發(fā)光生物在污染水體中的生長試驗(yàn)分析

張文華

(包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014035 )

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發(fā)光生物在污染水體中的生長試驗(yàn)分析

張文華

(包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014035 )

以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，通過發(fā)光生物在污染水體中的生長試驗(yàn)，繪制污染水體中哈維氏弧菌、費(fèi)氏弧菌、火神弧菌、明亮發(fā)光菌桿菌以及發(fā)光異短桿菌的生長曲線。確定發(fā)光生物在污染水質(zhì)中的培養(yǎng)條件，為發(fā)光生物的生長條件提供可靠的依據(jù)。結(jié)果表明，發(fā)光生物的生長和污染水體具有很大的相關(guān)性，污染程度越大，發(fā)光生物生長越迅速。

發(fā)光生物；污染水體；生長曲線

隨著工業(yè)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，當(dāng)今世界面臨日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，水污染尤其突出[1-2]。水中污染物種種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，且污染物之間可發(fā)生協(xié)同、相加或者拮抗等復(fù)雜問題。尤其發(fā)光生物種類更多，發(fā)光生物因其獨(dú)特的生理特性，與現(xiàn)代光電檢測手段結(jié)合具有快速、靈敏、簡便等特點(diǎn)，所以分析發(fā)光生物在污染水體中的生長曲線，不僅能夠很好地體現(xiàn)出這些發(fā)光生物在不同生長階段的生長特性，還能通過發(fā)光生物的生長來預(yù)測水體的污染[3-5]。

典型的發(fā)光生物在污染水體中的生長曲線主要包括調(diào)整期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定生長期、衰亡期?，F(xiàn)階段，對于發(fā)光生物的生長和各階段的生長曲線方程大都只考慮某一階段。針對上述問題，筆者給出適用于對數(shù)增長期和穩(wěn)定增長期的公式，然后依據(jù)該公式繪制發(fā)光生物在污染水體中的生長進(jìn)行試驗(yàn)，通過測定發(fā)光生物吸光度值的變化，繪制最佳生長曲線，從而更準(zhǔn)確地描述水質(zhì)污染的程度。

1 發(fā)光生物在污染水體中的生長曲線方程

假設(shè)發(fā)光生物在污染水體中的初始態(tài)充分適應(yīng)環(huán)境的改變，無需消耗時(shí)間去調(diào)整；試驗(yàn)在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，溫度、pH、OD值(吸光度值)等全部是常量；試驗(yàn)在一個(gè)封閉的空間下進(jìn)行，與外部環(huán)境無能量交換。發(fā)光生物在污染水體中的消亡和增殖過程是同時(shí)進(jìn)行的，總體來看，從初始階段到穩(wěn)定增長階段是一個(gè)不斷增長的過程，發(fā)光生物凈增殖需分析細(xì)胞合成和內(nèi)源代謝，所以發(fā)光生物的凈增殖同樣是通過細(xì)胞的增殖與消亡合并而成的。發(fā)光生物的凈增殖速率為：

(1)

由發(fā)光生物反應(yīng)動力學(xué)可知：

(2)

把公式(2)代入公式(1)，則有：

(3)

假設(shè)K1=YK-Kd，K2=KdKS，那么可將公式(3)簡化為：

(4)

根據(jù)泰勒公式可得：

(5)

由于要求計(jì)算精度，所以只取到二次項(xiàng)，即：

(6)

(7)

(8)

同理可得：

(9)

(10)

在實(shí)際應(yīng)用中，通過以上過程即可完成對發(fā)光生物在污染水體中生長曲線的設(shè)定。

2 發(fā)光生物在污染水體中的生長試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料及儀器 試驗(yàn)用水為某市不同路段不同污染程度的污染水體。試驗(yàn)儀器為DHP系列生化培養(yǎng)箱，由上海精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)；SPX-150型智能生化培養(yǎng)箱，由上海百典儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)；SW-CJ系列超凈工作臺，由上海新苗器械制造有限公司生產(chǎn)；722N型可見分光度計(jì)，由上海菁華科技儀器有限公司生產(chǎn)； GUJS行發(fā)酵罐，由鎮(zhèn)江東方生物工程設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 培養(yǎng)基。麥芽汁液體培養(yǎng)基組成：麥芽汁70 ml、瓊脂15 g、氯霉素0.1 g、麥芽高粉130 g。MRS液體培養(yǎng)基組成：蛋白胨20.00 g、牛肉膏粉10.00 g、酵母膏粉8.00 g、葡萄糖40.00 g、吐溫401 ml、磷酸二氫鉀4.00 g、乙酸鈉10.00 g、檸檬酸三銨2.00 g、硫酸鎂(MgSO4·H2O)0.20 g、硫酸錳(MnSO4·4H2O)0.05 g、蒸餾水1 000 ml。配制好的培養(yǎng)基在121 ℃下滅菌20 min后待用。

2.2.2 培養(yǎng)液預(yù)處理與菌種活化培養(yǎng)。取1 g樣品放在裝有100 ml無菌水的三角瓶中，200 r/min轉(zhuǎn)速下振蕩30 min后放置直至澄清。采集1 ml菌懸液對其進(jìn)行系列稀釋。將合適梯度的稀釋液依次涂布在麥芽汁液體培養(yǎng)基與MRS液體培養(yǎng)基平板上，各樣品平行涂布2塊。然后，依據(jù)各種微生物適合生長的溫度，將其放置在生化培養(yǎng)箱中完成培養(yǎng)，最后篩選出細(xì)菌，主要包括哈維氏弧菌、費(fèi)氏弧菌、火神弧菌、明亮發(fā)光菌桿菌以及發(fā)光異短桿菌。

2.2.3 菌種生長曲線測定。以哈維氏弧菌為例，首先將722N型分光光度計(jì)預(yù)熱30 min，以未接種的哈維氏弧菌培養(yǎng)液對比色計(jì)的零點(diǎn)進(jìn)行校正。將培養(yǎng)后的細(xì)菌放入污染水體中，每隔2 h取哈維氏弧菌培養(yǎng)液5 ml，對其OD值進(jìn)行檢測。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制哈維氏弧菌的最佳生長曲線。

3 結(jié)果與分析

3.1 哈維氏弧菌的生長曲線 由圖1a可知，在37 ℃下哈維氏弧菌的生長曲線中，0～9 h是延滯期，10～22 h是對數(shù)期，23～42 h是穩(wěn)定期。哈維氏弧菌的延滯期與對數(shù)期均為10 h左右，說明哈維氏弧菌生長緩慢，這也許是由于哈維氏弧菌培養(yǎng)的適宜溫度為40 ℃左右，但該試驗(yàn)的培養(yǎng)溫度是37 ℃，相對較低的溫度使得乳酸菌的生長速度有所減慢，需將其放置在40 ℃生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。由圖1b可知，在40 ℃下哈維氏弧菌的生長曲線中，0～6 h是延滯期，7～14 h是對數(shù)期，15～34 h是穩(wěn)定期。哈維氏弧菌穩(wěn)定期持續(xù)時(shí)間相對較長，達(dá)19 h，有利于乳酸菌積累次級代謝產(chǎn)物，后者更適合哈維氏弧菌的生長，而表現(xiàn)出污染水體的污染程度較大。

注：a.37 ℃;b.40 ℃。圖1 不同溫度下哈維氏弧菌的生長曲線

3.2 費(fèi)氏弧菌的生長曲線 先將費(fèi)氏弧菌放置在23 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)后再放入污染水體中。由圖2可知，在費(fèi)氏弧菌的生長曲線中，延滯期是0～7 h，對數(shù)期是8～14 h，穩(wěn)定期是16～34 h。穩(wěn)定期相對較長，持續(xù)了18 h，有助于費(fèi)氏弧菌的發(fā)酵，使其充分積累代謝產(chǎn)物。所以該試驗(yàn)條件很適合費(fèi)氏弧菌的生長，說明水體污染能夠促進(jìn)費(fèi)氏弧菌的生長。

圖2 費(fèi)氏弧菌的生長曲線

3.3 火神弧菌的生長曲線 由圖3可知，火神弧菌生長迅速，幾乎觀察不到其延滯期，很快進(jìn)入對數(shù)期(2～11 h)，培養(yǎng)11 h后進(jìn)入穩(wěn)定期(12～30 h)。其穩(wěn)定期持續(xù)18 h，為火神弧菌積累次級代謝產(chǎn)物提供了足夠的時(shí)間。該試驗(yàn)將火神弧菌放置在32 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，證明火神弧菌的生長也能體現(xiàn)污染水體的影響。

圖3 火神弧菌的生長曲線

3.4 明亮發(fā)光菌桿菌的生長曲線 將明亮發(fā)光菌桿菌放置在37 ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，然后放入污染水體中。由圖4可知，明亮發(fā)光菌桿菌的生長速度較慢，延滯期為11 h，對數(shù)期為12～20 h，而穩(wěn)定期為21～36 h，持續(xù)15 h。

圖4 明亮發(fā)光菌桿菌的生長曲線

3.5 光異短桿菌的生長曲線 光異短桿菌培養(yǎng)過程中所采用的溫度為37 ℃。由圖5可知，光異短桿菌的生長速度較

圖5 光異短桿菌的生長曲線

快，0～4 h是延滯期，5～11 h是對數(shù)期，12～30 h是穩(wěn)定期。污染水體保證了18 h的穩(wěn)定期，該污染水體環(huán)境能夠滿足光異短桿菌的生長。

4 結(jié)論

微生物由于生長迅速、繁殖周期短、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，故以其作為對象來評價(jià)水質(zhì)的研究極為廣泛。傳統(tǒng)方法對發(fā)光生物的生長試驗(yàn)，不能對發(fā)光生物的數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，誤差較大。提出以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，通過發(fā)光生物在污染水體中的生長試驗(yàn)，繪制污染水體中的哈維氏弧菌、費(fèi)氏弧菌、火神弧菌、明亮發(fā)光菌桿菌以及發(fā)光異短桿菌的生長曲線。確定發(fā)光生物在污染水體中的培養(yǎng)條件，為發(fā)光生物的生長條件提供可靠的依據(jù)。結(jié)果表明，在40 ℃環(huán)境下哈維氏弧菌的生長曲線中，哈維氏弧菌的延滯期為6 h，對數(shù)期為7 h，穩(wěn)定期為19 h，有利于哈維氏弧菌次級代謝產(chǎn)物的積累；在23 ℃的環(huán)境下，費(fèi)氏弧菌生長曲線的延滯后期為7 h，對數(shù)期為6 h，穩(wěn)定期為18 h，有助于費(fèi)氏弧菌的發(fā)酵；在32 ℃的環(huán)境下，火神弧菌生長迅速，幾乎觀察不到其延滯期，對數(shù)期為9 h，穩(wěn)定期持續(xù)18 h，適合火神弧菌生長；在37 ℃環(huán)境下，明亮發(fā)光菌桿菌的生長速度較慢，延滯期為11 h，對數(shù)期為8 h，穩(wěn)定期為15 h。

[1] 榮瑞金，李祖明，王德良，等.中國酒曲微生物研究進(jìn)展[J].中國釀造，2009(6)：5-8.

[2] 蒲嵐，李璐，謝善慈，等.濃香型白酒窖池中糟醅微生物的變化趨勢研究[J].釀酒科技，2011(1)：17-19.

[3] 羅惠波，黃治國，李浩，等.濃香型大曲真核微生物群落的PCR-SS-CP解析[J].中國釀造，2009(8)：42-45.

[4] 白鳳玲.預(yù)測微生物學(xué)在傳統(tǒng)白酒釀造中的應(yīng)用構(gòu)想[J].釀酒科技，2006，145(7)：31-33.

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The Growth Experiment of Luminous Organism in Contaminated Water

ZHANG Wen-hua

(Institute of Biological Engineering, Baotou Light Industry Vocational and Technical College, Baotou, Mongolia 014035)

With the training time as abscissa, absorbance as ordinate, through experiment of luminous organism in contaminated water, the growth curves ofVibrioharveyi,Vibriofischeri,Vibriologei,LuminescentbacteriumBacillus were drawn. The culture conditions for luminous organism in contaminated water was determined, which will provide reliable basis for growth conditions of luminous organism. The results showed that the growth of luminous organism is significantly correlated with contaminated water.

Luminous organism; Water contamination; Growth curve

張文華(1974- )，女，蒙族，內(nèi)蒙古通遼人，講師，碩士，從事微生物技術(shù)及應(yīng)用研究。

2015-04-20

S 181

A

0517-6611(2015)17-282-03