田曼麗 王 杰

（重慶交通職業(yè)學(xué)院路橋與建筑學(xué)院，重慶402247）

材料在使用過程中，受外界環(huán)境因素（如風(fēng)化、變形、荷載、侵蝕等）的影響容易產(chǎn)生開裂，裂縫的產(chǎn)生將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的滲透性能，使得外界侵蝕性離子更易進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性大幅度降低，減少其服役壽命。利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積填充材料裂隙的方法是一種新型的裂縫修復(fù)技術(shù)[1，2]。這種裂縫修復(fù)技術(shù)是指在特定的環(huán)境以及營養(yǎng)條件刺激下，通過微生物新陳代謝產(chǎn)生的酶將底物分解產(chǎn)生碳酸根離子，與提供的鈣離子結(jié)合生成具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的碳酸鈣，從而將裂縫填充，以達(dá)到裂縫修復(fù)的效果。

本文旨在研究微生物在不同條件下的生長特性，確定合適的培養(yǎng)條件，為研究微生物對裂縫材料填充研究奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)測試和研究現(xiàn)狀選擇微生物為球形芽孢桿菌。

1.2 試驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)備

將菌種保存在安瓿瓶中的干粉。首先要將其開管、恢復(fù)培養(yǎng)，然后在一定時間計(jì)數(shù)后保藏，以備后續(xù)使用。

1.3 計(jì)數(shù)

采用全自動菌落計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)備型號為QXC-30。

1.4 觀測形態(tài)

采用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀測細(xì)菌在不同階段的生長形態(tài)，設(shè)備型號為EM-30AX。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 細(xì)菌生長曲線的測定

本文根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)取樣測試其離子含量，模擬配制兩種現(xiàn)場水質(zhì)，選擇A、B 兩種典型水質(zhì)條件，以蒸餾水（下文以O(shè) 表示）為基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)對象，研究細(xì)菌的生長曲線變化。其A 和B 液離子含量檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 A 和B 液中各離子含量

培養(yǎng)基編號分別為：O1，O2，A1，A2，B1，B2；其中1 表示采用100ml 的培養(yǎng)基，2 表示的是采用50ml 的培養(yǎng)基，用以研究初始培養(yǎng)基量(裝液量)對細(xì)菌生長的影響。將培養(yǎng)的菌懸液分裝至各培養(yǎng)瓶中，使原始濃度均為1.20×107個/ml。用蒸餾水配置該細(xì)菌生長所需的100ml 培養(yǎng)基，其生長曲線如圖1 所示。從圖中可以看出，該細(xì)菌在前6 小時內(nèi)增長速率較為緩慢，即為延遲期。細(xì)菌繁殖數(shù)量少，代謝活躍，為后期細(xì)菌增長繁殖儲備酶、能量以及中間產(chǎn)物等[3]。6 小時之后增長速率加快，到達(dá)對數(shù)增長期。細(xì)菌以穩(wěn)定的幾何級數(shù)極快增長，持續(xù)4 小時左右。這階段的細(xì)菌形態(tài)、染色、生物活性都很典型，是研究細(xì)菌性狀的最佳階段。在10 小時左右活菌數(shù)量達(dá)到最高，約為1.72×108個/ml，隨后在這個數(shù)量值上下波動，即為進(jìn)入穩(wěn)定期。該期的生長菌群總數(shù)處于平坦階段，但細(xì)菌群體活力變化較大。由于培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)消耗，毒性產(chǎn)物（有機(jī)酸、H2O2等）積累、pH 下降等不利因素的影響，細(xì)菌繁殖速度漸趨下降，相對細(xì)菌死亡數(shù)開始逐漸增加，此期細(xì)菌增殖數(shù)與死亡數(shù)漸趨平衡。細(xì)菌形態(tài)也逐漸變長、變大，細(xì)菌數(shù)量和形態(tài)變化如圖2 所示。隨著時間的逐漸延長，死亡細(xì)菌數(shù)越來越多，超過增殖率，到達(dá)衰亡期。細(xì)菌在培養(yǎng)液A 和B 中的生長曲線和在蒸餾水中測定的生長曲線形狀比較接近。

圖1 細(xì)菌在蒸餾水中的生長曲線

2.2 水質(zhì)對細(xì)菌生長的影響

圖2 細(xì)菌數(shù)量和形態(tài)變化圖

將蒸餾水換成典型A 液，其生長曲線與蒸餾水略有不同，如圖3 所示。從圖中可以看出，細(xì)菌生長延遲期不是太明顯，而是直接進(jìn)入快速增長階段。培養(yǎng)12 小時左右活菌數(shù)達(dá)到最大，進(jìn)入穩(wěn)定期。將蒸餾水換成B 液，其生長曲線如圖4 所示。從圖中可以看出，細(xì)菌生長延遲期約為4 小時，4 小時之后進(jìn)入快速增長期，8 小時候細(xì)菌數(shù)量基本達(dá)到最大值，約為1.55×108個/ml，隨后細(xì)菌數(shù)量在此最大值附近波動，進(jìn)入穩(wěn)定期，而細(xì)菌形態(tài)變化與對照蒸餾水組的細(xì)菌形態(tài)變化差別不大。

圖3 細(xì)菌在A 液中的生長曲線

圖4 細(xì)菌在B 液中的生長曲線

細(xì)菌在三種不同的培養(yǎng)基條件下的生長曲線如圖5 所示。從圖中可以看出，細(xì)菌的生長趨勢基本相同，即隨著時間的增長，細(xì)菌數(shù)量由緩慢增長逐漸變?yōu)榭焖僭鲩L隨后趨于穩(wěn)定不變。細(xì)菌在蒸餾水配制的培養(yǎng)基中生長，達(dá)到穩(wěn)定期其最大細(xì)菌數(shù)量略高于其余二者，但達(dá)到最大細(xì)菌數(shù)量的時間比B 液中的細(xì)菌遲兩小時左右，比A 液中的細(xì)菌早兩小時達(dá)到最大細(xì)菌數(shù)量。

圖5 細(xì)菌在不同水質(zhì)中的生長曲線

2.3 裝液量對細(xì)菌生長的影響

通過設(shè)置50ml、100ml 的兩種不同的裝液量研究裝液量大小對細(xì)菌生長的影響，其結(jié)果如圖6 所示。圖中看出，裝液量為50ml 時，在不同的生長階段細(xì)菌的數(shù)量略高于100ml 裝液量時的細(xì)菌數(shù)。這是因?yàn)樵撉蛐窝挎邨U菌為好氧菌，當(dāng)培養(yǎng)瓶中的裝液量較少時，通氣量大，培養(yǎng)基溶氧能力則較高，更適合需氧的細(xì)菌的生長，因此細(xì)菌數(shù)量較高。

圖6 細(xì)菌在不同裝液量下的生長曲線

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)球形芽孢桿菌適應(yīng)新環(huán)境的能力較強(qiáng)，配制培養(yǎng)基的水質(zhì)和培養(yǎng)基初始裝液量對細(xì)菌的生長繁殖影響均不是很大，細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大的時間略有不同。因此，將選擇以蒸餾水配制培養(yǎng)基來培養(yǎng)細(xì)菌，以備后續(xù)研究。細(xì)菌數(shù)量增長較快，8h 后細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值，采用8-12h 的培養(yǎng)菌液作為菌種較為合適，既可保持高的細(xì)菌活力，又可獲得盡可能多的細(xì)菌數(shù)目。