焦化污染場地中萘降解菌株AO-4鑒定、生長、降解機理及環(huán)境條件帶來的影響（四）
2.4菌株AO-4降解萘的影響因素
污染物的微生物降解是基于菌體生長代謝的活性來消耗利用底物，與菌體的生長情況密切相關(guān)。此實驗探討了菌株培養(yǎng)條件：溫度、pH、萘的初始濃度和接種量對萘降解效果的影響。
2.4.1溫度對菌株AO-4降解萘的影響
溫度是影響微生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程的一個重要環(huán)境因素。溫度可以通過影響微生物酶的活性來調(diào)節(jié)體內(nèi)酶促反應(yīng)的速率，溫度還會影響底物的生物利用性能。在適宜的溫度范圍內(nèi)，生物體的代謝速率較快，可迅速地降解外源物質(zhì)。溫度單因素對AO-4降解萘的影響如圖5所示，菌株AO-4對萘的降解隨溫度升高而加快。反應(yīng)開始的10h時內(nèi)，10℃條件下菌株AO-4對萘的降解率僅為19.01%，隨著溫度升高降解率在30℃達到最高為97.89%；在溫度達到40℃時略有降低，降解率為93.92%。這可能由于在一定溫度范圍內(nèi)，微生物的酶活性隨著溫度的升高而增大，加速了萘的降解。菌株最適降解溫度為30℃，而40℃超過了菌株的最適生長溫度導(dǎo)致降解略有減緩之勢。反應(yīng)24h后，10～40℃條件下萘近乎完全被降解，說明菌株AO-4可以較好的適應(yīng)10～40℃的溫度，能有效降解萘污染物。在實際污染場地土壤生物修復(fù)應(yīng)用中可適應(yīng)冬夏季的溫度差異，具有較好的應(yīng)用價值。
圖5菌株AO-4在不同溫度條件下對萘降解的影響
2.4.2 pH對菌株AO-4降解萘的影響
微生物在一定pH范圍內(nèi)可以正常生長代謝消耗底物。為使體系中的萘更好地被菌株降解，選取了5個pH，研究了pH對該菌降解萘的影響。實驗選取了低于萘溶解度（34mg/L）的20mg/L的萘濃度進行影響因素的測試。圖6(a)為培養(yǎng)24h時AO-4對萘的降解結(jié)果，可以看出，在pH在4.0～9.0的范圍內(nèi)，菌株AO-4對萘均有不同程度的降解，該菌株對pH環(huán)境具有良好的適應(yīng)性。培養(yǎng)24h時，pH為5.0～7.0的降解率可達到98%以上，pH在4.0和9.0的降解率相對較低，分別為74.78%、73.63%。菌株AO-4在pH為5.0到7.0范圍內(nèi)降解效果較好，過高或過低的pH會導(dǎo)致降解率下降。這可能是因為在酸性或堿性條件下細胞膜上的電荷發(fā)生變化，會影響菌株對底物的吸收轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致微生物生長代謝速度減慢，同時pH會影響微生物酶的空間構(gòu)象，使酶變性失活，影響菌體代謝。有研究表明施氏假單胞菌YC-YH1在中性pH范圍對萘的降解率接近100%，而在pH5.0和9.0時的降解率僅為20%左右。在pH為5.0～7.0范圍內(nèi)，由圖6(b)可以看出，萘的降解率均隨反應(yīng)時間延長逐漸提升，在24h時對萘的降解近乎完全。
圖6菌株AO-4在不同pH條件下對萘降解的影響
2.4.3萘初始濃度對菌株AO-4降解萘的影響
在以萘為唯一碳源的培養(yǎng)基中，萘的濃度會影響菌體的生長，進而影響其生物降解效果。萘濃度過低會因碳源不足延緩菌體的生長，而萘作為一種含有苯環(huán)的有機化合物，濃度過高會對菌體產(chǎn)生毒害作用。在溫度為30℃，菌量投加量為2%，pH=7.0的條件下，研究了菌AO-4對不同萘濃度的降解效果，以明確污染物初始濃度對菌株AO-4降解萘的影響。為了排除萘溶解過程的干擾因素，實驗選取了低于萘溶解度（31mg/L）的濃度1mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L進行實驗。結(jié)果如圖7所示，在5mg/L、10mg/L、20mg/L萘濃度下，萘的降解率隨時間變化在8h內(nèi)迅速增長后逐漸趨于平穩(wěn)。67h時萘濃度為1mg/L、5mg/L、10mg/L和20mg/L的降解率分別為57.01%、83.76%、84.75%和96.77%。由此可見，在該體系中萘作為菌株生長的唯一碳源，1mg/L的萘濃度會延緩菌體的生長，因菌體生物量不足而使降解率偏低。而萘濃度的升高可促進萘向細胞內(nèi)的擴散，提高其生物利用度，有助于萘的轉(zhuǎn)化降解。
圖7菌株AO-4對不同初始萘濃度的降解
2.4.4接種量對菌株AO-4降解萘的影響
降解菌的生物量是影響微生物對污染物降解的重要因素，較高的生物量可使得更多的降解菌參與污染物的降解，加快降解進程。本文研究了菌株接種量為0、1%、2%、5%（體積分數(shù)）對萘降解的影響。如圖8(a)所示，在沒有接種菌的情況下，萘的降解率在1h達到34.49%后基本保持平穩(wěn)，這可能是由于萘的自然降解及揮發(fā)所導(dǎo)致，萘?xí)凑找欢ū壤蜃杂上鄶U散，而所測定的萘均為溶解態(tài)的萘。在培養(yǎng)0.5h內(nèi)，接種菌量未對萘的降解造成明顯影響。因為培養(yǎng)時間較短，菌體尚未進入生長對數(shù)期。反應(yīng)1h后，菌量因素對萘降解產(chǎn)生明顯影響。隨著接種量的增大，萘的降解率逐漸提高。培養(yǎng)3h時，接種量為1%、2%、5%菌株對萘的降解率分別為46.02%、50.31%、54.5%。如圖8(b)所示，在12h內(nèi)，接種量為1%、2%和5%的降解率依次為56.37%和64.90%和73.66%。24h后，各組細菌降解率均達到96%以上，基本完成了對萘的降解。由此可見，在該體系中，加大降解菌接種量會在短期內(nèi)（12h）加速對萘的降解，經(jīng)過一定時間當菌體繁殖達到一定菌量后，接種量對污染物降解的影響不明顯。因為按照微生物正常生長曲線，菌體經(jīng)過對數(shù)期的迅速繁殖后將進入平穩(wěn)期，菌體受限于環(huán)境及培養(yǎng)基不會無限繁殖，菌量將保持平穩(wěn)。
圖8菌株AO-4在不同接種量條件下對萘降解的影響
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