微生物生长特性的试验研究

田曼丽 王 杰

（重庆交通职业学院路桥与建筑学院，重庆402247）

材料在使用过程中，受外界环境因素（如风化、变形、荷载、侵蚀等）的影响容易产生开裂，裂缝的产生将严重影响结构的渗透性能，使得外界侵蚀性离子更易进入结构内部，导致结构的耐久性和安全性大幅度降低，减少其服役寿命。利用微生物诱导碳酸钙沉积填充材料裂隙的方法是一种新型的裂缝修复技术[1，2]。这种裂缝修复技术是指在特定的环境以及营养条件刺激下，通过微生物新陈代谢产生的酶将底物分解产生碳酸根离子，与提供的钙离子结合生成具有一定粘结强度的碳酸钙，从而将裂缝填充，以达到裂缝修复的效果。

本文旨在研究微生物在不同条件下的生长特性，确定合适的培养条件，为研究微生物对裂缝材料填充研究奠定基础。

1 试验材料和试验方法

1.1 试验材料

根据测试和研究现状选择微生物为球形芽孢杆菌。

1.2 试验方法与实验设备

将菌种保存在安瓿瓶中的干粉。首先要将其开管、恢复培养，然后在一定时间计数后保藏，以备后续使用。

1.3 计数

采用全自动菌落计数器进行计数，设备型号为QXC-30。

1.4 观测形态

采用扫描电子显微镜（SEM）进行观测细菌在不同阶段的生长形态，设备型号为EM-30AX。

2 试验结果与分析

2.1 细菌生长曲线的测定

本文根据现场水质取样测试其离子含量，模拟配制两种现场水质，选择A、B 两种典型水质条件，以蒸馏水（下文以O 表示）为基准实验对象，研究细菌的生长曲线变化。其A 和B 液离子含量检测结果如表1 所示。

表1 A 和B 液中各离子含量

培养基编号分别为：O1，O2，A1，A2，B1，B2；其中1 表示采用100ml 的培养基，2 表示的是采用50ml 的培养基，用以研究初始培养基量(装液量)对细菌生长的影响。将培养的菌悬液分装至各培养瓶中，使原始浓度均为1.20×107个/ml。用蒸馏水配置该细菌生长所需的100ml 培养基，其生长曲线如图1 所示。从图中可以看出，该细菌在前6 小时内增长速率较为缓慢，即为延迟期。细菌繁殖数量少，代谢活跃，为后期细菌增长繁殖储备酶、能量以及中间产物等[3]。6 小时之后增长速率加快，到达对数增长期。细菌以稳定的几何级数极快增长，持续4 小时左右。这阶段的细菌形态、染色、生物活性都很典型，是研究细菌性状的最佳阶段。在10 小时左右活菌数量达到最高，约为1.72×108个/ml，随后在这个数量值上下波动，即为进入稳定期。该期的生长菌群总数处于平坦阶段，但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗，毒性产物（有机酸、H2O2等）积累、pH 下降等不利因素的影响，细菌繁殖速度渐趋下降，相对细菌死亡数开始逐渐增加，此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态也逐渐变长、变大，细菌数量和形态变化如图2 所示。随着时间的逐渐延长，死亡细菌数越来越多，超过增殖率，到达衰亡期。细菌在培养液A 和B 中的生长曲线和在蒸馏水中测定的生长曲线形状比较接近。

图1 细菌在蒸馏水中的生长曲线

2.2 水质对细菌生长的影响

图2 细菌数量和形态变化图

将蒸馏水换成典型A 液，其生长曲线与蒸馏水略有不同，如图3 所示。从图中可以看出，细菌生长延迟期不是太明显，而是直接进入快速增长阶段。培养12 小时左右活菌数达到最大，进入稳定期。将蒸馏水换成B 液，其生长曲线如图4 所示。从图中可以看出，细菌生长延迟期约为4 小时，4 小时之后进入快速增长期，8 小时候细菌数量基本达到最大值，约为1.55×108个/ml，随后细菌数量在此最大值附近波动，进入稳定期，而细菌形态变化与对照蒸馏水组的细菌形态变化差别不大。

图3 细菌在A 液中的生长曲线

图4 细菌在B 液中的生长曲线

细菌在三种不同的培养基条件下的生长曲线如图5 所示。从图中可以看出，细菌的生长趋势基本相同，即随着时间的增长，细菌数量由缓慢增长逐渐变为快速增长随后趋于稳定不变。细菌在蒸馏水配制的培养基中生长，达到稳定期其最大细菌数量略高于其余二者，但达到最大细菌数量的时间比B 液中的细菌迟两小时左右，比A 液中的细菌早两小时达到最大细菌数量。

图5 细菌在不同水质中的生长曲线

2.3 装液量对细菌生长的影响

通过设置50ml、100ml 的两种不同的装液量研究装液量大小对细菌生长的影响，其结果如图6 所示。图中看出，装液量为50ml 时，在不同的生长阶段细菌的数量略高于100ml 装液量时的细菌数。这是因为该球形芽孢杆菌为好氧菌，当培养瓶中的装液量较少时，通气量大，培养基溶氧能力则较高，更适合需氧的细菌的生长，因此细菌数量较高。

图6 细菌在不同装液量下的生长曲线

3 结论

研究发现球形芽孢杆菌适应新环境的能力较强，配制培养基的水质和培养基初始装液量对细菌的生长繁殖影响均不是很大，细菌数量达到最大的时间略有不同。因此，将选择以蒸馏水配制培养基来培养细菌，以备后续研究。细菌数量增长较快，8h 后细菌数量达到最大值，采用8-12h 的培养菌液作为菌种较为合适，既可保持高的细菌活力，又可获得尽可能多的细菌数目。