微生物生長(zhǎng)特性的試驗(yàn)研究

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(guò)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(kāi)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(yíng)養(yǎng)條件刺激下，通過(guò)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(zhǎng)特性，確定合適的培養(yǎng)條件，為研究微生物對(duì)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(cè)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(kāi)管、恢復(fù)培養(yǎng)，然后在一定時(shí)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(dòng)菌落計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)備型號(hào)為QXC-30。

1.4 觀(guān)測(cè)形態(tài)

采用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀(guān)測(cè)細(xì)菌在不同階段的生長(zhǎng)形態(tài)，設(shè)備型號(hào)為EM-30AX。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)的測(cè)定

本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)取樣測(cè)試其離子含量，模擬配制兩種現(xiàn)場(chǎng)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(duì)象，研究細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線(xiàn)變化。其A 和B 液離子含量檢測(cè)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(hào)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(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)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(gè)/ml。用蒸餾水配置該細(xì)菌生長(zhǎng)所需的100ml 培養(yǎng)基，其生長(zhǎng)曲線(xiàn)如圖1 所示。從圖中可以看出，該細(xì)菌在前6 小時(shí)內(nèi)增長(zhǎng)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(zhǎng)繁殖儲(chǔ)備酶、能量以及中間產(chǎn)物等[3]。6 小時(shí)之后增長(zhǎng)速率加快，到達(dá)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期。細(xì)菌以穩(wěn)定的幾何級(jí)數(shù)極快增長(zhǎng)，持續(xù)4 小時(shí)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(shí)左右活菌數(shù)量達(dá)到最高，約為1.72×108個(gè)/ml，隨后在這個(gè)數(shù)量值上下波動(dòng)，即為進(jìn)入穩(wěn)定期。該期的生長(zhǎng)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(yíng)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(duì)細(xì)菌死亡數(shù)開(kāi)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(zhǎng)、變大，細(xì)菌數(shù)量和形態(tài)變化如圖2 所示。隨著時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，死亡細(xì)菌數(shù)越來(lái)越多，超過(guò)增殖率，到達(dá)衰亡期。細(xì)菌在培養(yǎng)液A 和B 中的生長(zhǎng)曲線(xiàn)和在蒸餾水中測(cè)定的生長(zhǎng)曲線(xiàn)形狀比較接近。

圖1 細(xì)菌在蒸餾水中的生長(zhǎng)曲線(xiàn)

2.2 水質(zhì)對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)曲線(xiàn)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(zhǎng)延遲期不是太明顯，而是直接進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段。培養(yǎng)12 小時(shí)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(zhǎng)曲線(xiàn)如圖4 所示。從圖中可以看出，細(xì)菌生長(zhǎng)延遲期約為4 小時(shí)，4 小時(shí)之后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，8 小時(shí)候細(xì)菌數(shù)量基本達(dá)到最大值，約為1.55×108個(gè)/ml，隨后細(xì)菌數(shù)量在此最大值附近波動(dòng)，進(jìn)入穩(wěn)定期，而細(xì)菌形態(tài)變化與對(duì)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(yíng) 液中的生長(zhǎng)曲線(xiàn)

圖4 細(xì)菌在B 液中的生長(zhǎng)曲線(xiàn)

細(xì)菌在三種不同的培養(yǎng)基條件下的生長(zhǎng)曲線(xiàn)如圖5 所示。從圖中可以看出，細(xì)菌的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本相同，即隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，細(xì)菌數(shù)量由緩慢增長(zhǎng)逐漸變?yōu)榭焖僭鲩L(zhǎng)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(zhǎng)，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(shí)間比B 液中的細(xì)菌遲兩小時(shí)左右，比A 液中的細(xì)菌早兩小時(shí)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(zhǎng)曲線(xiàn)

2.3 裝液量對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響

通過(guò)設(shè)置50ml、100ml 的兩種不同的裝液量研究裝液量大小對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，其結(jié)果如圖6 所示。圖中看出，裝液量為50ml 時(shí)，在不同的生長(zhǎng)階段細(xì)菌的數(shù)量略高于100ml 裝液量時(shí)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(shí)，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(zhǎng)，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(zhǎng)曲線(xiàn)

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(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖影響均不是很大，細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大的時(shí)間略有不同。因此，將選擇以蒸餾水配制培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)細(xì)菌，以備后續(xù)研究。細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)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。