受污染地下水中苯降解菌的筛选研究
0 引言
在石油为人类文明带来巨大利益的同时,也引起了一系列石油污染问题。浅层地下水埋藏浅,包气带隔污阻污能力有限,极易受到石油类污染。国内外尽管也曾开展了大量石油类地下水污染生物修复研究,但研究成果主要集中在污染途径、污染机理、污染预报方面,对地下水土污染的修复研究还未见到结合实地的有效方法技术的探索和实践。国内外关于石油污染物降解菌的研究还处于初始阶段,对于低温石油污染地下水中苯系物降解菌的研究较少见报道。
拟定苯系物-苯作为目标污染物,从采集的污染土样中富集、分离纯化降解菌,进而在模拟低温地下水环境条件下筛选高效降解苯系物的菌株,并进行模拟污染地下水中优势菌种降解苯的规律研究。研究成果为石油污染地下水中苯系物的生物修复提供了有效降解菌种,对有效地减少BTEX对地下水资源和人体的危害,修复被石油污染的地下水具有重要的实际应用价值和理论意义。
1 技术路线
拟定苯系物-苯作为目标污染物,从采集的受污染土样中富集、分离纯化降解菌,进而在模拟低温地下水环境条件下筛选高效降解苯系物的菌株,并进行模拟污染地下水中优势菌种降解苯的规律研究。研究成果为受污染地下水中苯系物的生物修复提供了有效降解菌种。
2 菌种的分离纯化结果与分析
采用不同梯度试验,结果显示:稀释10倍不同菌落生长较多,稀释105倍,经过3天以后4种土样的平板上有零星分布,说明在纯苯大量存在的环境中,原始菌种越少,菌落生长越少。挑取单菌落分离纯化得到6种菌。
表1 优势菌株菌落的性状表
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菌种菌落形态培养7天菌落直径B1蓝色圆形小凸起,与培养基结合较牢固0.5mmB2圆环状,绿色粉末状2.0cmB3白色圆形,粉末状1.0cmB4浅灰色圆形,粉末状,产生粉红色代谢物1.0mmB5乳白色2.0mmB6中间略灰,乳白色圆环形,粉末状,产生黄色代谢物1.0cm
采用平板驯化的方法,在纯苯培养基和饱和蒸汽的密封环境中,经过3次传代驯化10℃培养,菌种生长量明显变多。
3 菌种的筛选结果与分析
3.1 不同菌种的生长特性
将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中,连续定时取样检查活菌数,可发现其生长过程的规律性。以培养时间为横坐标,OD值为纵坐标,可绘制出一条生长曲线,见图1。
——根据不同菌种的生长特性以及降解效果,从被污染的土壤中,选育出一株低温寡营养环境下可以高效降解地下水中苯系物的降解菌B6。其在380 mg/L浓度以上的苯系物污染地下水中,在第3天时,降解率达到77.87%,第7天降解率达到了83.94%。
在我国倡导的“走出去”战略的影响下,我国国内的勘察设计单位开始走向国际市场,在不同的国家,尤其是发展中国家,也遇到了很多与国内的不同的情况如抗震设防烈度的采取,制约了勘察设计工作的开展。
3.2 不同菌种的降解效果
6种菌降解苯系物的溶液稀释1000倍后,第3天的测试结果见图2。
由图2可知,6种菌在高浓度苯的污染地下水中,都有降解苯的能力,其中B6菌降解效果最好,降解率为77.87%。
“起来,起来,快起来,狗日的,没被鬼子炸死,也被你们这帮兔崽子压死!”赵锡田翻了身,事发突然,他被压在最下面啃了一嘴泥,那顶呢制将帽也不知滚到哪去了。
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图1 六种菌的生长曲线图
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图2 第3天6种菌降解苯降解效果图
由图3可知,第7天的测试结果与第3天的测试结果相比,还是可以看出同样的趋势。B6菌的降解率相对于空白,降解率达到了83.94%。此外,两个空白样中苯浓度出现大幅度下降,究其原因,与苯的物化性质有关。苯在水中的溶解度为1.78E3(25 ℃),易挥发,虽然降解实验过程中采用密封盖和锡纸全封闭,但为了加速苯与微生物的有效接触,采用了低速振荡的方法,这也是加剧苯挥发的重要原因。由此实验结果可知,苯降解菌的生长环境是处在低温缺氧的兼性环境下生长和降解苯系物的。由以上实验结果确定B6菌为最佳降解菌。
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图3 6种菌第7天降解苯的效果图
4 目标菌降解苯系物机制研究
为了了解苯系物的降解机制,本研究采用吹扫捕集-6890/5973气质联机仪进行测试。通过直接吹扫、二氯甲烷萃取、正己烷萃取的方法,配合儿茶酚显色实验,初步探讨了目标菌在适宜于地下水环境条件下的降解苯系物的降解机制。
从图6可以看出,B6菌在温度为10 ℃~30 ℃的范围内都可以生长。但温度在10 ℃和20 ℃时菌液的OD值较30 ℃时低。这是因为,当温度较低时,微生物的代谢缓慢,生长速度受到影响,当温度太低时微生物还会停止生长,进入休眠状态。从图中可以看出,三种温度条件下,当温度为30 ℃时,为该菌最佳生长温度。当温度超过这个最适温度范围时,B6菌的生长就会受到影响。
4.1 菌种代谢物的检测分析
从图7可看出,在温度位于10 ℃~20 ℃之间时,降解效果均较好。而地下水温度大多位于10 ℃~20 ℃之间,所以B6菌适合于进行降解地下水中苯系物。当温度大于20 ℃时,呈现降解率降低而苯系物增多的趋势。这主要是因为在筛选降解菌之初,所采用的温度即为低温10 ℃,B6菌已经适应在低温环境中生长代谢,而换至高温,需要适应的过程,从而导致降解效果较低温差的结果。
由试验结果可知,B6菌降解后的谱图中,没有了甲苯、二甲苯等苯系物的谱峰,但在直接吹扫和正己烷萃取条件下,主要有苯及甲苯、二甲苯等苯系物出现,说明B6菌在降解大量苯的同时,把少量的其他苯系物也一同降解了。这与苯系物具有共同的降解机理是分不开的。在经过二氯甲烷萃取后,出现了较多的B6降解菌的中间代谢产物,见表2。
表2 主要代谢及降解中间产物
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物质名称分子式保留时间Benzothiazole11.46BatylatedHydroxytoluene14.97Thiophene,2,5-bis[2-methylpropyl]—16.41Butanedioicacid,Methy1-bis[1-methylpropyl]ester17.913,5-di-tert-buty-4-hydroxybeazal-dehyde18.653,5-di-tert-buty-4-hydroxyanisole18.68Diisobutylphthalate19.73Ethanol,2-[dodecyloxy]-23.53十七烷十七烷27.13
由表2可知,在B6降解苯系物的过程中,出现双加氧酶和单加氧酶及儿茶酚降解酶的中间产物。
该实验过程及实验结果说明:模拟地下水环境为低温缺氧寡营养环境,B6菌确实以苯为唯一碳源进行生长代谢,进而彻底降解苯系物,净化受污染的地下水。
4.2 双加氧酶的检测(儿茶酚降解实验)
为进一步辅证5.1的实验结论,进行了儿茶酚显色的直观实验现象分析,在本实验中,发现经过较短时间,发酵液即变成了黄颜色,黄颜色的出现表明,儿茶酚已经被双加氧酶氧化,从而证实苯系物降解的途径有儿茶酚的降解途径。
5 不同影响因素对降解过程的影响
以配变设备为核心,从设备自身、电网环境、自然环境等方面系统分析影响配变设备运行相关因素,梳理相关信息来源,涵盖电力内部GIS、PMS、用采、营销等电力信息系统,以及外部气象、地理、人口等公开数据源,经采集、清洗、整合等预处理过程,构建基础宽表,为进一步的特征分析、建模判定坚实的基础。
5.1 pH值
通信行业连续十几年保持快速发展,业务量、业务收入和用户总数持续快速增长,据统计,2017年中国4G用户总数达到9.1亿户,占移动电话用户的66.3%,成为全世界最大的单一4G用户市场[1]。通信信息网络作为支撑信息行业的必要基础设施,将会大力建设,网络运维逐步从以网络为中心向以业务质量和用户感知为中心转型,从被动运维向主动运维转变,通过资源整合、组织调整、流程重造,从而提升运维工作效率。通信行业的这种转型升级,将对通信网络建设及维护人才提出了新的要求:适应信息通信与商业、工业、智能制造的深度融合;掌握互联网+、大数据等新技术,适应网络经济的发展需要,具备协同创新的能力。
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对不同微生物的生长pH来说,存在最高、最适、最低三个数值。从图4可以看出,B6菌的生长pH不是很广,在pH为5~10时都可以生长;最适宜B6菌生长的pH范围在6附近,而地下水pH多数于6.95~7.62,说明B6菌在地下水中易于生长;当pH在5以下和以7以上时,B6菌的生长都受到影响。
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图4 不同pH条件下B6菌的生长状况图
——pH值对B6菌降解效果的影响。
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图5 不同pH条件下B6菌的降解效果图
由图5可见,在pH值位于9.0附近时目标菌对苯系物降解效果最好。而地下水pH多数于6.95~7.62间,由图可知,在上述pH值范围内B6菌的降解效果亦较好。
5.2 温度
——温度对B6菌生长速度的影响。将B6菌接种到装有100 mL培养基的150 mL培养瓶中,分别在10 ℃、20 ℃、30 ℃不同温度下培养。以未接种的培养基作为空白对照,将培养液稀释10倍后在波长660 nm条件下测定吸光度值,结果见图6。
——pH值对B6菌生长速度的影响。在培养基中分别加入HCl和NaOH溶液,调节培养基的pH值,使得液体培养基的pH值分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0,灭菌后分别接种到装有100 mL培养基的150 mL的培养瓶中,在10℃条件下培养。以未接种的培养基作为空白对照,将培养液稀释10倍后在波长660 nm条件下测定吸光度值。结果见图4。
吴鹏程等[1]对缺齿蓑藓枝叶的描述是:1.3~2.0 mm、宽0.2~0.3 mm,龙骨状,锐尖或渐尖,叶片上部和中部细胞不透明,基部细胞平滑。我们基于11个地理居群106份标本的统计发现,缺齿蓑藓枝叶为椭圆状披针形、披针形至线状披针形,长1.68~3.48 mm、宽0.2~0.5 mm;叶片先端钝尖、锐尖、渐尖至狭渐尖;显微镜下中上部常有不规则暗黑色斑块,细胞多疣,细胞界限模糊;由中部向基细胞疣变少变弱,叶基细胞光滑无疣,偶有微疣(嵊泗列岛居群)。标本检测发现,采自海岛的群体常有棕色杆状多细胞芽胞。
地下水温度大多位于10 ℃~20 ℃之间,pH多数于6.95~7.62间。与实验条件相匹配。
——温度对B6菌降解效果的影响。
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图6 不同温度条件下B6菌生长速度对比图
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图7 不同温度条件下B6菌的降解效果图
许多好氧细菌有甲苯双加氧酶。这种酶可使甲苯与O2结合。一些好氧细菌的甲苯单加氧酶,只能使O2中一个原子和甲苯结合形成邻甲酚。儿茶酚双加氧酶可氧化儿茶酚、3-和4-甲基儿茶酚、3-氟儿茶酚。
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图8 B6菌镜下照片
6 菌种的鉴定结果
经过革兰氏染色鉴定结果可知,其为革兰氏阳性菌;对照降解机制实验,以及由活体染色实验结果可知,该菌为红色球状菌,见图8。
7 结语
OD值是表征细菌数量的一个指标,可从侧面说明该菌的繁殖速度。从表中看出,B5菌的OD值在第5天到第6天之间出现明显的上涨。在第6天到第7天又出现了明显的下降。B6菌在第3天到第4天处于明显的繁殖期,从第4天以后菌数量上又处于比较平稳的阶段。
——对目标菌B6的降解机制进行了初步研究。采用直接吹扫、二氯甲烷萃取、正己烷萃取的方法,配合儿茶酚显色实验,初步探讨了苯系物在适宜于地下水环境条件下的降解机制:主要是在双加氧酶的作用下降解苯及其他苯系物的。
受传统农业生产理念的影响,当前农民在从事农业生产过程中还一直采用传统形式,整体效率不高。在国家大力倡导新型职业农民培育的政策之下,加大对于农民的培训力度、提高农民的科学文化水平,使农民在从事农业生产过程中充分利用现代农业技术,提升农业生产效率,是当前农民培训过程中应该给予重点关注的问题。农民科技教育中心承担着重要的新型职业农民培育职责。因此,应该不断强化农民科技教育中心的管理质量,促进培训质量不断提升,更好的为农村建设和农业发展服务。
——通过单因素实验得出,B6的最适生长温度为30 ℃左右,但其在10 ℃~20 ℃范围内亦生长较好。最适生长pH范围为6.0左右。与地下水普遍意义上的温度和pH范围相符。
——对目标菌B6进行了菌种鉴定。经过革兰氏染色鉴定结果可知,其为革兰氏阳性菌;对照降解机制实验,以及由活体染色实验结果可知,该菌为红色球状菌。
虽然到目前为止,今冬市场平稳运转,后市可期,但是刘仲涛认为企业为了更好地生存必须按照国家的相关政策进行转型升级。他说:“企业要按照国家提出的化肥零增长、土壤修复和改良、粮食安全、人类健康等作为转型升级的依据,要不断推进肥料产品的升级换代,使产品更加符合现代农业的需要,只有顺势而为才能获得生存的权利。”他认为,面对国家供给侧结构性改革的形式,化肥生产企业的转型升级策略要稳健不可冒进,不能盲目上项目,否则一旦资金链断裂就会给企业带来不可估量的打击。
——研究成果对有效地减少BTEX对地下水资源和人体的危害,修复被采矿工程、工业生产等造成的苯系物污染的地下水具有重要的实际应用价值和理论意义。
参考文献:
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1)人力支持。专业实验室的运行需要人力资源作为基础,实验室管理人员作为其看护者,必须兢兢业业,保证实验室安全。专业实验室内一般存放大量化学试剂和物理仪器,尤其是很多化学试剂具有一定的危险性,即专业实验室本身就是较易发生安全事故的场所。在专业实验室开放的情况下,学生由于经验不足及容易大意,易发生损坏实验室仪器及安全问题等事故,一旦发生,后果严重。这就对专业实验室管理人员提出更高的要求,不仅要严格要求自己,细致管理仪器试剂,也要严格要求学生。同时,指导教师也应充分发挥作用,认真指导学生操作,避免错误发生。
首先,政府在宏观层面的战略部署能够促进一国文化产业的蓬勃发展,甚至成为一国经济的主要支撑点。以拥有相似文化底蕴的文化大国韩国为例,1998年韩政府出台“文化立国”战略,随后又紧跟着出台了一系列政策,使韩国影视文化行业迸发活力。时至今日,韩国影视剧出口值屡获新高,文化产业成为国民经济的支柱产业,真正做到了“文化强国”、“文化立国”。其次,国家文化企业实力强大离不开有力的文化监管。如今很多文化企业存在偷税漏税、抄袭、恶意竞争等问题,影视文化行业需要政府对法律的完善和对违法行为的严厉处罚,只有保证文化氛围的文明和谐才能更好地进行文化产业体制改革。
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