模拟器下进行,以复现太阳光谱,并特别关注紫外B波段(280-315 nm)的辐照。实验体系在恒温水浴中维持,并进行适度曝气。研究人员设置了包含浮游动物的处理组与无浮游动物的病毒对照组,分别在黑暗和模拟太阳光条件下进行共培养,并定期取样测定具有感染性的病毒滴度。此外,利用带有积分球的紫外-可见分光光度计测定溶液的吸收光谱,以校正光屏蔽效应。最终,采用一阶衰减模型计算基于时间(k, hr⁻¹)和基于辐照剂量(κ, m² kJ⁻¹)的灭活率常数,并运用线性混合模型等统计方法进行比较分析。
研究结果表明,浮游动物物种和病毒类型显著影响黑暗条件下的灭活效率。在黑暗中,萼花臂尾轮虫对MS2和E11的去除率显著高于梨形四膜虫和无浮游动物对照组。例如,在约30小时内,萼花臂尾轮虫使E11降低了约1.8个对数级,而梨形四膜虫的去除效果与对照组无显著差异。这表明在黑暗条件下,轮虫是更高效的病毒去除者。
在太阳光灭活条件下,两种浮游动物的作用呈现显著差异。梨形四膜虫与太阳光灭活表现出协同作用:与无浮游动物对照组相比,梨形四膜虫的存在显著增强了MS2和E11的太阳光灭活效率。从基于辐照剂量的数据分析,当MS2与梨形四膜虫共培养时,达到约4.2个对数级去除仅需17 kJ m⁻²的紫外B辐照剂量,而对照组达到约2.5个对数级去除则需32 kJ m⁻²的剂量。对于E11,协同效应更为明显。相反,萼花臂尾轮虫在太阳光条件下对E11表现出显著的保护作用,使其灭活速率远低于对照组;而对MS2的影响则不显著。这种保护作用可能源于轮虫消化道为病毒提供了物理屏蔽,使其免受太阳光辐射。
通过比较黑暗与光照条件下的灭活率常数比值,研究人员进一步揭示了这种差异性作用。梨形四膜虫在光照条件下对病毒的灭活率常数与其黑暗条件下的贡献之和相比,表现出超加和性,证实了其协同增强效应。而萼花臂尾轮虫在光照下针对E11的灭活率常数比值显著小于1,表明其阻碍了太阳光灭活。研究人员认为,这种差异可能源于两种生物在趋光行为、摄食机制(如胞吞与机械处理)、消化速率以及可能作为光敏剂或产生活性氧能力等方面的不同。梨形四膜虫可能通过其消化过程或分泌物间接增强了光化学反应,而萼花臂尾轮虫则可能通过短暂的肠道滞留时间保护病毒。
在讨论部分,研究人员强调了本研究的环境意义。研究证实浮游动物在病毒环境归宿中扮演着双重角色:既可以作为病毒载体促进其存留,也可以协同太阳光加速其灭活。在复杂的水生生物群落中,捕食关系等生态互作可能进一步改变这种平衡。因此,在水环境病毒风险评估与消毒模型预测中,必须考虑浮游动物的这种潜在调节作用。本研究提供的衰减率常数为预测病毒在依赖太阳光消毒的自然或工程系统中的行为提供了关键参数,有助于更精准地评估水质安全与公共健康风险。
**结论部分翻译:**
本研究证明了浮游动物既可以协同也可以阻碍太阳光对病毒的灭活。如果浮游动物提供保护,它们可能充当载体,运输感染性病毒并促进病毒的存留。相反,如果浮游动物增强了光照下的衰减,它们则有助于病毒的减少,可被视为降低病毒风险的有益因素。在复杂的多物种群落中,捕食和营养级转移等生态相互作用可能改变保护与增强灭活之间的平衡。消毒模型应纳入浮游动物的潜在贡献,但这取决于对其机制的理解,以预测浮游动物是保护病毒还是促进其灭活。研究人员的结果提供了这些相反作用的初步证据,需要针对性的实验来确定决定浮游动物调节病毒归宿的生物过程和环境驱动因素。
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