一株硫細菌的生長及脫硫特性研究

竹 婧，曹 璐，楊桂芳*，王光亞，陳 倩,李曉宇

(1.信陽師范學院a.生命科學學院;b.大別山農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用研究院，河南 信陽 464000；2.信陽職業(yè)技術(shù)學院 檢驗技術(shù)學院，河南 信陽 464000)

0 引言

從駐馬店化工廠分離得到S0菌株，此菌株是堿性硫桿菌，硫桿菌屬于無色硫細菌[1，2].無色硫細菌生存適宜能力強，適宜其生存的環(huán)境很廣泛，在 pH值0.5～10.0、溫度4 ℃～95 ℃的條件下都可以發(fā)現(xiàn)無色硫細菌的生存活動；同樣，無色硫細菌對溶解氧(DO)的要求范圍也很廣，在高至飽和，低至完全無氧狀態(tài)下，它都可以維持生命活動[3-6].但是具體每個菌種都有其獨特的生理特性，生存環(huán)境的不同會對硫細菌的脫硫效果有很大的影響[7].溫度對微生物的生長代謝有很大的影響，每種微生物都有其各自所適應(yīng)的溫度和一個最適的生長溫度，在這個溫度范圍內(nèi)，微生物反應(yīng)速度率、生長速率都很高，處理效果相應(yīng)也比較高[8，9].因此，開展硫細菌生物學特性的研究對該類細菌的生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要的理論價值和實際意義.

1 實驗部分

1.1 實驗材料

菌株材料為篩選出的高效菌株S0.培養(yǎng)基是硫細菌的富集培養(yǎng)基，即改良后的van Niel培養(yǎng)基.

1.2 實驗方法

1.2.1 S0最適生長溫度的測定

按表1設(shè)置實驗溫度梯度.分別在20 ℃，25 ℃，30 ℃、35 ℃條件下培養(yǎng)S0菌株，每隔30 h測定培養(yǎng)菌懸液在600 nm波長下的DO值.設(shè)置3組平行實驗，取平均值，并用最小顯著性分析方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.

表1 S0最適生長溫度實驗設(shè)置表

1.2.2 S0最適生長pH測定

按表2設(shè)置pH梯度.在25 ℃的環(huán)境下，分別在7.5、8.0、8.5、9.0等pH值下培養(yǎng)S0菌株，每隔30 h測定培養(yǎng)菌懸液在600 nm波長下的DO值.設(shè)置3組平行實驗，取平均值，并用最小顯著性分析方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.

1.2.3 菌體濃度對其氧化性的影響

根據(jù)堿性硫桿菌的氧化性[10]，在含有不同濃度的菌體培養(yǎng)基中加入等量的亞鐵鹽，亞鐵鹽將被堿性硫桿菌氧化為三價鐵，三價鐵的化合物為紅褐色，便于觀察[11].按表3設(shè)置菌體濃度梯度，同時設(shè)置一對照組.每隔30 h測定培養(yǎng)液中Fe2+和Fe3+的濃度，設(shè)置3組平行實驗，取平均值，并用最小顯著性分析方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.

表2 最適生長pH實驗設(shè)置表

1.2.4 菌體濃度對其脫硫效果的影響

根據(jù)堿性硫桿菌的脫硫特性設(shè)計實驗[12].在含有不同濃度的菌體培養(yǎng)液中加入等量的Na2S，測定其濃度，可以判斷硫細菌的脫硫效率.按表4設(shè)置菌體濃度的梯度，同時設(shè)置一組對照組.每隔30 h測定培養(yǎng)液中Na2S的濃度，設(shè)置3組平行實驗，取平均值，并用最小顯著性分析方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.

表3 去除Fe2+的實驗設(shè)置表

表4 脫硫?qū)嶒炘O(shè)置表

2 結(jié)果

2.1 S0最適生長溫度

如圖1所示，在25 ℃條件下菌株可以更快地進入對數(shù)期.到停滯期時，細菌濃度比在20 ℃和30 ℃的條件下培養(yǎng)出來的細菌菌液濃度高.因此，S0菌株在25 ℃的生長活性最大.

2.2 S0最適生長pH值

如圖2所示，當pH值為8.0時，細菌較快地進入對數(shù)生長期，且最先達到細菌數(shù)量的最大值，最快進入穩(wěn)定期.因此，可得出S0菌株在pH值為8.0時，更易生長.且較易生存與偏堿性的生長環(huán)境中.

2.3 Fe2+氧化實驗中最適菌體濃度

從圖3和圖4可以看出，在控制其他條件一致，與對照組相比，含硫細菌組均可以將大部分的Fe2+氧化成Fe3+，培養(yǎng)液中的顏色變深，變?yōu)榧t褐色.在菌體濃度為12×108cfu/mL時，F(xiàn)e2+的氧化率最大.而Fe3+的濃度隨著Fe2+濃度的減少而增加，其增加幅度與Fe2+的氧化幅度一致.根據(jù)實驗結(jié)果可得，在一定的濃度范圍內(nèi)Fe2+的脫除率與菌體濃度成正比，隨著菌體濃度的增加而增加，但當濃度達到12×108cfu/mL時，脫除率的增加達到峰值.

圖1不同溫度下硫細菌S0的生長曲線

圖2不同pH值下S0的生長曲線

圖3 不同菌體濃度下的Fe2+濃度變化

圖4不同菌體濃度下的Fe3+濃度變化

2.4 脫硫?qū)嶒炛凶钸m菌體濃度

從圖5可以看出，在不同梯度的菌體濃度的條件下，與對照組相比，含硫細菌組可以將大部分的Na2S的脫除.在菌體濃度為12×108cfu/mL時，Na2S的脫除率最大，且在培養(yǎng)初期有最快的脫除速率，脫除量最大.

圖5 不同菌體濃度下的Na2S濃度變化

3 結(jié)論

硫細菌菌株S0的最適生長溫度為25 ℃，最適生長pH值為8.0左右.在硫細菌的脫硫過程中，隨著硫細菌菌體濃度的增加，脫除效率也會隨之提高，當細菌濃度達到12×108cfu/mL時，硫細菌的氧化性及脫硫效率最高.通過對硫細菌的生理生化特性深入的研究，可以為硫細菌生產(chǎn)應(yīng)用的研究提供一定的理論基礎(chǔ)，對硫細菌脫硫應(yīng)用的研究有實際意義.