菌株Bacillus sp.C31對湖泊沉積物中鉻的修復研究

馬巖巖 徐 晶

（江蘇安全技術職業學院 江蘇徐州 221011）

引言

由于含鉻廢物的不當處理和處置，導致鉻被釋放到湖泊環境中，成為湖泊水體和沉積物中常見的污染物質。由于重金屬本身的特性，使其很難從沉積物中徹底的分離去除。湖泊水體中的重金屬鉻污染不僅會危害環境，對湖泊生態系統的健康產生不利影響，還可能通過生物累積的方式對人體健康產生危害。本文將重金屬鉻抗性菌Bacillus sp.C31投加到太湖沉積物中，研究該菌株對重金屬鉻的修復作用，并以六價鉻的還原量和重金屬的賦存形態為指標來考量抗鉻菌株的修復效果，以期為湖泊沉積物重金屬污染的微生物修復提供一定的理論依據和研究思路。

1 實驗材料

1.1 實驗沉積物

沉積物采集自太湖梅梁灣，彼得森采泥器采集得到梅梁灣表層沉積物，剔除大塊雜質，裝入塑料袋中，帶回實驗室4℃冰箱保存。

1.2 實驗菌種

抗鉻菌株Bacillus sp.C31，分離自太湖梅梁灣沉積物。

2 實驗方法

2.1 實驗設計

將采集的沉積物樣品混合均勻，放入培養裝置，加入鉻標準溶液，使 C（VI）=100 mg/kg，待性質穩定后，加入活化的抗鉻菌液100 mL（菌液濃度1.43×109CFU/kg），攪拌均勻，水分損失通過稱重法進行補償。定期進行沉積物中重金屬含量分析，設置空白對照和非生物對照，每次取樣設三次重復。

2.2 樣品中鉻總量和賦存形態的測定

（1）鉻總量測定

稱取一定量的冷凍干燥沉積物加入強酸進行微波消解后，根據濃度，稀釋后用Agilent 7700 ICP-MS測定。

（2）鉻賦存形態含量測定

用改進的重金屬順序提取形態（BCR）法對樣品中鉻的賦存形態進行測定，測定每次酸溶提取后上清液中酸溶態（B1）、可還原態（B2）、可氧化態（B3）和殘渣態（B4）的含量，根據濃度，稀釋后用Agilent 7700 ICP-MS測定。

2.3 六價鉻和三價鉻含量的測定

（1）六價鉻測定

稱取冷凍干燥樣品溶解后用二苯碳酞二肼分光光度法測定。

（2）三價鉻測定

總鉻濃度和六價鉻濃度之差即為三價鉻的濃度。

2.4實驗數據統計分析

鉻含量數據均為三次重復的數據取平均值，采用SPSS 17.0統計分析軟件的LSD方法進行差異性分析。

3 實驗結果與討論

3.1 沉積物的理化性質

沉積物樣品采集自太湖梅梁灣，實驗前實測沉積物理化性質如下：

表1 沉積物樣品的基本理化性質

3.2 菌株對沉積物中鉻的修復作用

（1）樣品中六價鉻含量變化

圖1 沉積物樣品中六價格含量的變化

如圖1所示：鉻添加前，沉積物樣品中六價鉻本底含量為25.674 mg/kg，鉻添加后實測含量為99.143 mg/kg，抗鉻菌株修復一個月后濃度為65.768 mg/kg，經高溫殺菌后滅活菌體修復后和無鉻添加的空白對照的樣品中，經過一個月的培養，六價鉻的含量并沒有明顯變化，分別為99.046 mg/kg和25.658 mg/kg，這說明實驗提取到的菌株Bacillus sp.C31對沉積物中的六價鉻含量有一定的修復能力，六價鉻降解率為33.9%。

（2）菌株對重金屬鉻形態分布的修復作用

①樣品中鉻總量的變化情況

如圖2所示：修復后各個樣品中總鉻含量都沒有明顯變化，這說明抗鉻菌株對鉻的修復作用主要是將六價鉻轉化為更穩定和毒性作用更小的三價鉻，對鉻的總量沒有修復作用。

圖2 樣品中添加抗鉻菌株Bacillus sp.KCS311修復后的總鉻含量情況

圖3 樣品中添加抗鉻菌株修復后四種形態的鉻占鉻總量的比重

②樣品中鉻賦存形態的變化

有研究表明：湖泊沉積物中重金屬的環境行為、生物可利用性和對環境的毒性與重金屬的含量和重金屬的地球化學形態兩方面相關。賦存形態不同，重金屬的活性、生物毒性及遷移轉化等特征也不同。因此，環境中重金屬賦存形態的研究對于研究重金屬來源、遷移轉化規律和生物可利用性等具有重要的意義。

本文采用改進的BCR四步提取方法，對鉻的賦存形態進行了測定，如圖3所示：活性菌體修復后樣品中重金屬鉻的形態發生了變化，酸溶態鉻（B1）在總鉻中的含量占比由12.9%降低到了7.6%，可還原態鉻（B2）的含量占比由20.9%降低到了17.2%，可氧化態鉻（B3）的含量占比由54.8%增加到了59.7%，殘渣態鉻（B4）的含量占比由13.1%增加到了到了15.4%，這些變化在滅活菌體修復的樣品并沒有出現。

BCR連續提取法是根據強度不同的強酸溶液將重金屬元素分步溶解而提取的，分步提取的四種相態的重金屬形態對人體和環境的危害性依次減弱，水溶態和可交換態，在中性環境下就可以釋放進入水體，也最具直接危害性?？蛇€原態重金屬對周圍介質的pH較敏感，在酸性條件下容易釋放，對比酸溶態來說，對環境的危害較小?？裳趸瘧B是金屬元素與鐵和錳的氧化物吸附相結合或者自身就是氫氧化物沉淀的部分，對動植物的毒性和生物可利用性都很小。

本研究鉻污染沉積物經抗鉻菌株修復后，酸溶態和可還原態的鉻含量有所減少，可氧化態和殘渣態的鉻含量有所增加，這說明沉積物經過抗鉻菌株修復以后不僅六價鉻的含量有所降低，而且會使鉻的賦存形態由對環境危害性較大的酸溶態和可還原態向更加穩定的可氧化態和殘渣態轉變。

結語

微生物修復重金屬鉻污染的研究已經進行了幾十年，多種微生物被證明具有還原重金屬鉻的能力，但大部分被用于水溶液中鉻的處理，僅有少量研究將抗鉻菌株應用于修復鉻污染土壤。本研究抗鉻菌株Bacillus sp.C31對沉積物中100 mg/kg的六價鉻有33.9%的還原能力，而且修復后的沉積物中重金屬鉻的形態也發生了變化，部分轉變成了性質更加穩定，對環境危害小的形態。研究結果為沉積物重金屬污染的原位修復提供了一定的經驗和思路。

本研究是在實驗室環境下進行的模擬試驗，在不考慮其他因素變化的前提下，試驗研究了菌株Bacillus sp.C31對重金屬鉻的修復，獲得了一定的修復效果。但是模擬環境與野外實際環境尚有較大差距，需要考慮抗鉻菌株對野外環境的適應能力和生物安全性。同時該菌株只能將六價鉻還原成為毒性和遷移性較低的三價鉻，并不能將鉻污染從環境中徹底去除。在以后的研究中還有待發掘對重金屬修復能力更強的菌株，還應考慮將微生物修復與其他修復技術相結合，以期取得更好的效果。