放射性污染日益严重,其中锶污染作为土壤典型污染之一成为研究热点。土壤中存在着一些矿化菌,能够对锶离子进行矿化固定。本实验对从土壤中分离的3株脱氮硫杆菌的特性及其对Sr2+的矿化行为进行了研究,发现该菌对1.0 g/L模拟Sr2+污染的去除率可达80%。扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等结果显示,矿化产物为硫酸锶。可见,利用脱氮硫杆菌治理土壤中Sr2+污染具有可行性,该方法将会有一定应用前景。


实验材料和仪器


本实验菌株脱氮硫杆菌提取于西南科技大学污水处理厂附近土壤及污泥,采用平板划线法将土壤中提取的细菌纯化,获得3株脱氮硫杆菌。


脱氮硫杆菌培养基:液体培养基Na2S2O3·5H2O 5 g,KNO32 g,KH2PO41 g,NaHCO30.5 g,MgCl2·6H2O 0.25 g,蒸馏水1 000 mL,用NaOH调pH至7.0~7.6,121℃高温灭菌20 min;上述试剂均为市售分析纯(富集培养基按照2×基本培养基组成配制)。固体培养基:向基本培养基中加入18 g/L琼脂粉,加热溶解后121℃灭菌20 min,制作分离平板培养基。1 g/L锶溶液:取2.415 g Sr(NO3)2溶于1 L水中(其他浓度按比例配制)。


ICS900型离子色谱仪器,美国Varian公司;S40 Seven Multi pH/电导率仪,瑞士梅特勒公司;Bioscreen C型全自动生长曲线分析仪,芬兰Bioscreen C公司;VG9000质谱仪及电感耦合等离子质谱仪(ICP),美国PE公司;Ultra55型场发射扫描电子显微镜系统(SEM/EDS),日本精工;X’Pert PR0多功能X射线衍射仪(XRD),荷兰PANalytical公司;Nico-let5700傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),日本岛津,光谱范围4 000~400 cm-1,最高分辨率0.4 cm-1,波数精度0.01 cm-1,扫描速率0.158 1~3.164 7 cm/DWDs。


脱氮硫杆菌的生长特性和产生硫酸根特性


接入菌液后的培养基使用漩涡振荡器振荡1 min后,用移液器移取0.2 mL菌液于蜂窝板内,放置于Bioscreen C型全自动生长曲线分析仪测定其生长曲线。接入菌种后的培养基放置在35℃、150 r/min的条件下振荡培养,对细菌进行定期取样,用离子色谱仪测定培养基中硫酸根浓度,分别于1、2、3、4、5、6、7 d同一时刻取样,每次5 mL,使用pH/电导率仪测定培养基的pH。分别配制含锶质量浓度为0、50、500、1 000、1 500 mg/L的培养基,分别接入同一种株菌种,并且每组做两组平行实验,进行生长曲线测试。结合菌株在400~700 nm波长之间对应的透过率全谱测试结果:随着波长增加,透过率略有下降趋势,但波长较小时细菌数目较少;综合考虑,选择波长450 nm作为生长曲线测试波长,此时细菌数目和透过率相对适宜。


结果:


分离菌株的特性研究


2.2.1菌株的生长特性研究根据土壤分离菌生长状况和革兰氏染色结果,选取T1、T2和T3菌株进行生长曲线测试。图为根据吸光度值在波长540 nm处随时间变化所绘制的脱氮硫杆菌生长曲线图。由图可以看出,前30 h内,T1、T2和T3处于延滞期,均无明显的生长。在36 h后T1、T2和T3菌株开始进入对数生长期,检测到的吸光度值急剧增大,此时细菌以几何级数增长,酶系最为活跃,代谢最为旺盛,此阶段的菌液最适合用于接种。之后T1、T2和T3菌种分别在82 h、98 h和100 h进入稳定期,其代谢产物也将不断积累,逐渐不适宜其生长,导致细菌生长速率逐渐减小。而在100 h后,检测到T2菌的吸光度有所降低,代表细菌数量的下降,此阶段新增细菌减少,死亡细菌增多,细菌数量下降,出现“负增长”,细菌群的生长进入了衰亡期。T2菌种进入衰亡期。110 h后,T1和T3菌株也进入衰亡期。T2生长情况较T1、T3差。

λ=540 nm□——T1,○——T2,△——T3图脱氮硫杆菌的生长曲线


2.2.4脱氮硫杆菌在含锶培养基中的生长曲线将细菌接入含锶培养基中进行培养,测其生长曲线可以看出,在含锶质量浓度为1 000 mg/L的培养液中,0~30 h内,脱氮硫杆菌生长缓慢,细菌数目变化很少,处于生长延滞期。30 h后细菌开始快速生长,30~90 h期间细菌数目快速增加,处于对数期,大约90 h开始,细菌数目开始趋向于稳定,120 h以后逐渐开始有下降趋势,细菌进入衰亡期。其生长曲线大致趋势与细菌在不含锶培养基中一致,但生长状况受到抑制。不同初始锶离子浓度培养液中脱氮硫杆菌的生长曲线。脱氮硫杆菌生长曲线大致趋势与不含锶培养基中一致,在含锶培养基中能正常生长,菌种在低浓度锶下生长受到刺激反而促进生长,在高浓度锶培养液中菌种生长受到抑制。



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