一株高耐铜微生物的筛选

玄志远

摘 要:重金属污染严重威胁人类的健康,传统的重金属废水处理方法因为运行成本过高而不受业者欢迎,利用微生物吸附废水中的重金属离子的技术越来越受到环保工作者的重视。本实验是从曲阜发电厂周围土壤中取样,然后培养出高吸铜的微生物——青霉菌株,它对多种重金属都有较强的抗性,尤其是抗铜、抗锌水平达到了150mmol/L,远超所见报道过的微生物。此法可用于重金属污染严重的区域。

关键词:青霉菌株;耐铜性;微生物吸附;曲阜

中图分类号:X53

文献标识码: A

文章编号:1005-569X(2009)06-0036-02

1 引 言

重金属指比重大于4或5的金属,约有45种,如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。如日本的水俣病和痛痛病分别由汞污染和镉污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。

2 重金属污染危害人体健康

重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中,引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害。如随废水排出的重金属,即使浓度小,也可在藻类和底泥中积累,被鱼和贝的体表吸附,产生食物链浓缩,从而造成公害。如日本的水俣病,就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞,在经生物作用变成有机汞后造成的;又如痛病,是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅进入环境中,造成目前地表铅的浓度已有显著提高,致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍,损害了人体健康。

3 微生物吸附重金属技术

随着经济的发展,环境污染已经成为21世纪最重要的问题之一。而电镀、制革、防腐、燃料等工业中的重金属如:铅、铜、镉、铬等对环境有很大的毒害作用,影响着生态环境,并对人们的健康造成了威胁[1,2]。这已经引起了环境科学工作者的广泛关注。

传统处理废水中重金属离子的方法有:化学沉淀法、离子交换法、电解法等,但由于这些方法在处理10~15g/L的重金属废水时,运行费用和原材料成本相对过高,所以环境科学工作者更加注重研究用生物吸附法去除废水中的重金属离子,对很多微生物如:根际微生物(Rhizosphere microorgan -isms)[3],酵母细胞(Saccharomyces cerevisiae)[4]等去除重金属离子的性质已进行了研究。作为处理重金属废水的一项新技术微生物吸附与其它技术相比,具有对低浓度重金属废水处理效率高、吸附材料来源广、投资少、运作费用低,易于管理和操作等优点。而且大量存在的常见金属离子如Na+、Ca2+、Mg2+等对微生物吸附的影响很小[5,6]。

本文主要对一株抗铜微生物进行了筛选,但对于其性能的测定等,由于条件及时间的限制,只能进行粗略的估计。

4 筛选吸附铜的微生物

从曲阜发电厂周围土壤中取样,每样均为梅花形布点采样所得的混合土样。取各土样2g加入蒸馏水中搅拌,然后取上清液若干加入到100mL含Cu2+浓度为100mg/L的培养基中,30℃条件下培养48h;然后以2%的接种量接种到含Cu2+分别为150mg/L的新鲜培养基中,培养48h;依次类推,逐步提高Cu2+的浓度为200mg/L、250mg/L、300mg/L的条件下进行多次富集培养,取300mg/L的条件下的培养液连续涂布在固体分离平板上,挑取单菌落,经多次纯化,获得纯菌株。然后采用浓度梯度筛选的方法,从中分离筛选到一株耐受和吸附铜的细菌。

5 青霉菌株对多种重金属抗性较强

目前虽然也有一些抗铜性微生物获得的研究报道,但是他们耐受铜的能力一般不高。尽管也有找到更高抗铜性的菌株 ,但数量仍然十分有限。本实验筛选到的青霉菌株对铜、锌、铬、铅、镍、镉等多种重金属都有较强的抗性,尤其是抗铜、锌水平达到了150 mmol/L,其抗性远超过了国内外报道的绝大部分微生物。该菌株无论对酸还是碱都有较强的适应性,即使在40 mmol/L Cu2+胁迫下,在较广的pH范围内仍能较好地生长。另一方面,在铜的胁迫下,不同的营养条件对菌株的生长速度影响较大,尤其是额外加入少量草酸、柠檬酸可使该菌的生长速度提高2~3倍。这可能是因为草酸、柠檬酸等作为螯合剂螯合或沉淀一部分铜,减轻铜对菌株的危害,另外也可能是由于草酸和柠檬酸可作为营养物质使菌体更有效地进行新陈代谢,从而加快菌体的繁殖速度。

6 结 语

研究表明,微生物可以作为生物吸附剂吸附各种重金属,即使是微生物的死细胞也能吸收一部分重金属,达到减少环境介质中的重金属量的目的。比如,通过土壤微生物吸附各种金属离子,可降低重金属对植物的直接毒性或降低植物对金属离子的吸收,从而减轻重金属对植物的毒害。

实验筛选到的菌株对铜具有一定的的吸附能力,但是当Cu2+和Zn2+、Pb2+、Ni2+、Cd2+等任一金属离子复合时,两种金属间产生了拮抗作用,导致降低了菌株对它们的吸附水平。

Cu2+和Cr6+的共存在小程度上增加了菌体对Cr6+的吸附,但与Cr6+单独存在下的吸附仍无显著差异。因此,总体而言,金属离子的共存抑制了菌株对彼此的吸附,这可能和金属离子间竞争青霉菌细胞或代谢系统的活性部位的吸附点有关。因而,在实际应用中可通过排除其他金属的干扰以提高吸附剂针对性地对某种金属进行吸附。

另外,从生产性应用出发,为了减少2次污染和节约成本,在菌株吸附完重金属后可以收集菌体用蒸馏水洗涤数次后置于解吸剂中搅拌,通过离心分离回收重金属离子。这种采用微生物吸附重金属,再通过解析回收重金属,以达到菌株再利用的方法,在国内已有较多的研究,或者在不考虑菌株循环利用的条件下,也可采取焚烧的方法,因为高温焚烧时有机物会被碳化,剩下的重金属部分就可以被回收。

参考文献

[1]周德庆.微生物学教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]段学军,闵航.一株抗镉细菌的分离鉴定及其抗性基因定位的初步研究

[J].环境科学学报,2004,24(1):154~158.

[3]袁红莉,李志建,王能飞,等.一株红酵母的抗镉机制[J].中国科学D辑:地球科学,2005,35(增刊I):219~225.