微生物是喀斯特地球化学过程的重要参与者，生态环境风险的重要来源和指示物。然而，微生物极容易因周转、运输和储存等发生变异从而造成测试结果失真。同时，其检测需要在超净室借助精密仪器完成，成本高昂，难以开展大规模检测，且在一些区域可能并不具备相应条件。并且，部分微生物检测需时效性，一旦错过节点可能造成巨大损失。基于上述背景，本研究选取了广泛存在于喀斯特地区且具有较强环境健康意义的微生物作为检测对象，结合当前核酸检测领域的最新进展，构建了微生物定性和定量快速靶向诊断体系，并将其应用于污水和土壤微生物检测中。污水微生物特征能够反映社区传染病传播风险，然而，其介质复杂，丰度低等特点为检测带了巨大干扰。为解决这一问题，本研究在文献调研的基础上，选取了兼具高特异性和高灵敏度的环介导等温扩增技术（loop-mediated isothermal amplification，LAMP），并从引物、酶以及缓冲体系等角度对反应进行了全面优化和改进，使其能够满足检测需求。接下来，针对上述检测中出现的假阳性问题，本研究将Cas12a 引入到扩增检测中，构建了基于Cas12a 和逆转录环介导等温扩增反应（reverse transcriptionLAMP, RT-LAMP）联用的高保真逆转录环介导等温扩增技术（high fidelity RTLAMP,
HF-RT-LAMP），成功克服了LAMP 的假阳性问题并极大提升了信号转导能力。同时借助纸基微流控集成，实现了定性到半定量检测的飞跃，突破了以往终点检测的定量难题。土壤是微生物的另一大储库，土壤中汞甲基化基因hgcA 和砷甲基化基因arsM 丰度是汞砷暴露风险的潜在标志物，然而测试手段的不足限制了其在风险筛查中的应用。基于此，结合此前研究中发现预扩增手段定量能力不足的问题，本研究开发了基于Cas12a 的无扩增检测手段，先后通过微剂量、rRNA 联用等体系优化策略和crRNA 联用-辣根过氧化物酶二次放大的级联扩增策略分别构建了靶向hgcA 和arsM 的无扩增检测体系。两种体系克服了以往无扩增CRISPR 检测在灵敏度和背景信号等方面的重要缺陷，实现了高灵敏低背景定量可视化检测。此外，本研究还将其集成到高通量纸微流控装置上，极大提升了检测效率。总之，本研究在方法学上将生物和分析领域先进技术引入到环境科学和环境地球化学中，拓宽了其应用领域；在理论上完善和丰富了对恒温扩增及Cas12a 测试机理及影响因素的认识，发现了新的科学问题并进行了深入探讨；在技术上为污水和土壤微生物检测提供了潜在手段，并具有一定的应用前景。因而具有较强的科学和技术意义，并有望产生一定的社会效益。