微生物生長特性的試驗研究

田曼麗 王 杰

（重慶交通職業學院路橋與建筑學院，重慶402247）

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

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

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

根據測試和研究現狀選擇微生物為球形芽孢桿菌。

1.2 試驗方法與實驗設備

將菌種保存在安瓿瓶中的干粉。首先要將其開管、恢復培養，然后在一定時間計數后保藏，以備后續使用。

1.3 計數

采用全自動菌落計數器進行計數，設備型號為QXC-30。

1.4 觀測形態

采用掃描電子顯微鏡（SEM）進行觀測細菌在不同階段的生長形態，設備型號為EM-30AX。

2 試驗結果與分析

2.1 細菌生長曲線的測定

本文根據現場水質取樣測試其離子含量，模擬配制兩種現場水質，選擇A、B 兩種典型水質條件，以蒸餾水（下文以O 表示）為基準實驗對象，研究細菌的生長曲線變化。其A 和B 液離子含量檢測結果如表1 所示。

表1 A 和B 液中各離子含量

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

2.2 水質對細菌生長的影響

圖2 細菌數量和形態變化圖

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，細菌生長延遲期不是太明顯，而是直接進入快速增長階段。培養12 小時左右活菌數達到最大，進入穩定期。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，細菌生長延遲期約為4 小時，4 小時之后進入快速增長期，8 小時候細菌數量基本達到最大值，約為1.55×108個/ml，隨后細菌數量在此最大值附近波動，進入穩定期，而細菌形態變化與對照蒸餾水組的細菌形態變化差別不大。

圖3 細菌在A 液中的生長曲線

圖4 細菌在B 液中的生長曲線

細菌在三種不同的培養基條件下的生長曲線如圖5 所示。從圖中可以看出，細菌的生長趨勢基本相同，即隨著時間的增長，細菌數量由緩慢增長逐漸變為快速增長隨后趨于穩定不變。細菌在蒸餾水配制的培養基中生長，達到穩定期其最大細菌數量略高于其余二者，但達到最大細菌數量的時間比B 液中的細菌遲兩小時左右，比A 液中的細菌早兩小時達到最大細菌數量。

圖5 細菌在不同水質中的生長曲線

2.3 裝液量對細菌生長的影響

通過設置50ml、100ml 的兩種不同的裝液量研究裝液量大小對細菌生長的影響，其結果如圖6 所示。圖中看出，裝液量為50ml 時，在不同的生長階段細菌的數量略高于100ml 裝液量時的細菌數。這是因為該球形芽孢桿菌為好氧菌，當培養瓶中的裝液量較少時，通氣量大，培養基溶氧能力則較高，更適合需氧的細菌的生長，因此細菌數量較高。

圖6 細菌在不同裝液量下的生長曲線

3 結論

研究發現球形芽孢桿菌適應新環境的能力較強，配制培養基的水質和培養基初始裝液量對細菌的生長繁殖影響均不是很大，細菌數量達到最大的時間略有不同。因此，將選擇以蒸餾水配制培養基來培養細菌，以備后續研究。細菌數量增長較快，8h 后細菌數量達到最大值，采用8-12h 的培養菌液作為菌種較為合適，既可保持高的細菌活力，又可獲得盡可能多的細菌數目。