飲用水微生物安全一直以來都是一個備受關注的問題。目前，世界主要國家和相關國際組織幾乎都采用異養菌平板計數法對水中一般細菌和病原微生物進行檢測。但是，在不利的營養、pH、溫度、滲透壓、消毒劑等外界環境條件誘導下，水中的細菌可能會喪失可培養性，但其仍能保持一定生理和代謝活性，且在合適的條件刺激下，仍有可能恢復成可培養狀態。這種狀態下的細菌被稱為活的但不可培養細菌（VBNC）。如果VBNC狀態的細菌在飲用水中廣泛存在，將使培養法遠遠低估水中有活性細菌的量，使制水者、監管者和飲水者對水質的微生物安全性產生誤判，存在著嚴重的健康風險和安全隱患。
紫外線（UV）消毒作為一種新興的消毒工藝，因其具有對病原微生物的滅活率高，尤其對隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲具有較好的滅活作用，并且幾乎不產生消毒副產物等優點，而被逐漸應用到污水處理廠、再生水廠及小型自來水廠。近年來的研究表明，UV消毒能夠誘導細菌進入VBNC狀態，并且在適宜的條件下，該狀態下的細菌能夠得到復蘇。目前，對VBNC細菌的研究多集中于誘導條件、復蘇環境及感染性，但對VBNC狀態菌的生理活性表征，尤其是單細胞活性表征，缺乏詳細的研究。并且，大多數研究都以模式菌株為對象，對環境菌株的認識尚不夠深入。
中國科學院城市環境研究所于鑫團隊在表征VBNC細菌活性方面取得新進展，研究成果以Population and single cell metabolic activity of UV-induced VBNC bacteria determined by CTC-FCM and D2O-labeled Raman Spectroscopy 為題發表在Environment International上。該工作以從水環境中分離的兩株條件致病菌（Aeromonas sp. 和 Pseudomonas sp.）以及兩株模式菌株（E.coli 和 S.aureus）作為研究對象，考察不同UV劑量下對其VBNC狀態的誘導作用。并運用CTC-FCM和重水標記單細胞拉曼光譜的方法在群體和單細胞水平上表征了VBNC細菌的呼吸活性和代謝活性。
該項工作系統分析了VBNC細菌的活性和UV劑量的關系。結果表明，在各UV劑量下（0-200 mJ/cm2），由CTC-FCM所檢測的呼吸活性保持在較高水平，并且其與UV劑量之間沒有明顯的劑量-效應關系。只要細菌活著，具有不同受損水平或不同休眠程度的細菌之間的活性沒有顯著差異。由此表明，CTC-FCM適用于檢測維持細菌生理活動的基礎活性。然而，由重水-拉曼所檢測的細胞代謝活性與UV劑量之間呈現了顯著的劑量-效應關系。眾所周知，H2O以直接或間接的方式廣泛參與細胞代謝活動，如有機物的合成和利用過程。基于此，D2O標記的拉曼方法適用于確定細胞的重要生理和生化指標的總體代謝活性（包括基本活性）。其次，該項研究能夠在單細胞水平上檢測VBNC細菌活性，并能得到其異質性代謝活性分布。該結果對于優化滅菌過程具有重要意義，可以基于此確定更經濟和更安全的消毒劑量。最后，該項工作的結果表明模式菌株和環境菌株表現出不同的抗逆性。例如，與大腸桿菌相比，Aeromonas sp.,這一環境菌株在可培養性方面表現出對UV消毒更強的敏感性，但該環境菌株卻能保持更高的代謝活性，這一結果對UV消毒的實際應用具有一定的指導意義。該項研究的第一作者是博士生郭立崢，通訊作者是研究員于鑫和張勝華，研究得到王寬誠教育基金、國家自然科學基金、國家重點研發計劃等的支持。
圖1 四種菌株在不同UV劑量下細胞平均呼吸強度（A）和群體呼吸強度分布（B）。
圖2 VBNC細菌在不同紫外劑量下的代謝活性。
圖3 單細胞水平上，VBNC細菌代謝異質性分布圖