一株高耐銅微生物的篩選

玄志遠

摘 要:重金屬污染嚴重威脅人類的健康,傳統的重金屬廢水處理方法因為運行成本過高而不受業者歡迎,利用微生物吸附廢水中的重金屬離子的技術越來越受到環保工作者的重視。本實驗是從曲阜發電廠周圍土壤中取樣,然后培養出高吸銅的微生物——青霉菌株,它對多種重金屬都有較強的抗性,尤其是抗銅、抗鋅水平達到了150mmol/L,遠超所見報道過的微生物。此法可用于重金屬污染嚴重的區域。

關鍵詞:青霉菌株;耐銅性;微生物吸附;曲阜

中圖分類號:X53

文獻標識碼: A

文章編號:1005-569X(2009)06-0036-02

1 引 言

重金屬指比重大于4或5的金屬,約有45種,如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、釩、鈮、鉭、鈦、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動所需要的微量元素,但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘等并非生命活動所必須,而且所有重金屬超過一定濃度都對人體有毒。

重金屬污染是指由重金屬或其化合物造成的環境污染。主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。如日本的水俁病和痛痛病分別由汞污染和鎘污染所引起。其危害程度取決于重金屬在環境、食品和生物體中存在的濃度和化學形態。

2 重金屬污染危害人體健康

重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中,但由于人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業制造活動日益增多,造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤中,引起嚴重的環境污染。以各種化學狀態或化學形態存在的重金屬,在進入環境或生態系統后就會存留、積累和遷移,造成危害。如隨廢水排出的重金屬,即使濃度小,也可在藻類和底泥中積累,被魚和貝的體表吸附,產生食物鏈濃縮,從而造成公害。如日本的水俁病,就是因為燒堿制造工業排放的廢水中含有汞,在經生物作用變成有機汞后造成的;又如痛病,是由煉鋅工業和鎘電鍍工業所排放的鎘所致。汽車尾氣排放的鉛進入環境中,造成目前地表鉛的濃度已有顯著提高,致使近代人體內鉛的吸收量比原始人增加了約100倍,損害了人體健康。

3 微生物吸附重金屬技術

隨著經濟的發展,環境污染已經成為21世紀最重要的問題之一。而電鍍、制革、防腐、燃料等工業中的重金屬如:鉛、銅、鎘、鉻等對環境有很大的毒害作用,影響著生態環境,并對人們的健康造成了威脅[1,2]。這已經引起了環境科學工作者的廣泛關注。

傳統處理廢水中重金屬離子的方法有:化學沉淀法、離子交換法、電解法等,但由于這些方法在處理10~15g/L的重金屬廢水時,運行費用和原材料成本相對過高,所以環境科學工作者更加注重研究用生物吸附法去除廢水中的重金屬離子,對很多微生物如:根際微生物(Rhizosphere microorgan -isms)[3],酵母細胞(Saccharomyces cerevisiae)[4]等去除重金屬離子的性質已進行了研究。作為處理重金屬廢水的一項新技術微生物吸附與其它技術相比,具有對低濃度重金屬廢水處理效率高、吸附材料來源廣、投資少、運作費用低,易于管理和操作等優點。而且大量存在的常見金屬離子如Na+、Ca2+、Mg2+等對微生物吸附的影響很小[5,6]。

本文主要對一株抗銅微生物進行了篩選,但對于其性能的測定等,由于條件及時間的限制,只能進行粗略的估計。

4 篩選吸附銅的微生物

從曲阜發電廠周圍土壤中取樣,每樣均為梅花形布點采樣所得的混合土樣。取各土樣2g加入蒸餾水中攪拌,然后取上清液若干加入到100mL含Cu2+濃度為100mg/L的培養基中,30℃條件下培養48h;然后以2%的接種量接種到含Cu2+分別為150mg/L的新鮮培養基中,培養48h;依次類推,逐步提高Cu2+的濃度為200mg/L、250mg/L、300mg/L的條件下進行多次富集培養,取300mg/L的條件下的培養液連續涂布在固體分離平板上,挑取單菌落,經多次純化,獲得純菌株。然后采用濃度梯度篩選的方法,從中分離篩選到一株耐受和吸附銅的細菌。

5 青霉菌株對多種重金屬抗性較強

目前雖然也有一些抗銅性微生物獲得的研究報道,但是他們耐受銅的能力一般不高。盡管也有找到更高抗銅性的菌株 ,但數量仍然十分有限。本實驗篩選到的青霉菌株對銅、鋅、鉻、鉛、鎳、鎘等多種重金屬都有較強的抗性,尤其是抗銅、鋅水平達到了150 mmol/L,其抗性遠超過了國內外報道的絕大部分微生物。該菌株無論對酸還是堿都有較強的適應性,即使在40 mmol/L Cu2+脅迫下,在較廣的pH范圍內仍能較好地生長。另一方面,在銅的脅迫下,不同的營養條件對菌株的生長速度影響較大,尤其是額外加入少量草酸、檸檬酸可使該菌的生長速度提高2~3倍。這可能是因為草酸、檸檬酸等作為螯合劑螯合或沉淀一部分銅,減輕銅對菌株的危害,另外也可能是由于草酸和檸檬酸可作為營養物質使菌體更有效地進行新陳代謝,從而加快菌體的繁殖速度。

6 結 語

研究表明,微生物可以作為生物吸附劑吸附各種重金屬,即使是微生物的死細胞也能吸收一部分重金屬,達到減少環境介質中的重金屬量的目的。比如,通過土壤微生物吸附各種金屬離子,可降低重金屬對植物的直接毒性或降低植物對金屬離子的吸收,從而減輕重金屬對植物的毒害。

實驗篩選到的菌株對銅具有一定的的吸附能力,但是當Cu2+和Zn2+、Pb2+、Ni2+、Cd2+等任一金屬離子復合時,兩種金屬間產生了拮抗作用,導致降低了菌株對它們的吸附水平。

Cu2+和Cr6+的共存在小程度上增加了菌體對Cr6+的吸附,但與Cr6+單獨存在下的吸附仍無顯著差異。因此,總體而言,金屬離子的共存抑制了菌株對彼此的吸附,這可能和金屬離子間競爭青霉菌細胞或代謝系統的活性部位的吸附點有關。因而,在實際應用中可通過排除其他金屬的干擾以提高吸附劑針對性地對某種金屬進行吸附。

另外,從生產性應用出發,為了減少2次污染和節約成本,在菌株吸附完重金屬后可以收集菌體用蒸餾水洗滌數次后置于解吸劑中攪拌,通過離心分離回收重金屬離子。這種采用微生物吸附重金屬,再通過解析回收重金屬,以達到菌株再利用的方法,在國內已有較多的研究,或者在不考慮菌株循環利用的條件下,也可采取焚燒的方法,因為高溫焚燒時有機物會被碳化,剩下的重金屬部分就可以被回收。

參考文獻

[1]周德慶.微生物學教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]段學軍,閔航.一株抗鎘細菌的分離鑒定及其抗性基因定位的初步研究

[J].環境科學學報,2004,24(1):154~158.

[3]袁紅莉,李志建,王能飛,等.一株紅酵母的抗鎘機制[J].中國科學D輯:地球科學,2005,35(增刊I):219~225.