地表水系除锰菌株的筛选和除锰能力比较

1、地表水系除锰菌株的筛选和除锰能力比较锰元素是地球地壳的主要成份之一， 在自然界广泛分布， 当 水中的锰含量超过一定标准时， 会对工业、 生活及环境产生不利 的影响，甚至表现出严重的生理毒性，对人产生慢性毒害。 Mn （ II ）多存在于地下水中，但随着经济的快速发展，厂矿污水的 排放，加上全球气候恶化，洪涝灾害频繁发生，大量的含锰物质 被冲刷流入河流， 导致地表水中的锰含量不断升高。 地表水锰污 染已成为给水处理中一个亟待解决的问题。目前国内外除锰工艺的研究领域主要针对地下水， 已取得丰 富的成果，在法国、德国、保加利亚等国家的试验性利用已取得 良好的成效。 但地表水方面一直未受到特别重视，

2、从而未进行系 统理论的研究。 近年来世界各地及我国先后发现， 众多大小地表 水系不同程度地受到锰的污染。由于地表水在含氧量、酸碱度、 水系条件等方面与地下水有着很大区别， 针对地下水的生物除锰 工艺处理地表水时有着很大的局限性。 因此筛选适合地表水系的 具有除锰能力的菌株，研究其对 Mn（ II ）的氧化去除能力有着 巨大的社会经济效益， 同时为除锰工艺的理论系统化发展进一步 奠定基础。1 实验材料 样品为重庆“锰三角”附近厂矿周边地表水中取得水样和 淤泥，用无菌瓶保存后带回实验室进行分离鉴定。PYCM液体培养基：蛋白胨0.8g ,酵母浸膏0.2g , MnSO4?H2O 0.2g， K2HP

3、O40.1g， MgSO4?7H20O.2g， NaNO30 . 2 g ， CaCl2 0.1g，(NH4 2CO3 0.1g，定容至 1000mL pH值 7。PYCM!体培养基：1000mLPYCM液体培养基中加入 15g琼脂。Mn (II )母液：MnSO4?H2O 0.614g 定容至 200mL 终浓度 1000mg/L。TEST培养基：蛋白胨 0.2g，酵母浸膏0.1g，NaCI 1.314g， KCl 0.056g，MgSO4?7H2O924g，CaCl2 0.083g，定容至 1000mL 加热灭菌，冷却后加入已过滤除菌的 10.1mL的1M HEPES5液。2 实验方法2.

4、1 样品的分离纯化取10mL样品悬浮液梯度稀释后涂布 PYCM平板，置于25C 下培养 15天，挑取棕色菌落，多次划线分离后得到单克隆。用 0.5% 盐酸四甲基对苯二胺溶液滴加分离的菌落，初步检测其锰( II )氧化能力。2.2 菌株除锰能力测定利用甲醛肟分光光度法测定。2.2.1 标准曲线绘制配置浓度分别为 0mg/L， 2 mg/L， 5 mg/L， 10 mg/L， 20 mg/L， 40 mg/L ， 60 mg/L ， 80 mg/L 和 100 mg/L 的 Mn(II )标准液。 取 1mL标准液，力口 7mL H2O 0.1mL Na2-EDTA溶液，0.1mL 甲醛 肟溶液，

5、0.36mL NaOH溶液，摇匀后静置10分钟，加入0.6mL氨-盐酸羟胺溶液后加水定容至 10mL摇匀后再静置20分钟，随 后利用分光光度计以纯水作为对照，于450nm光下测量反应液的 0D值，绘制标准曲线。2.2.2 待测菌株样本制备将待测菌株用1mL PYCM液体培养基25C培养48小时后， 利用 10mMTris?HCl 缓冲液反复离心清洗，最后悬浮稀释至相同 菌体浓度，OD610为1.0。取4.65mL TEST培养基，加入 250 L Mn (II )母液，再力口 入100 L稀释菌液。对照组加入 100 L ddH20。25C振荡培养48 小时。2.2.3 待测菌株除锰能力测定将

6、培养结束的菌株和对照转移至离心管中，3000?g离心10分钟，取上清液1mL,按照甲醛肟法测定吸光度 OD4503 结果与分析3.1 除锰菌株的分离筛选通过对 3 处高锰地区地表水系采集的水样和污泥样本的梯度稀释后涂布在PYCM固体培养基上，挑选棕黄色菌落，经多次 划线纯化培养获得除锰菌株 6 株， MBR1， MBR，2MBR3， MBR、4MBR5 和MBR6滴加0.5%盐酸四甲基对苯二胺溶液的对应菌落颜色呈 深蓝色。当具有锰氧化能力的菌株在含有 Mn (II )的PYCM培养基中 生长时，能将培养基中的 Mn(ll )氧化为Mn (IV)，形成棕色沉淀，使菌落表现出棕黄色。 因此挑选棕黄

7、色菌落更易从生态菌 群中找到具有锰氧化能力的菌落。微生物的Mn( II )氧化酶可与盐酸四甲基对苯二胺溶液氧化， 产生颜色反应。 因此利用盐酸 四甲基对苯二胺对挑选的 6 株除锰菌株进行显色反应呈阳性， 可 以初步鉴定菌落具有氧化酶和对Mn(II )的氧化能力。3.2 甲醛肟标准曲线的确立 在实验结果中，我们发现当分析中包括100mg/L Mn( II )标准液的吸光度结果时， Mn(II )浓度与吸光度的标准曲线的R2 3.3 除锰菌株除锰能力的测定将对照ddH2O稀释后的菌液在50mg/L Mn (II )的TEST培 养基中培育48小时后的上清液，利用甲醛肟法测的OD450参照甲醛肟法的

8、标准曲线可得出上清液中残留的 Mn(II )浓度， 则除锰菌株对 Mn( II )的去除能力为：除锰率 =(原始 Mn( II ) 浓度 -残留 Mn(II )浓度) /原始 Mn(II )浓度 0%。通过实验结果发现，MRB系列菌株对Mn(ll )的去除率在10.0 37.2%之间，其中以 MBR3 MBR5和 MBR6去除 Mn (II )的 能力较强，除锰率分别为 30.9%， 35.6%和 37.2%，此能力的产生 可能与该菌株所处的高锰环境的胁迫选择有关。而MBR、1 MBR2和MBR4除锰率分别为23.6%, 19.4%和10.0%，均低于30% 这 和可能与这类细菌在高锰环境的生

9、存机制有关， 它们可能不需要 通过氧化 Mn( II )来调整所处微环境的 Mn(II )浓度，而是更 多依靠自身对锰的耐受能力或自然界菌群中其它菌对 Mn( II ) 的协同吸附去除机制。4 结论和讨论目前关于除锰菌株的研究多集中于地下水方面， 从地下水相 关环境分离具备除锰能力的菌株。 但本研究针对的地表水系的环 境条件与地下水系的相差很大。 (1)地表水的 pH 值和溶解氧含 量均较地下水高，适于地下水低 pH值条件下的氧化 Mn (II )的 细菌不一定适应地表水系环境。( 2)地表水中铁离子含量低， 对除锰的干扰较地下水小。 (3)地表水源的水质较地下水复杂， 影响到针对地下水的锰氧

10、化细菌的除锰效果稳定性。 因此目前常 用的处理地下水的锰氧化细菌在地表水系中无法稳定的发挥效 果，故针对地表水进行生物除锰， 需要挑选适合地表水的锰氧化 细菌。本研究从高锰地区的地表水系中分离纯化后获得 6 株具有 除锰能力的菌株，其中有 3株菌株MBR3 MBR侨口 MBR6勺氧化 Mn(II )能力较强， 48 小时的除锰效率率达到 30%以上。从实验 结果看出，地表水系中筛选到的除锰菌株氧化去除 Mn( II )的 效率低于部分文献报道的针对地下水的除锰菌株， 其原因可能存 在于多方面：( 1)地表水由于自然的流动更替，虽然会出现 Mn( II )浓度超标，但仍低于地下水的浓度，因此生存在地表水系 的微生物只需要进化出适合地表水的氧化除锰能力。(2)地表水系水质复杂， 生物群落中微生物的种类远远多于地下水系， 其 个体虽然除锰能力不强， 但群落间可通过协同增强作用， 共同对Mn（ II ）进行氧化，以降低 Mn（ II ）浓度。（