 Bioprocess 生物过程, 2012, 2, 31-39 http://dx.doi.org/10.12677/bp.2012.21006 Published Online March 2012 (http://www.hanspub.org/journal/bp) The Affect of Growth and Phenol Degrading on Phenol Degrading Strain XH-10 with Different Metal Ions* Yun Tang1, Li Yue 1, Chao Peng2, Yan Song1, Hong Tan1 1College of Biological Sciences, China West Normal University, Nanchong 2School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing Email: tangyun_502@yahoo.com.cn Received: Nov. 5th, 2011; revised: Nov. 24 th, 20 11 ; acc ept ed: De c. 6th, 2011 Abstract: This article surveyed the influence which 18 metal ions on phenol degrading bacterium XH-10 growth and the phenol degradation. The results showed : Al3+, Co2+, Cu2+, Hg2+, Ni2+, Ag+ have intense inhibitory action to the phe- nol degrading bacterium XH-10 growth and the phenol degeneration; K+, Zn2+, Cr2+, Mo2+, Pb2+, Sn2+ have certain in- hibitory action to the phenol degrading bacterium XH-10 growth and the phenol degeneration, but at low concentrations, XH-10 has certain growth and the phenol degeneration potential; Ca2+, Mg2+, Na+, Mn2+ at lower concentration to the phenol degrading bacterium XH-10 growth have promoter action, degrades the inhibitory action to be small, at high concentrations to the bacterium growth and the phenol degradation have obvious inhibitory; Ba2+ the inhibitory action which degrades to the phenol is obvious, but at lower concentration have promoter action to the phenol degrading bac- terium XH-10 growth; Fe3+ the inhibitory action which growth to the bacterium is obvious, but at lower concentration have smaller inhibitory action to the phenol degrading bacterium XH-10 phenol degeneration. The results of the phenol degrading bacterium XH-10 for the treatment of wastewater cont aini n g p h enol p rovi des ce rt ai n basi s. Keywords: Phenol De grading Bacteria XH - 10; Heavy Metals Ions; Growth; Phenol Degradation 不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响* 唐 赟1，岳 黎1，彭 超2，宋 嫣1，谭 洪1 1西华师范大学生命科学学院，南充 2中国地质大学地球科学与资源学院，北京 Email: tangyun_502@yahoo.com.cn 收稿日期：2011 年11 月5日；修回日期：2011 年11 月24 日；录用日期：2011 年12 月6日 摘 要：本文探测了 18 种金属离子对苯酚降解菌 XH-10 生长和苯酚降解的影响。结果显示：Al3+、Co2+、Cu2+、 Hg2+、Ni2+、Ag+对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解有强烈的抑制作用；K+、Zn2+、Cr2+、Mo2+、Pb2+、Sn2+ 对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解有一定的抑制作用，但在低浓度时，XH-10 有一定的生长和苯酚降解潜 力；Ca2+、Mg2+、Na+、Mn2+在较低浓度时对苯酚降解菌 XH-10 的生长有促进作用，对苯酚降解的抑制作用较 小，在高浓度时对菌体生长和苯酚降解的抑制作用明显；Ba2+对苯酚降解的抑制作用明显，而在较低浓度时对 苯酚降解菌 XH-10 的生长有促进作用；Fe3+对菌体生长的抑制作用明显，而在较低浓度时对苯酚降解菌 XH-10 的苯酚降解抑制作用较小。其研究结果对菌株 XH-10 用于含酚废水的处理提供了一定的依据。 关键词：苯酚降解菌 XH-10；重金属离子；生长；苯酚降解 *基金项目：四川省教育厅自然科学重点项目(09ZA123)和南充市科技局重点项目(2010SF03)资助。 Copyright © 2012 Hanspub 31  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 1. 引言 苯酚属芳香族化合物，是有机合成的重要原料， 在造纸、炼焦、炼油、塑料、农药、医药合成等行业 生产中做原料或中间体[1]，大量用于制造酚醛树脂以 及其他高分子材料、药物、燃料、炸药等。随着树脂、 化工、高分子材料等企业对苯酚需求量的日益增加， 各企业所排放的含苯酚废水量也日益增加[2]。 菌株 XH-10 属于粘质沙雷氏菌属(Serratia marce- scens)，24 h 内可完全降解 10 mmol/L 的苯酚，同时 该菌在 20 mmol/L苯酚的无机盐培养液中也能生长 [3]。因此，XH-10 具有很强的适应能力和苯酚降解能 力，可用于高浓度含酚废水的生物处理，有较高的研 究及应用前景。 金属污染由于其隐蔽性、长期性、不可逆性很难 被生物降解，导致水污染、土壤污染、大气污染、生 态系统退化等环境问题；同时还能进入食物链引起人 类生理功能改变，导致急、慢性疾病或产生远期危害[4]。 金属离子是微生物生长和代谢产物合成的重要 影响因子，但是过量的金属离子(尤其是重金属离子) 存在会影响微生物的生理生化活性，消除敏感种或个 体，进而影响微生物群落的结构，并最终导致污水生 物处理效率降低乃至出现事故[5,6]。 因此，研究不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 菌 体生长量和苯酚降解率的影响，为处理含酚废水工艺 研究提供依据，对污水生物处理系统的调控和功能的 恢复具有重要的理论价值和实践指导意义。 2. 材料与方法 2.1. 材料 2.1.1. 菌株 苯酚降解菌 XH-10 分离自四川省南充市炼油厂 附近石油污染土壤，由西华师范大学微生物实验室提 供。 2.1.2. 培养基 LB 培养基[7]，无机盐培养基[8]，微量元素溶液[9]。 2.1.3. 金属离子试剂 将6种轻金属离子 Na+、Mg2+、Al3+、K+、Ca2+、 Ba2+和12 种重金属离子 Cr2+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、 Cu2+、Zn2+、Mo2+、Ag+、Sn2+、Hg2+、Pb2+配制成 100 mmol/L 的母液, 过滤灭菌, 4℃保存。 2.1.4. 苯酚溶液 称取苯酚晶体溶解于蒸馏水中，配制成 3 mol/L 的苯酚溶液，过滤灭菌，4℃保存。 2.2. 方法 2.2.1. 菌种活化 取–80℃保存的苯酚降解菌XH-10 菌种100 µL于 20 mL LB 液体培养基中，振荡培养 10 h，离心分离菌 体，用生理盐水洗涤 2次，悬于 10 mL的生理盐水中。 2.2.2. 降解实验 以金属离子母液配制 20 mL含0.1~5 mmol/L不同 浓度金属离子的无机盐培养基，装于 100 mL 的三角 瓶内，同时以不加金属离子的无机盐培养液做对照。 然后分别添加苯酚溶液，使实验组和对照组培养基中 苯酚终浓度为 10 mmol/L。将活化洗涤后的菌悬液 (OD600 为0.975)以1%的接种量接种于各组培养基中， 在恒温摇床中 30℃，200 r/min培养 24 h，测定菌体浓 度和苯酚残余量。 菌体生长的测定：取培养的菌液 5 mL，用紫外分 光光度计在 600 nm处测定 OD 值。 苯酚含量测定：采用 4-氨基安替吡啉法[10]，用 紫 外分光光度计在 510 nm处测定 OD 值。 苯酚降解率计算：苯酚降解率(%) = (苯酚起始浓 度 – 苯酚残余浓度)/苯酚起始浓度 × 100%。 3. 结果与讨论 某些金属离子是微生物生长的必需元素，当处于 痕量水平时可促进微生物的生长，并且菌体会通过各 种生理代谢机制维持所需金属离子在体内的动态平 衡；但是当其含量超过一定浓度时，则会对微生物具 有刺激性、抑制性、毒性，甚至会导致菌体死亡[11,12]。 金属离子对微生物的抑制程度与金属离子的质量浓 度、离子存在的形式、离子种类等息息相关[13,14]。 3.1. 轻金属离子对苯酚降解菌 XH-10 生长和苯 酚降解的影响 3.1.1. Na+对XH-10 生长和苯酚降解的影响 钠是细胞外液中带正电的主要离子，能够参与水 的代谢，保证水的平衡，还可以维持酸和碱的平衡。 Copyright © 2012 Hanspub 32  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 由图 1可见，随 Na+浓度升高，XH-10 生长量整体呈 下降趋势，但Na+浓度低于 0.5 mmol/L时，Na+对菌 体生长有促进作用；Na+浓度高于 0.5 mmol/L时，菌 体生长量急剧下降，Na+表现为抑制作用。当 Na+浓度 低于 0.4 mmol/L时，随浓度升高，苯酚降解率大致不 变，Na+基本无抑制作用，降解率均高于98 .2%，且 在 0.2 mmol/L时最高；Na+浓度高于 0.4 mmol/L时，苯 酚降解率急剧降低，Na+抑制作用明显。实验表明， Na+对XH-10 的影响非常明显，最适宜 XH-10 生长和 苯酚降解的 Na+浓度范围为 0~0.4 mmol/L。 3.1.2. Mg2+对XH-10生长和苯酚降解的影响 镁几乎参与机体内所有的能量代谢，在糖酵解、 呼吸、氧化磷酸化等过程中起重要作用，是各种激酶、 柠檬酸裂合酶、异柠檬酸脱氢酶、碱(酸)性磷酸酶等 的辅助因子，是多种激酶的激活剂[15,16]。由图 2可 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.5 11.5 2 2.5 3 3.54 4.55 Concentration of Na+（mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradati on（%) b act eria gr ow t h m ass phenol degradation % Figure 1. Effect of Na+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图1. Na+对菌株XH-10生长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.511.52 2.533.544.55 Concentrati on of Mg 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradation（%） bacteria growth m ass phenol degradation Figure 2. Effect of Mg2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图2. Mg2+对菌株XH-10生 长和苯酚降解的影响 见，随 但 L 3.1.3. Al3+对XH-10生长和苯酚降解的影响 酶的活 性有抑制 l 几 3.1.4. K+对XH-10 生长和苯酚降解的影响 激酶有激 活作用， 酚降 Mg2+浓度升高，XH-10 生长量呈下降趋势， Mg2+浓度低于 0.8 mmol/L 时，Mg2+对XH-10 生长有 促进作用；Mg 2+浓度高于 0.8 mmol/时，菌体生长量 急剧减少，Mg2+表现为抑制作用。当 Mg2+浓度低于 1 mmol/L 时，随浓度升高，苯酚降解率大致不变，均 高于 97.4%，且在0.6 mmol/L时降解率最高，Mg2+ 抑制作用较小；Mg2+浓度高于 1 mmol/L时，降解率 急剧降低，Mg 2+抑制作用明显。实验表明，Mg2+对 XH-10 的影响非常明显，最适宜 XH-10 生长和苯酚降 解的 Mg2+浓度范围为 0~0.8 mmol/L。 铝对磷、锶、铁、钙等元素的吸收和蛋白 作用。由图 3可见，随 Al3+浓度升高，XH-10 生长量和苯酚降解率整体呈急剧下降趋势，Al3+对 XH-10 表现为抑制作用，即使 Al3+浓度为 0.1 mmo/L 时，苯酚降解率也仅为 15.6%；Al3+浓度高于 0.5 mmol/L 时，菌体生长量和苯酚降解率乎为 0。实 验 表明，Al3+对XH-10的影响极其显著，Al3+对XH-10 生长和苯酚降解有强烈的抑制作用。 K+对磷的传递、苹果酸的脱羧、丙酮酸 可加速糖酵解的进行，促进 ATP 的合成，但 高浓度 K+则抑制了丙酮酸激酶的活性，从而抑制 ATP 的合成[17,18]。由图 4可见，随浓度升高，XH-10生长 量和苯解率均呈下降趋势，但 K+浓度低于0.9 mmol/L 时，下降趋势较缓慢，K+对XH-10 抑制作用 较小；当 K+浓度为 0.9 mmol/L时，降解率仅为 66.9%； 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.1 0.20.3 0.40.5 0.6 0.7 0.80.91 C oncentration of Al3+（mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradation（%） bacteria growth mass phenol degradation Figure 3. Effect of Al3+ on the growth and phenol degradation of 图3. Al对菌株 降解的影响 the strain XH-10 3+ XH-10 生长和苯酚 Copyright © 2012 Hanspub 33  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0 0.5 1 1.522.53 3.5 4 4.5 5 Concentration of K + （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 Rate of phenol degradation（%） 100 bacteria growth mass phenol degradati on Figure 4. Effect of K+ on the growth and phenol degradation ohe 图4. K对菌株 酚降解的影响 K+浓度高于 0.9 mmol/L时，菌体生长量和苯酚降解率 3.1.5. Ca2+对XH-10生长和苯酚降解的影响 中具有 十分 抑 3.1.6. Ba2+对XH-10生长和苯酚降解的影响 变性， 破坏 l f t strain XH-10 +XH-10 生长和苯 急剧降低，K+抑制作用明显。实验表明，K+对XH-10 的影响非常明显，K+对XH-10 生长和苯酚降解具有非 常明显的抑制作用，但在较低的浓度范围内，XH-10 仍有一定的生长和苯酚降解潜力。 Ca2+在细胞的功能调节和细胞膜透性调节 重要的作用，增加 Ca2+浓度可以提高线粒体膜的 膜电位，使 ADP 磷酸化为 ATP，为细胞增殖提供能 量基础，从而促进菌株的生长[19]。Ca2＋是微生物重要 的阳离子，是蛋白酶的激活剂，在信号的传导方面有 着重要的生物意义。由图 5可见，当 Ca2+浓度低于 0.5 mmol/L 时，随浓度升高，XH-10 生长量呈上升趋势， Ca2+对XH-10 表现为促进作用；Ca2+浓度高于 0.5 mmol/L 时，菌体生长量急剧减少，Ca2+表现为抑制作 用。当 Ca2+浓度低于1 mmol/L时，随浓度升高，苯 酚降解率大致不变，均高于 97%，且 在0.4 mmol/L时 降解率最高；Ca2+浓度高于 1 mmol/L时，苯酚降解率 急剧降低，Ca2+ 制作用明显。实验表明，Ca2+对 XH-10 的影响非常明显，最适宜 XH-10 生长和苯酚降 解的 Ca2+浓度范围为 0.2~0.5 mmol/L。 离子态的钡是有剧毒的，可以导致蛋白质 生物体内各种酶，使一系列生理活动被破坏。由 图6可见，当 Ba2+浓度低于 0.1 mmol/L时，随浓度升 高，XH-10 生长量呈上升趋势，Ba2+对XH-10 表现为 促进作用；Ba2+浓度高于 0.1 mmo /L时，菌体生长 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 OD 600 0 20 40 60 80 Rate of phenol degradation（%） 100 bas sact eri a g ro w t h m 00.51 1.52 2.533.544.5 5 Concentration of Ca 2+ （mmol/L ) phenol degradation Figure 5. Effect of Ca2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图5. Ca2+对菌株XH-10生 长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 10 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1 Concentration of Ba 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 0 Rate of phenol degradation（%） b act eria gr ow t h m as s phenol degradation Figure 6. Effect of Ba2+ on the growth and phenol degradation of 急剧减少，Ba2+表现为抑制作用。随 Ba2+浓度升高， XH-10 生长和苯 3.2.1. Cr对XH-10 长和苯酚降解的影响 功能是 与其 the strain XH-10 图6. Ba2+对菌株XH-10生长和苯酚降解的影响 量 苯酚降解率整体呈下降趋势，Ba2+抑制作用明显， Ba2+浓度为 0.3 mmol/L 时，降解率仅为 55.2%；Ba2+ 浓度高于 0.7 mmol/L时，菌体生长量和苯酚降解率几 乎为 0。实验表明，Ba2+对XH-10 的影响非常明显， 最适宜 XH-10 生长和苯酚降解的 Ba2+浓度范围为 0~ 0.1 mmol/L。 3.2. 重金属离子对苯酚降解菌 酚降解的影响 2+ 生 所有铬的化合物都具有毒性[20]，铬的生理 它控制代谢的物质一起配合起作用，如激素、胰 岛素、各种酶类、细胞的基因物质(DNA 和RNA)等。 由图 7可见，随着Cr2+浓度升高，XH-10 生长量和 Copyright © 2012 Hanspub 34  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0.5 100 00.1 0.20.30.40.5 0.60.7 0.80.91 Concentration of C r 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 Rate of phenol degradation（%) b act eria gr ow t h m as s phenol degradation Figure 7. Effect of Cr2+ on the growth and phenol degradation of 酚降解率均呈急剧下降趋势，Cr2+对XH-10 表现为 3.2.2 . Mn对XH-10 生长和苯酚降解的影响 氨酸酶 等的 3.2.3 . Fe对XH-10 酚降解 还原反 应中 the strain XH-10 图7. Cr2+对菌株XH-10生长和苯酚降解的影响 苯 抑制作用；Cr2+浓度为 0.1 mmol/L时，降解率仅为 31%；Cr2+浓度高于 0.4 mmol/L时，菌体生长量和苯 酚降解率几乎为 0。实验表明，Cr2+对XH-10 的影响 极其显著，Cr2+对XH-10 生长和苯酚降解具有强烈的 抑制作用。 2+ Mn2+超氧化物歧化酶、丙酮酸羧化酶、精 辅助因子，是腺嘌呤核苷酸酶和一些水解酶的激 活剂。Mn2+对微生物生长作用在低浓度时存在促进作 用，过量的 Mn2+可使细胞膜脂多糖和脂蛋白构相发生 改变，从而导致细胞膜功能不正常[21]。由图 8可见， 当Mn2+浓度低于 0.6 mmol/L时，随浓度升高，XH-10 生长量呈上升趋势，Mn2+对XH-10 表现为促进作用； Mn2+浓度高于 0.6 mmol/L，菌体生长量急剧减少， Mn2+表现为抑制作用。当 Mn2+浓度低于0.5 mmol/L 时，随浓度升高，苯酚降解率变化较小，均高于 97%， 且在 0.5 mmol/L时降解率最高；Mn2+浓度高于 0.6 mmol/L 时，降解率急剧降低，抑制作用明显。实验 表明，Mn 2+对XH-10 的影响非常明显，最适宜 XH-10 生长和苯酚降解的 Mn2+浓度范围为 0.3~0.5 mmol/L。 3+ 生长和苯 的影响 铁是细胞色素和铁氧化还原蛋白的氧化 必不可少的电子载体，在电子传递体系中起至关 重要的作用[18]。微生物对 Fe3+的需求是微量的，Fe3+ 浓度高于需求量会引起抑制或毒害作用[22]。由图 9 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 100 00 .511.522.533.544.55 Con cen trat ion of M n 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 R ate of phenol degradati on（%） b act er i a g r o wth mas s phenol degradation Figure 8. Effect of Mn2+ on the growth and phenol degra- dation of the strain XH-10 图8. Mn2+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.511.522.533.544.55 Concentration of F e 3+ （mmol/L ) OD 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradation（%） bact eria growth m ass phenol degradati on Figure 9. Effect of Fe3+ on the growth and phenol degradation 见，随Fe 浓度升高，XH-10 生长量整体呈下降趋 3.2. 对XH-10生 酚降解的影响 红细胞 生成 of the strain XH-10 图9. Fe3+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 可3+ 势，Fe3+对XH-10 表现为抑制作用。当 Fe3+浓度低于 0.6 mmol/L时，随浓度升高，苯酚降解率大致不变， Fe3+抑制作用很小，降解率均高于 99%；Fe3+浓度高 于0.6 mmol/L，苯酚降解率急剧减少，Fe3+抑制作用 明显。实验表明，Fe3+对XH-10 生长具有显著的抑制 作用；Fe3+对XH-10的苯酚降解影响非常明显，最适 宜XH-10 苯酚降解的 Fe3+浓度范围为 0~0.6 mmol/L。 4. Co2+ 长和苯 钴是维生素 B12 组成部分，无机钴对刺激 有重要的作用。某些蛋白质的酶容易受 Co2+影响 而变性。由图 10 可见，随 Co2+浓度升高，XH-10生 Copyright © 2012 Hanspub 35  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 100 ） 00.1 0.20.3 0.4 0.50.6 0.70.8 0.91 C oncentration of C o 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 Rate of phenol degradation（% b act eri a g ro wt h m as s p hen o l d eg radati o n Figure 10. Effect of Co2+ on the growth and phenol degradation of 长量和苯酚降解率均呈急剧下降趋势，Co2+对XH-10 3.2.5. Ni对XH-10 生长和苯酚降解的影响 剂[23] 3.2.6. Cu2+对XH-10生长和苯酚降解的影响 2+过量时 也会 the strain XH-10 图10. Co2+对XH-10 生长和苯酚降解的影响 抑制作用明显；Co2+浓度为 0.1 mmol/L时，苯酚降解 率仅为 7.4%；Co2+浓度高于 0.3 mmol/L时，菌体生长 量和苯酚降解率几乎为0。实验表明，Co2+对XH-10 的影响及其显著，Co2+对XH-10 生长和苯酚降解具有 强烈的抑制作用。 2+ 镍存在于辅酶 F436之中，是某些水解酶的激活 。某些蛋白质的酶容易受 Ni2+影响而变性。由图 11 可知，随着 Ni2+浓度升高，XH-10 生长量和苯酚降 解率均呈急剧下降趋势，Ni2+对XH-10 抑制作用明显； Ni2+浓度为 0.1 mmol/L时，苯酚降解率仅为 6.1%； Ni2+浓度高于 0.5 mmol/L时，菌体生长量和苯酚降解 率几乎为 0。实验表明，Ni2+对XH-10的影响极其显 著，Ni2+对XH-10 生长和苯酚降解具有强烈的抑制作 用。 Cu2+是多种生物过程的基本辅酶，当 Cu 产生活性氧化物，与生物大分子(如蛋白质) 结 合，破坏该大分子的正常生理功能[24,25]。由图 12 可见， 随着 Cu2+浓度升高，XH-10生长量和苯酚降解率均呈 急剧下降趋势，Cu2+对XH-10 抑制作用明显；Cu2+浓 度为 0.1 mmol/L时，降解率仅为 6.4%；Cu 2+浓度高于 0.4 mmol/L时，菌体生长量和苯酚降解率几乎为 0。 实验表明，Cu2+对XH-10 的影响极其显著，Cu2+对 XH-10 生长和苯酚降解具有强烈的抑制作用。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 100 00.10.2 0.3 0.40.5 0.60.7 0.80.91 Concentration of Ni 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 R ate of phenol degradat ion（%) b act eria g ro wth mas s phenol degradation Figure 11. Effect of Ni2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图11. Ni2+对菌株 XH-10生 长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 C oncentration of C u 2+ （mmol/L) OD 600 0 20 40 60 80 100 R ate of phenol degradation（%） b act eri a g r ow t h mas s phenol degradation Figure 12. Effect of Cu2+ on the growth and phenol degradation of 3.2.7. ZH 歧化酶、 碳酸 3.2. -1 生长和苯酚降解的影响 钼是不可缺少的一种微量元素，少量的钼有利于 the strain XH-10 图12. Cu2+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 n2+对X-10生长和苯酚降解的影响 锌是各种金属蛋白酶、Cu (Zn)-超氧化物 酶、醇脱氢酶等的辅助因子，广泛存在于一系列 涉及糖、蛋白质和核酸代谢中的水解酶中。由图 13 可见，当 Zn 2+浓度低于 0.1 mmol/L时，随着浓度升高， XH-10 生长量呈上升趋势，Zn2+对XH-10 表现为促进 作用；Zn 2+浓度高于 0.1 mmol/L时，菌体生长量急剧 减少，Zn2+对XH-10 表现为抑制作用。当 Zn2+浓度低 于0.1 mmol/L时，苯酚降解率大致不变，达 99%以上； Zn2+高于 0.1 mmol/L时，苯酚降解率急剧降低，Zn2+ 抑制作用明显。实验表明，Zn2+对XH-10 的影响非常 明显，最适宜 XH-10 生长和苯酚降解的 Zn2+浓度范围 为0~0.1 mmol/L。 8. Mo2+对XH 0 Copyright © 2012 Hanspub 36  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 80 %） 0.51 00.511.522.533.544.55 C o n cen t rati o n o f Z n 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 00 Rate of phenol degradation（ bacteria growth mass phenol degradatio n Figure 13. Effect of Zn2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图13. Zn2+对菌株 XH-10 生长和苯酚降解的影响 微生物的 、嘌 类以及亚硫酸盐的氧化中是不可或缺的[26]。由图 14 Ag对XH-1 的影响 银在水中能分 ，这种银离子 酶失去作 用， 锡可以促进蛋白质和核 合成，有利于生长发 应，能 够增 。硝酸根活性和生长 钼在的还原和醛类 呤 可见，当Mo2+浓度低于 0.1 mmol/L时，随浓度升高， XH-10 生长量呈上升趋势，Mo2+对XH-10 表现为促进 作用；Mo2+浓度高于 0.1 mmol/L时，菌体生长量急剧 减少，Mo2+对XH-10 表现为抑制作用。当 Mo2+浓度 低于 0.2 mmol/L时，苯酚降解率变化较小，均达 98.7% 以上；Mo2+浓度高于 0.2 mmol/L时，苯酚降解率急剧 降低，Mo2+抑制作用明显。实验表明，Mo2+对XH-10 的影响非常明显，最适宜 XH-10 生长和苯酚降解的 Mo2+浓度范围为 0~0.1 mmol/L。 3.2.9. +0生长和苯酚降解 解出极微量的银离子 能吸附水中的微生物，使微生物赖以呼吸的 从而杀死微生物。由图 15 可见，随着 Ag+浓度升 高，XH-10 生长量和苯酚降解率都呈急剧下降趋势， Ag+对XH-10 抑制作用明显；Ag+浓度为 0.1 mmol/L 时，降解率仅为 4.2%；Ag+浓度高于 0.4 mmol/L时， 菌体生长量和苯酚降解率几乎为 0。实验表明，Ag+ 对XH-10 的影响极其显著，Ag+对XH-10 生长和苯酚 降解具有强烈的抑制作用。 3.2.10. Sn2+对XH-10 生长和苯酚降解的影响 酸的 育，并且组成多种酶以及参与黄素酶的生物反 强体内环境的稳定性等。但是有机锡的毒性非常 高，尤其锡的三烃基化合物可以摧毁含硫的蛋白质。 由图 16 可见，随着 Sn2+浓度升高，XH-10 生长量和 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 80 100 （%） 00 .511.522.533.544.55 C o n cen t r at i o n o f M o 2+（mmol/L） OD 600 0 20 40 60 Rate of phenol degradation b act eria gro w t h m as s phenol gradati on Figure 14. Effect of Mo2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图14. Mo2+对菌株 XH-10 生长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.1 0.20.3 0.40.5 0.60.70.80.91 C o n cen trat ion o f A g + （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 100 R ate of phenol degradati on（%） b act er i a g ro w t h mass phenol degrad atio n Figure 15. Effect of Ag+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图15. Ag +对菌株 XH-10生 长和苯酚降解的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1 Concentration of S n 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradation（%) bacteria growth m ass phenol degradation Figure 16. Effect of Sn2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图16. Sn2+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 苯酚降解 下降XH-10 抑制作用明 ；Sn2+浓度为 0.2 mmol/L时，苯酚降解率为 50.8%； 趋势，Sn2+对 率均呈 显 Sn2+浓度高于 0.5 mmol/L时，菌体生长量和苯酚降解 Copyright © 2012 Hanspub 37  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 率几乎为 0。实验表明，Sn2+对XH-10 的影响非常明 显，Sn2+对菌体生长和苯酚降解具有一定的抑制作用， 但在较低的浓度范围内，XH-10 仍有一定的生长和苯 酚降解潜力。 2+ XH 和苯酚 与巯 3.2.11. Hg对-10生长 降解的影响 汞离子易 基结合，使与巯基有关的细胞色素 性，汞 还与 3.2.12. PbXH-酚降解的影响 Pb 是一种对大多微生物具有强烈抑制作用的重 酸和可 溶性 氧化酶、丙酮酸激酶、琥珀酸脱氢酶等失去活 氨基、羧基、磷酰基结合而影响功能基团的活性。 由图 17 可见，随 Hg2+浓度升高，XH-10 生长量和苯 酚降解率均呈急剧下降趋势，Hg2+对XH-10 抑制作用 明显；Hg2+浓度为 0.1 mmol/L时，苯酚降解率仅为 12%；Hg2+浓度高于 0.8 mmol/L时，菌体生长量和苯 酚降解率几乎为 0。实验表明，Hg2+对XH-10 的影响 极其显著，Hg2+对XH-10 生长和苯酚降解有强烈的抑 制作用。 2+对10生长和苯 2+ 金属离子，细胞内的多种内含物如蛋白质、核 糖等在绝大多数处理中都随着 Pb2+浓度的升高而 降低[27]。由图 18 可见，随 Pb2+浓度升高，XH-10 生 长量和苯酚降解率均呈急剧下降趋势，Pb2+对XH-10 抑制作用明显；Pb2+浓度为 0.1 mmol/L时，苯酚降解 率仅为 72.9%；Pb2+浓度高于 0.5 mmol/L时，菌体生 长量和苯酚降解率几乎为 0。实验表明，Pb2+对XH-10 的影响非常明显，Pb2+对XH-10 生长和苯酚降解具有 一定的抑制作用，但在较低的浓度范围内，XH-10 仍 有一定的生长和苯酚降解潜力。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1 Con cen t rati o n o f H g 2+ （mmol/L） 0D 600 0 20 40 60 80 100 Rate of phenol degradation(%) b act eria gro w t h mass phenol degdation Figure 17. Effect of Hg2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图17. Hg2+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 ra 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0.5 100 00.1 0.20.3 0.4 0.5 0.6 0.70.8 0.91 Concentration of P b 2+ （mmol/L） OD 600 0 20 40 60 80 R ate of phenol degradat ion（%） bacteria growth mass phenol degradation Figure 18. Effect of Pb2+ on the growth and phenol degradation of the strain XH-10 图18. Pb2+对菌株XH-10 生长和苯酚降解的影响 4. 结论 XH-10属于粘质沙雷氏菌属(Serratia marcescens)，其生长和降解苯酚的最适温度为 20℃~ 35℃ 。 低浓 作用 解菌 XH-10 的生长有促进作用。 小。 到四川省教育厅和南充市科技局提供的 项目资助，西华师范大学微生物学实验员蒲世华和研 究生 菌株 ，最适 pH 值为 6.0~9.0，24 h内对 10 mmol/L的 苯酚降解率可达 99.29%，在含有 20 mmol/L苯酚的无 机盐培养基中该菌也能生长。通过不同金属离子对菌 株XH-10 的生长和苯酚降解影响的研究发现： 1) Al3+、Co2+、Cu2+、Hg2+、Ni2+、Ag+对苯酚降 解菌 XH-10 的生长和苯酚降解有强烈的抑制作用 2) K+、Zn2+、Cr2+、Mo2+、Pb2+、Sn2+对苯酚降解 菌XH-10 的生长和苯酚降解有一定的抑制作用，但在 度时，XH-10 有一定的生长和苯酚降解潜力。 3) Ca2+、Mg2+、Na+、Mn2+在较低浓度时对苯酚 降解菌 XH-10 的生长有促进作用，对苯酚降解的抑制 较小；在高浓度时对菌体生长和苯酚降解的抑制 作用明显。 4) Ba2+对苯酚降解的抑制作用明显；而在较低浓 度时对苯酚降 5) Fe3+对菌体生长的抑制作用明显；而在较低浓 度时对苯酚降解菌 XH-10的苯酚降解抑制作用较 5. 致谢 本文得 刘亮同学为本文实验提供了很多帮助，在此一并 感谢。 Copyright © 2012 Hanspub 38  不同金属离子对苯酚降解菌 XH-10 的生长和苯酚降解的影响 Copyright © 2012 Hanspub 39 诚, 唐莉丽, 武波. 琼氏不动杆菌菌株 GXP04 的苯酚降 解特性[J]. 广西农业生物科学, 2003, 22(4): 293-296, 306. [2] 杨广花, 蔡志强, 赵希岳, 项静英, 朱孝霖, 李亮. 耐冷苯酚 特性[J]. 安徽农业科学, 2009, t degrades phenol nology, 1996, 46(5-6): 593-596. Re 000, 275(41): 32310-32316. Applied and Environmental Microbiology, 1999, 6 32(5): 1355-1362. 38(2): 353- 兰昌 范必. 金属离子在生命过程中的作用 酵母合成 ATP 的 eijing: 的危害及饮水安全[J]. 离子对 Bacill Speece, J. H. Sherrand. Nickel stimulation of anaerobic se in . Mn2+、6+ 2+ 参考文献 (References) [1] 吴培 降解菌 Phe311 的分离和降解 37(19): 8869-8870. [3] 岳黎, 唐赟, 杨艳, 宋嫣, 谭洪, 王晓玉. 石油污染土壤中高 效苯酚降解菌的分离鉴定及特性研究[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(20): 12295-12300. [4] 雯航, 高勇伟, 田景环. 我国土壤污染概况及危害性[J]. 河 南科技, 2008, 5: 7. R. E. 斯皮思. 李[5] 亚新, 译. 工业废水的厌氧生物处理[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2001. [6] 沈同, 王镜岩. 生物化学(上册)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1990. [7] J. 莎姆布鲁克, D﹒W﹒拉塞尔. 黄培堂等, 译. 分子克隆 实 (第三版 [M].验指南 ) 北京: 科学出版社, 2002: 1595. [8] A. Mutzel, U. M. Reinscheid, G. Antranikian, et al. Isolation and characterization of a thermophilic bacillus strain tha and cresols as sole carbon sour ce at 70˚C . A p p l i e d Microbiology and Biotech [9] W. E. Balch, G. Fox, L. J. Margrum, et al. Methanogens: Reevaluation of a unique biological group. Microbiology vie ws, digestion. WaRes, 1983, 17(6): 677-683. [24] C. A. Perry. Role of a Candida albicans P12Type AT Pa 1979, 43(2): 260-296. [10] 国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监 测分析方法(第四版)[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2002: 294-295. [11] G. Claudia, K. Mark. Identification of the copper regulon in saccharomyces cerevisiae by DNA microarrays. The Journal Biological Chemistry, 2 [12] Z. Q. Hao, S. L. Chen. Cloning, expression and characterization of cadmium and manganese uptake genes from lactobacillus plantarum. 5(11): [27] 张建民, 王转斌. 重金属离子对酵母影响的研究[J]. 微生物 学通报, 1999, 26(1): 18-20. 4746-4752. [13] A. Cabrero, S. Fernandez, F. Mirada, et al. Effects of copper and zinc on the activated sludge bacteria growth kinetics. Water Re- search, 1998, [14] Y. M. Lin, X. F. Yang and Y. Liu. Kinetic responses of activated sludge microorganisms to individual and joint copper and zinc. Journal of Environmental Science and Health, 2003, 360. [15] 孟雪征, 赖震宏, 龙腾锐. 金属离子对好氧活性污泥活性的 影响[J]. 安全与环境学报, 2004, 6: 43-45. 周崇松[16] , 云, 威等 机制[J]. 广州化学, 2005, 30(1): 58-63. 廖鲜艳, 王蓓, 堵国成等. 金属离子对面包[17] 影响机制初探[J]. 过程工程学报, 2005, 5(4): 420-424. 寇明旭, 刘全阳. 金属离子对活性污泥[18] 微生物影响研究进展 [J]. 山西建筑, 2007, 2, 33(5): 176-177. P. Yang, F. Gao. Principles of biological abiochemistry. B[19] Higher Education Press, 2000, 8: 9-12. [20] 朱贤英. 论有毒重金属污染对人体健康 湖北教育学院学报, 2006, 23(2): 72-74. 刘国生, 李学梅, 李用芳等. 六种金属[21] us subtilis 肌苷产率的影响[J]. 中国医药工业杂志, 2003, 34(8): 385- 387. [22] 王秀蘅, 任南琪, 王爱杰等. 铁锰离子对硝化反应的影响效 应研究[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2003, 35(1): 122-125. [23] R. E. resistance to copper and silver ion toxicity. Journal of Bacteri- ology, 2000, 182(17): 4899-4905. [25] 叶锦韶, 尹华, 彭辉. 微生物抗重金属毒性研究进展[J]. 环 境污染治理技术与设备, 2002, 3(4): 1-4. 曹相生, 龙腾锐, 孟雪征, 赖震宏[26] Mo和Zn 对活性 污泥内胞外聚合物组分的影响[J]. 环境科学, 2004, 25(4): 70- 73. |