閆建芳,劉　秋,趙柏霞,于基成，齊小輝

(1.大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116605；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，

遼寧 沈陽(yáng) 110161；3.大連市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 大連 116036)

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龜裂鏈霉菌GQ-17對(duì)Pb2+吸附性的初步研究

閆建芳1, 2,劉秋1,趙柏霞3,于基成1，齊小輝1

(1.大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116605；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，

遼寧 沈陽(yáng) 110161；3.大連市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 大連 116036)

摘要：采用原子吸收分光光度法研究龜裂鏈霉菌GQ-17(Streptomyces rimosus GQ-17)菌體對(duì)重金屬Pb2+的吸附能力，并優(yōu)化最佳吸附條件，初步探討了Pb2+對(duì)抑菌活性的影響。結(jié)果表明，菌株GQ-17在48 ℃、pH為10.0、初始Pb2+質(zhì)量濃度為7 000 mg·L-1的條件下處理60 min對(duì)Pb2+吸附量最大。此外，在GQ-17發(fā)酵初期加入Pb2+質(zhì)量濃度為700 mg·L-1時(shí)發(fā)酵液對(duì)黃瓜枯萎病菌的抑制活性有所增大。GQ-17的菌體具有重金屬離子吸附潛力，并且少量Pb2+的存在能刺激抑菌活性物質(zhì)的產(chǎn)生。這為研發(fā)新型生物吸附劑和提高活性物質(zhì)產(chǎn)量提供了新資源。

關(guān)鍵詞：龜裂鏈霉菌；生物吸附；污水處理；鉛離子

工業(yè)廢水中的重金屬污染物是對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大危害的污染源之一。多年來(lái)，多種重金屬離子的污染物排放事故已給人類(lèi)健康及生態(tài)平衡造成巨大的危害[1]。如何有效地處理污染物、回收重金屬是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中一個(gè)亟待解決的難題。近年來(lái)，生物吸附法因其具有原材料來(lái)源豐富、成本低、易操作、無(wú)二次污染的特點(diǎn)而成為處理含有重金屬工業(yè)排放物、廢渣的重要手段[2-4]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，龜裂鏈霉菌是土霉素和龜裂殺菌素的產(chǎn)生菌，對(duì)常見(jiàn)植物病原真菌有較強(qiáng)的抑制作用[5]，并且對(duì)重金屬離子具有一定的吸附作用[6-7]。但是，該菌株吸附重金屬離子后抑菌活性變化的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究對(duì)分離得到的一株龜裂鏈霉GQ-17進(jìn)行了Pb2+吸附特性研究，初步分析了溫度、pH、離子質(zhì)量濃度等因素對(duì)其吸附能力的影響，同時(shí)研究了Pb2+對(duì)該菌抗菌活性物質(zhì)產(chǎn)生的影響，這為GQ-17菌株在重金屬污水處理方面的應(yīng)用研究提供了理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　材料

1.1.1菌株：龜裂鏈霉菌GQ-17(StreptomycesrimosusGQ-17)(本研究室保存)；黃瓜枯萎病菌尖鐮孢菌黃瓜專(zhuān)化型(Fusariumoxysporumf.sp.cucumerinumOwen)為實(shí)驗(yàn)室分離自發(fā)病黃瓜植株，并經(jīng)致病性測(cè)定獲得。

1.1.2培養(yǎng)基：馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)液(PD)。

1.2　儀器及試劑

Z-2000原子吸收分光光度計(jì)(日本，日立)；PHB-4型酸度計(jì)(上海，雷磁)；MLS-3020高壓滅菌器(日本，SANYON)；HWY111型恒溫?fù)u床(上海，智誠(chéng))。0.1 mg·mL-1的鉛國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)于國(guó)家化學(xué)試劑質(zhì)檢中心；其他試劑均為分析純。

1.3　方法

1.3.1Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確移取5 mL質(zhì)量濃度為0.1 mg·mL-1的鉛國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液于45 mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度為10 mg·L-1的溶液，再?gòu)呐渲坪玫娜芤褐蟹謩e吸取1，3，5，7 mL于10 mL容量瓶中，加去離子水定容，其Pb2+質(zhì)量濃度分別為1，3，5，7 mg·L-1，經(jīng)原子吸收分光光度法測(cè)定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2菌體對(duì)Pb2+吸附量的測(cè)定

菌體對(duì)重金屬離子吸附量的計(jì)算式為

M= (C0-C1) ×V/(1 000×m)，

式中，M為菌體的吸附量(mg·g-1)，C0為原始離子質(zhì)量濃度(mg·L-1)，C1為吸附后離子質(zhì)量濃度(mg·L-1)，V為吸附溶液總體積(mL)，m為菌體質(zhì)量(g)。

1.3.3GQ-17菌體的制備

在裝有100 mL PD培養(yǎng)液的250 mL三角瓶中接種1 g菌體，于28 ℃、150 r·min-1搖床振蕩培養(yǎng)3 d后，8 000 r·min-1離心后棄上清，用無(wú)菌去離子水反復(fù)洗滌菌體3次并離心去上清。

1.3.4GQ-17最佳吸附時(shí)間的測(cè)定

在含有100 mg Pb2+的100 mL溶液的250 mL三角瓶中，接種1 g菌體于28 ℃、150 r·min-1下振蕩培養(yǎng)5 h，每0.5 h取樣一次，測(cè)定溶液中Pb2+的質(zhì)量濃度。

1.3.5GQ-17吸附Pb2+最適溫度的測(cè)定

同1.3.4，各溶液分別置于8 ℃、18 ℃、28 ℃、38 ℃、48 ℃下，150 r·min-1振蕩培養(yǎng)，1 h后分別測(cè)定溶液中Pb2+的質(zhì)量濃度。

1.3.6GQ-17吸附Pb2+最適pH值的測(cè)定

于250 mL三角瓶中，分別配制不同pH值(2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13)的Pb2+質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1的Pb(NO3)2溶液100 mL，接種1 g菌體于28 ℃、150 r·min-1振蕩培養(yǎng)1 h，分別測(cè)定溶液中Pb2+質(zhì)量濃度。

1.3.7GQ-17吸附Pb2+最適初始質(zhì)量濃度測(cè)定

在含有100 mL Pb2+終質(zhì)量濃度分別為1 000，3 000，5 000，7 000，9 000 mg·L-1溶液的250 mL三角瓶中加入1 g菌體，在28 ℃、150 r·min-1條件下培養(yǎng)1 h，測(cè)定菌株對(duì)Pb2+的吸附能力。

1.3.8GQ-17吸附Pb2+后抑菌活性的改變

在裝有1 g菌體的100 mL PD發(fā)酵液中分別加入Pb(NO3)2，使Pb2+終質(zhì)量濃度分別為100，300，500，700，1 000 mg·L-1，在28 ℃、150 r·min-1條件下培養(yǎng)3 d，離心后取上清100 μL，測(cè)定對(duì)黃瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporum)的抑菌活性。以無(wú)菌PD發(fā)酵液及Pb2+終質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1的無(wú)菌水溶液為對(duì)照。

2結(jié)果與討論

2.1　GQ-17吸附Pb2+的最佳時(shí)間

GQ-17菌體對(duì)Pb2+的吸附量受吸附時(shí)間的影響很大，在一定范圍內(nèi)，隨著吸附時(shí)間的推移，溶液中Pb2+質(zhì)量濃度逐漸降低，而后趨于穩(wěn)定，如圖1。當(dāng)吸附時(shí)間在60 min時(shí)，溶液中離子質(zhì)量濃度降到最低，為266.30 mg·L-1，菌體吸附量為73.37 mg·g-1。

圖1　Pb2+的質(zhì)量濃度及菌體吸附量隨吸附時(shí)間變化曲線

2.2　GQ-17吸附Pb2+的最佳溫度

GQ-17在不同溫度下吸附Pb2+60 min后，測(cè)定其對(duì)Pb2+吸附情況，如圖2。溫度對(duì)GQ-17吸附Pb2+能力影響較大，隨溫度升高吸附率趨于穩(wěn)定，在48 ℃時(shí)吸附率達(dá)最大值，為75 %，吸附量為75.12 mg·g-1。曲線在GQ-17正常生長(zhǎng)溫度28 ℃出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明在28 ℃條件下吸附能力也比較高，且與48 ℃時(shí)吸附量相差不大。

圖2　GQ-17在不同溫度下的吸附能力測(cè)定結(jié)果

2.3　GQ-17吸附Pb2+的最佳pH值

分別測(cè)定GQ-17在不同pH值溶液中吸附60 min后溶液中Pb2+質(zhì)量濃度，如圖3。在弱堿性條件下菌體對(duì)Pb2+具有較大吸收，最適pH值為10.0，最大吸附量可達(dá)89.01 mg·g-1。在pH≤7.0條件下，GQ-17菌體對(duì)Pb2+的吸附量較小，這可能是表面絡(luò)合過(guò)程中大量H+與Pb2+競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞表面的活性官能團(tuán)而使Pb2+又回到溶液導(dǎo)致的[8]；另外可能由于堿性條件改變了菌絲聚集的強(qiáng)度，使菌絲球變得松散并改變了細(xì)胞壁上的成分及微孔結(jié)構(gòu)，使其暴露了更多的活性位點(diǎn)，從而提高了它的吸附能力，具體吸附情況及化學(xué)反應(yīng)還有待于進(jìn)一步研究。

圖3　GQ-17在不同pH值下對(duì)Pb2+的吸附結(jié)果

2.4　GQ-17吸附Pb2+的最佳初始質(zhì)量濃度

在初始Pb2+質(zhì)量濃度不同情況下，等量菌體吸附能力隨初始Pb2+質(zhì)量濃度的增大而增高，但在達(dá)7 000 mg·L-1時(shí)吸附量開(kāi)始降低，如圖4。此時(shí)GQ-17對(duì)Pb2+具有最大吸附能力，吸附量可達(dá)353.5 mg·g-1。

圖4　GQ-17不同初始質(zhì)量濃度下對(duì)Pb2+的吸附結(jié)果

較高的Pb2+初始質(zhì)量濃度能促進(jìn)GQ-17的吸附能力，這可能是由于正電荷離子與細(xì)胞壁上負(fù)性基團(tuán)如羧基、羥基、巰基等結(jié)合力不同而造成的，其機(jī)理與靜電引力及離子或水合離子的半徑有關(guān)。

2.5　GQ-17吸附Pb2+后對(duì)抑菌活性的影響

在GQ-17的PD培養(yǎng)液中加入不同質(zhì)量濃度的Pb2+進(jìn)行菌體吸附及培養(yǎng)后，取上清液測(cè)定其對(duì)Fusariumoxysporumf.sp.cucumerinum的抑菌活性，如圖5。

圖5　GQ-17菌體吸附Pb2+后抑菌活性測(cè)定結(jié)果

注：CK1表示原始發(fā)酵液；CK2表示1 000 mg·L-1Pb2+去離子水溶液。

GQ-17在Pb2+質(zhì)量濃度為100~700 mg·L-1的培養(yǎng)液中吸附后，抑菌圈直徑逐漸增大，最大值為30 mm，超過(guò)原始發(fā)酵液，這說(shuō)明在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)Pb2+促進(jìn)了GQ-17的拮抗活性，參與了GQ-17菌體的活性物質(zhì)代謝。在適當(dāng)質(zhì)量濃度下可以起到促進(jìn)作用而過(guò)高就會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用。由此推斷，雖然在7 000 mg·L-1下具有較大吸附量，但該具體吸附機(jī)制并不是利用而是吸附。

3結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)一株龜裂鏈霉菌GQ-17吸附Pb2+的能力及最適條件進(jìn)行了初步研究，結(jié)果明確了GQ-17菌體對(duì)Pb2+吸附的最適條件：最適吸附時(shí)間為60 min；最適吸附溫度為28 ℃；最適吸附pH值為10.0；Pb2+初始質(zhì)量濃度7 000 mg·L-1時(shí)菌體具有最大吸附量，可達(dá)到353.5 mg·g-1。進(jìn)一步對(duì)吸附機(jī)制及Pb2+離子刺激活性產(chǎn)物代謝進(jìn)行深入研究，則有望在微生物菌體的生物吸附劑開(kāi)發(fā)和代謝產(chǎn)物產(chǎn)量提高方面提供重要指導(dǎo)作用。

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(責(zé)任編輯鄒永紅)

Preliminary Study on Adsorption Adility of

StreptomycesrimosusGQ-17 to Pb2+

YAN Jian-fang1,2, LIU Qiu1, ZHAO Bai-xia3, YU Ji-cheng1， QI Xiao-hui1

(1.College of Life Science, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China;

2.College of Plant Protection, Shenyang Agricultural University, Shenyang Liaoning 110161, China;

3.Dalian Academy of Agriculture Sciences, Dalian Liaoning 116036, China)

Abstract:The adsorption capacity of Streptomyces rimosus GQ-17 to lead ion Pb2+was studied and the optimum adsorbing parameters were screened by atomic absorption spectrophotometry, and the effect of antimicrobial activity with lead ions was determined by Oxford cup method in this paper. The results showed the strain GQ-17 has the highest adsorption capacity when initial pH was 10.0, ion concentration was 7000 mg·L-1, optimum temperature was 48 ℃, adsorption time was 60 min. Meanwhile, it’s inhibitory activities on Fusarium oxysporium was improved with ion concentration 700 mg·L-1. GQ-17 mycellium had adsorption potential to heavy metal ions and a small amount of Pb2+stimulated the production of antimicrobial active substances. These findings provided a new way for development of new biosorbent and enhancement of the active substances.

Key words:Streptomyces rimosus; biosorption; wastewater treatment; lead ion

中圖分類(lèi)號(hào)：O647.32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-1383(2016)01-0019-04

通訊作者：劉秋(1969-)，女，遼寧大連人,教授，博士，主要從事微生物資源開(kāi)發(fā)利用， E-mail: liuqiutougao@sina.com。

作者簡(jiǎn)介：閆建芳(1980-)，男，山西壽陽(yáng)人，工程師，主要從事放線菌資源研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué) (31070005，21276047，31270057)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(DC13010309，DC12010103，DC201502020403)。

收稿日期：2014-10-15；最后修回日期：2015-02-22