嗜酸性硫杆菌生长特性与耐受重金属机制及污泥淋滤过程中微生物分子生态的研究

摘要

利用微生物方法去除污泥中重金属(生物淋滤技术)具有去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点，近年来在国际上备受关注。生物淋滤技术采用的主要细菌为嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)。因此，研究两菌株的生长特性，对重金属的耐受性能及其在淋滤过程中的变化情况，从而优化培养参数、增强菌株活性，是提高生物淋滤效果的关键。
　　 本文采用纯培养的方法，分别研究了培养介质在不同起始pH和不同培养温度条件下，对嗜酸性氧化硫硫杆菌(TS6)和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(LX5)菌株生长与活性的影响。研究表明，菌株TS6的最适生长温度为28℃，最适生长pH范围为2.0～6.0。在上述条件下，菌株TS6旺盛生长，表现为氧化硫能力最强。菌株LX5的最适pH为2.0～2.5，最适生长温度为28℃～32℃，此条件下，LX5在48h内可完全将Fe2+氧化成Fe3+。提取了菌株LX5、TS6的DNA基因组，通过PCR扩增得到长约1.5Kb的16S rDNA片段，根据RDP数据库中与菌株LX5、TS6(GenBank登陆号分别为：DQ067562和DQ067563)同源性最近的菌株的分类地位及序列信息对两株菌进行了系统进化分析。
　　 研究了在纯培养的条件下，几种重金属(Cr3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+)对两菌株生物活性的影响，发现嗜酸性氧化硫硫杆菌TS6对上述重金属均有较强的耐受性，至少可耐受Cr3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+的浓度分别达1500 mg·L-1，400 mg·-1，1000 mg·L-1，和250 mg·L-1。菌株LX5对Cr3+、Zn2+、Ni2+的耐受性较强，但200 mg·L-1的Cu2+会对菌株LX5的生长及活性产生明显的抑制。电镜观察发现TS6菌株产生胞外多聚物(Extracellular PolymericSubstances EPS)，分离回收该多聚物，1500 mg·L-1的Cr3+存在下，TS6菌株产生的EPS为1467μg/1010cells。进行回接试验，结果发现该物质能增强菌体对重金属的耐受性能，提高生物活性，加快pH的下降。随着TS6菌株驯化时间的延长，它们对重金属的耐受性可望得到进一步的增强。
　　 通过对间接法进行改进，建立了一种快速简便、效果好的提取制革污泥总DNA的方法，在此基础上，使用DGGE和ERIC-PCR技术对制革污泥生物淋滤过程中七个pH点的微生物菌群结构的变化进行了动态监测，发现不同淋滤时期，嗜酸性氧化硫硫杆菌TS6始终存在，并随着淋滤的进行逐渐增强，是生物淋滤过程中的主要功能微生物。总的微生物菌群结构的变化也较明显，某些特征性DNA条带的消长与污泥的状态表现出一定的相关性，对其进一步的研究可望分离出生物淋滤处理系统中潜在的功能菌。