安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ Ａｇ．．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１１，１７（０３） 节杆菌除锰工艺条件的优化 许子龙 王 芳 许旭萍 （福建师范大学生命科学学院，福建福州３５０１０８） 摘要：为确定节杆菌除锰的最佳工艺条件，采用４因素３水平进行正交实验，研究了ｐＨ、温度、装液量和初始Ｆｅ 浓度对节杆菌除锰效率的影响。结果表明：节杆菌除锰的最佳条件为Ｆｅ“浓度１００ ｍｇ／Ｌ、ｐＨ ６、２５￣Ｃ、装液量１００ ｍＬ／２５０ ｍＬ。在此条件下节杆茵对培养基中Ｍｎ 去除率达９３．３８％。采用节杆菌的菌体直接对硫酸锰溶液和地下水 进行除锰实验，取得较好的除锰效果。 关键词：节杆菌；锰去除率；工艺条件 中图分类号Ｑ９３９．１ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—７７３１（２０１１）０３—４８—０２ 近年来，人类活动导致地下水受到污染，并成为土地 （ＮＨ ）：ＣＯ３ ０．１ｇ，柠檬酸铁铵０．４５ｇ，水ｌ Ｌ，ｐＨ ６．８～７．０， 污染的重要媒介。据不完全统计，全国已有１３６个大中城 １２１℃灭菌２０ ｍｉｎ。 市的地下水受到污染，污染物主要为硝酸盐、亚硝酸盐、铁 １．２方法 和锰 。Ｊ。我国锰超标地下水量约占地下水总量的２０％ １．２．１节杆菌ＭＮ１４０５种子液的制备从斜面挑取１环 以上，有１８个省市的地下水存在锰超标的问题 ，从而 ＭＮ１４０５菌体，接种于改良ＰＹＣＭ培养基中，于２５ｏＣ，１２０ 降低其使用价值。因此，需要建立有效的除锰技术，使地 ｒ／ｍｉｎ振荡培养２４ ｈ制成种子液。 下水得到充分的开发利用。地下水除铁、除锰技术一直受 １．２．２正交试验根据单因素的试验结果 ，选择对锰 到专家学者和工程技术人员的重视，张杰院士等人通过大 去除率影响较大的４个因素（表１），设置４因素３水平进 量的试验研究，率先提出了生物法除铁除锰理论和技术， 行正交试验。吸取种子液按照６％接种量，接入改良ＰＹ— ２００２年我国建成了首座大型生物除铁除锰水厂（沈阳开 ＣＭ液体培养基进行培养，培养时间为６ ｄ。发酵结束时， 发区除铁除锰水厂），该厂的成功运行及良好的处理效果 将发酵液于４０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｒａｉｎ去除菌体和发酵过程 证明了此技术的优越性。国外一些学者也相继从不同角 中形成的锰氧化物，取上清液，采用甲醛肟分光光度法测 度对生物法进行了研究，在增强除锰效果及降低工程费用 定剩余Ｍｎ 浓度 ］，并计算Ｍｎ 的去除率。计算公 等方面取得了一些有价值的成果。生物除锰技术是利用 式为： 锰氧化细菌将水中可溶性的Ｍｎ 氧化为不溶的锰氧化物 Ｍｎ“去除率（％）＝（初始Ｍｎ“浓度一剩余Ｍｎ 浓 沉淀，经沉淀过滤实现锰的去除，因而锰氧化细菌在生物 度）／初始Ｍｎ“浓度×１００ 除锰技术和机理研究中具有重要作用。本文利用１株分 １．２．３底物浓度和作用时间对节杆菌ＭＮ１４０５菌体除锰 离自锰矿样品的锰氧化细菌，在研究影响该菌去除水中锰 效率的影响将节杆菌ＭＮ１４０５接种到改良ＰＹＣＭ液体 离子的单因素试验的基础上，进一步进行正交试验，优化 培养基，按照正交试验所确定的培养条件进行培养６ｄ，获 除锰条件，建立较好的除锰工艺，以期为节杆菌应用于地 得发酵液。将发酵液于４℃，２５００ｒ／ｍｉｎ离心２ ｍｉｎ，取上清 下水生物除锰工程提供依据。 液再于４￣Ｃ，４０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，收集菌体沉淀。沉淀 Ｉ材料与方法 用ｐＨ７．０的ｒｉｆｆｓ—ＨＣ１洗涤２次，除去菌体表面粘附的氧 １．１材料 化物，再用ｐＨ７．０的Ｔｒｉｓ—ＨＣ１缓冲液重新悬浮制成菌悬 １．１．１菌种 节杆菌（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｅｃｈｉｇｏｎｅｎｓｉｓ）ＭＮ１４０５， 液。菌悬液各５ｍＬ于试管中，加入ＭｎＳＯ 溶液使Ｍｎ 浓 分离自锰矿样品，由福建师范大学生命科学学院微生物实 度为ｌＯｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ和３０ｍｇ／Ｌ，于２５￣Ｃ，１２０＃ｍｉｎ条件 验室保藏。 下反应０．５、ｌｈ和２ｈ，４０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，除去沉淀 １．１。２培养基改良ＰＹＣＭ培养基 ：蛋白胨０．５ ｇ，葡 物，然后取上清液用甲醛肟分光光度法口 测定Ｍｎ“，计算 萄糖０．３ｇ，酵母浸出液０．２ｇ，ＭｎＳＯ４・Ｈ２０ ０．２ｇ，Ｋ２ＨＰＯ４ 锰去除率。每个样品均做３个平行样，结果取其平均值。 ０．１ｇ，ＭｇＳＯ４・７Ｈ２０ ０．２ｇ，ＮａＮＯ３ ０．２ ｇ，ＣａＣ１２ ０．１ｇ， １．２．４地下水除锰实验按照１．２．３中的方法制备发酵 基金项目：福建省环保厅科技项目“富铁锰水质的生物治理与植物修复”（ＦＪＨＫ２００９１２）；福建省教育厅科技项目“富铁锰水质的微生物治 理与植物修复”（ＪＫ２００９００８）；福建师范大学本科生课外科技计划赞助（ＢＫＬ２００９—０７６）。 作者简介：许子龙（１９８８一），男，研究方向：环境微生物技术。 通讯作者 收稿日期：２０１０—１２—２３ １７卷０３期 许子龙等节杆菌除锰工艺条件的优化２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ４９ Ｒ 液，离心分离菌体。在一系列１５０ｍＬ三角瓶中分别加人 ２０ｍＬ调整好Ｍｎ 浓度为 ５ｍｇ／Ｌ的地下水，加入一定量 的除锰能力，而且发酵液分离获得的菌体也可以直接用于 除锰，当Ｍｎ２ 浓度为ｌ０ ｍｇ／Ｌ，作用０．５～２ｈ，锰去除率达 ８９．７～１００％。随着Ｍｎ 浓度从１０ ｍｇ／Ｌ增至３０ ｍｇ／Ｌ， 的菌体，处理一定时间后测定锰去除率。每个样品均做３ 个平行样，结果取其平均值。 表１正交因素水平 锰去除率从１００％逐步减小至７３．３％。随着作用时间的 延长，锰去除率有所提高，作用１ｈ和２ｈ的锰去除率基本 一致，但比作用０．５ｈ的高。 ２．４不同茵体添加量对地下水除锰的影响 据文献报 道，我国许多地区地下水中锰含量超过饮用水标准，地下 水中锰浓度多数在１．５ｍｇ／Ｌ以下，少数超过３．０ ｍｇ／Ｌ 。 因此，对新采集的地下水调整含Ｍｌｌ２ 浓度为２．５ｍｇ／Ｌ，在 ２结果与分析 ２．１正交试验 由表２可知，最优工艺条件组合为 Ａ：Ｂ。ｃ，Ｉ）３，即温度２５￣Ｃ、ｐＨ ６、Ｆｅ“浓度１００ ｍｇ／Ｌ、装液量 １００ ｍＬ／２５０ ｍＬ。Ｒ值由大到小说明各因素对Ｍｎ 去除 率影响程度依次为Ｆｅ 浓度＞装液量＞温度＞ｐＨ。方差 分析表明，４个因素对Ｍｎ 去除率均有极显著影响（Ｐ＜ ０．０５）。 表２正交表设计及试验结果 试温度ｌｅｅ 浓度 装液量 Ｍｎ 去 …验组 …．． ｐＨ ～’ ’ｌ ｌ ｌ １ ７９．３７ ｌ ２ ２ ２ ７９．７０ １ ３ ３ ３ ８５．２５ ２ １ ２ ３ ９１．２９ ２ ２ ３ １ ８６．２９ ２ ３ １ ２ ７９．６０ ３ １ ３ ２ ８４．６６ ３ ２ １ ３ ８１．９０ ３ ３ ２ １ ８１．５４ ２４４．３２ ２５５．３２ ２４０．８７ ２４７．２ ２５７．１８ ２４７．８９ ２５２．５３ ２４３．９６ ２４８．１０ ２４６．３９ ２５６．２０ ２５８．４４ ６２４６２．４７ ６２４４８．５９ ６２４７６．０７ ６２４７１．８５ 注：Ｒ：（Ｋｌ ＋Ｋ２ ＋Ｋ３ ）／３。 ２．２优化条件的验证试验由于正交试验得到的最佳工 艺条件不在正交组合中，故以此组合再进行Ｍｎ“去除率 试验，结果表明，在最佳工艺条件下，Ｍｎ２ 去除率可达 ９３．３８％，高于正交表中任一组合。由此可见，节杆菌 ＭＮＩ４０５除锰的最佳工艺组合为Ａ Ｂ Ｃ３ Ｄ］。 ２．３底物锰离子浓度和作用时间对ＭＮ１４０５培养物除锰 效率的影响 采用改良ＰＹＣＭ液体培养基培养ＭＮＩ４０５ 获得发酵液，离心收集菌体，测定菌体对锰的氧化活性，结 果见表３。 表３ Ｍｎ 浓度和作用时间对ＭＮ１４０５菌体除锰的影响 表３显示节杆菌ＭＮ１４０５不仅在培养条件下有很强 实验室水平用ＭＮ１４０５菌体进行除锰实验，结果见图１。 １００ ９５ｌＩｉ／ ——＿｜１．＿ ’．卜｜—－．卜—１卜——墨 ： 二一・～一毒 ９０ 窑８５ 纂；鞲 、、、 ７Ｏ ——■ 一２・・ ｌｍｇ 镕 一●一３ ５ｍｇ蘸体 ６５ —－●一７ｍｇ 体 ６０ － 一 ｌ ３ ５ ７ ９ ２１ ２４ 时间（ｈ） 图１ ＭＮ１４０５茵体对地下水的除锰作用 由图１可知，在２０ｍＬ的地下水（含Ｍｎ 浓度为 ２．５ｍｇ／Ｌ）中加入２．１ｍｇ菌体作用５ｈ，锰去除率为 ８１．０２％；加入３．５ｍｇ菌体作用７ｈ，锰去除率为１００％；加 入７ｍｇ菌体作用３ｈ，锰去除率为１００％。显示ＭＮ１４０５对 地下水的除锰效果较佳，是一株有着良好应用前景的 菌种。 ３小结 最佳除锰工艺条件为培养基中初始Ｆｅ 浓度１００ ｍｒ，／Ｌ，ｐＨ ６，２５￣Ｃ，装液量为１００ ｍＬ／２５０ ｍＬ，在此条件下， Ｍｎ 去除率可达９３．３８％。菌体有较强的氧化锰能力，作 用时间和底物锰离子浓度对锰去除率有一定的影响。菌 体对于含Ｍｎ“浓度为２．５ｍｇ／Ｌ的地下水，有快速的除锰 效果。 参考文献 ［１］蔡辉．浅谈地下水除铁除锰技术［Ｊ］．江西化工，２００７，５（２）：９２ —９３． ［２］田滨，鄢恒珍．地下水除铁除锰技术评析［Ｊ］．湖南城市学院学 报，２００７，１６（１）：１８—２Ｏ． ［３］高洁，张杰．地下水除铁除锰技术研究［Ｊ］．哈尔滨商业大学学 报，２００３，１９（５）：４５—４６． ［４］孙全庆，冯勇，许根福．我国地下水除铁，除锰技术发展状况［Ｊ］ ．湿法冶金，２００４，２３（４）：１６９—１７５． ［５］张杰．生物固锰除锰机理与工程技术［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版社．２００５：１１７． ［６］王芳，许旭萍，郑晓丹，等．锰细菌氧化锰的影响因索研究［Ｊ］． 福建师范大学学报，２０１０，２６（２）：１１１—１１４． ［７］国家环境保护总局．ＨＪ／Ｔ３４４—２００７水质锰的测定甲醛肟分光 光度法（试行）［Ｓ］．中国环境科学出版社，２００８． （责编：张琪琪）