Mg2?對(duì)嗜酸氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)、氧化活性的影響規(guī)律——結(jié)果與討論、結(jié)論
2結(jié)果與討論
2.1 Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)體系pH值的影響
細(xì)菌氧化過(guò)程伴隨著H?及電子的移動(dòng)，從而導(dǎo)致pH值改變。不同Mg2?質(zhì)量濃度下At.f菌培養(yǎng)過(guò)程中pH值隨時(shí)間的變化情況如圖1所示。
從圖1中可以看出，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中體系pH值呈先升高后逐漸下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谂囵B(yǎng)初期，氧化亞鐵硫桿菌氧化Fe2?為Fe3?，消耗大量H?，從而導(dǎo)致體系pH值升高；隨著培養(yǎng)過(guò)程的進(jìn)行，F(xiàn)e3?發(fā)生水解使培養(yǎng)體系酸度增加，導(dǎo)致體系pH值下降。Mg2?的存在使得體系pH值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)發(fā)生了較大變化，當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度≤1.0 g/L時(shí)，pH值下降速度較快，在45 h時(shí)Mg2?質(zhì)量濃度為0.0、0.5、1.0 g/L的體系pH值分別下降到1.66、1.60、1.62；而當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度≥5.0 g/L時(shí)，pH值下降較慢，在45 h時(shí)Mg2?質(zhì)量濃度為20.0 g/L的體系pH值僅下降到2.02。
2.2 Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)體系Eh值的影響
氧化還原電位能從整體上反映系統(tǒng)的氧化能力。不同質(zhì)量濃度Mg2?下At.f菌培養(yǎng)過(guò)程中Eh值隨時(shí)間的變化情況如圖2所示。
從圖2可以發(fā)現(xiàn)：體系的Eh值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈先逐漸升高后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。在細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中，F(xiàn)e2?的氧化為細(xì)菌生長(zhǎng)提供所需能量，使得溶液中Fe3?濃度增加，溶液的混合電位逐漸升高；當(dāng)Fe2?氧化完全時(shí)，氧化還原電位達(dá)到最高值，且維持在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。Mg2?對(duì)體系Eh值影響較大，當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度≥5.0 g/L時(shí)，體系中電位上升較慢，Mg2?質(zhì)量濃度超過(guò)10.0 g/L時(shí)體系的Eh值在整個(gè)45 h的培養(yǎng)過(guò)程中都處于較低水平，最高僅可達(dá)440 mV左右；而當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度<5.0 g/L時(shí)，體系的Eh值在35 h左右均已達(dá)到600 mV以上，說(shuō)明小于5.0 g/L的Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)At.f菌氧化活性沒(méi)有負(fù)面影響。
2.3 Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)體系Fe2?氧化率的影響
Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)At.f菌氧化活性的影響見(jiàn)圖3。
圖3表明：Mg2?質(zhì)量濃度<5.0 g/L時(shí)，在35 h后Fe2?氧化率均接近100%，且在Mg2?質(zhì)量濃度為1.0 g/L時(shí)，培養(yǎng)25 h后Fe2?氧化率達(dá)到62.78%，高于不添加Mg2?時(shí)的Fe2?氧化率（60.73%），說(shuō)明適當(dāng)?shù)腗g2?能夠提高細(xì)菌的氧化活性；隨著Mg2?質(zhì)量濃度繼續(xù)升高，F(xiàn)e2?氧化率逐漸降低，Mg2?質(zhì)量濃度為5.0、10.0、15.0、20.0 g/L時(shí)培養(yǎng)45 h后Fe2?氧化率才分別達(dá)到95.47%、44.31%、38.80%、23.74%，說(shuō)明Mg2?質(zhì)量濃度超過(guò)5.0 g/L時(shí)，細(xì)菌的氧化活性顯著降低。
2.4 Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)At.f菌生長(zhǎng)的影響
不同質(zhì)量濃度Mg2?作用下At.f菌的生長(zhǎng)情況如圖4所示。
從圖4中可以看出：Mg2?質(zhì)量濃度≤1.0 g/L時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)速度快，達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間短，且隨著離子質(zhì)量濃度的增加，細(xì)菌濃度也增大，說(shuō)明適量的鎂離子能夠促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)；當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度超過(guò)1.0 g/L時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)受到抑制，延滯期增長(zhǎng)，5.0、10.0 g/L Mg2?質(zhì)量濃度條件下，均在40 h才達(dá)到細(xì)菌生長(zhǎng)旺盛期，且Mg2?濃度越大，細(xì)菌濃度越低；當(dāng)Mg2?質(zhì)量濃度繼續(xù)增大到15.0、20.0 g/L時(shí)，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)菌濃度都偏低，說(shuō)明此時(shí)細(xì)菌生長(zhǎng)受到抑制。這是因?yàn)?，Mg2?質(zhì)量濃度過(guò)高導(dǎo)致細(xì)菌體內(nèi)與溶液之間的滲透壓增加，從而影響其正常的生理功能，或者影響其他物質(zhì)代謝過(guò)程的進(jìn)行，包括阻礙其他物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞、影響其他酶的代謝功能等，從而導(dǎo)致細(xì)菌的正常生長(zhǎng)受到抑制。
2.5 Mg2?作用前后細(xì)菌的表面電位分析
At.f菌在Mg2?質(zhì)量濃度為0.0、20.0 g/L體系中培養(yǎng)后，其表面電位隨pH值的變化曲線如圖5所示。
從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，At.f菌在Mg2?質(zhì)量濃度為0.0 g/L體系中生長(zhǎng)時(shí)的等電點(diǎn)為2.7，而在Mg2?質(zhì)量濃度為20.0 g/L體系中生長(zhǎng)時(shí)的等電點(diǎn)為3.6。等電點(diǎn)能指示一些官能團(tuán)如羧基（—COOH）、氨基（—NH）和羥基（—OH）的存在，這些官能團(tuán)存在于胞外多聚物中，并且決定細(xì)胞表面帶何種電荷，因此At.f菌在不同生長(zhǎng)條件下等電點(diǎn)的不同說(shuō)明其胞外多聚物存在較大差異。等電點(diǎn)在pH=2.0~2.8之間說(shuō)明細(xì)胞表面主要含葡萄糖酸或含其他與羧基相關(guān)的多糖，等電點(diǎn)在pH≥3.2時(shí)說(shuō)明其細(xì)胞壁表面主要為蛋白質(zhì)。這說(shuō)明，高濃度Mg2?的存在使得細(xì)菌細(xì)胞壁表面成分發(fā)生了改變，這可以從宏觀上解釋細(xì)菌氧化活性降低的原因。
2.6 Mg2?作用前后細(xì)菌紅外光譜分析
Mg2?作用前后的細(xì)菌經(jīng)冷凍干燥處理后可進(jìn)行紅外光譜掃描，通過(guò)對(duì)比作用前后細(xì)菌表面官能團(tuán)的變化情況，能夠定性得出Mg2?對(duì)細(xì)菌的作用。At.f菌在0.0、20.0 g/L Mg2?中培養(yǎng)后細(xì)菌表面的紅外光譜圖見(jiàn)圖6。
由圖6可以看出：細(xì)菌在20.0 g/L Mg2?培養(yǎng)體系中，3386 cm?1處蛋白質(zhì)的—OH伸縮振動(dòng)吸收峰偏移到了3405 cm?1處；1642 cm?1處酰胺I峰（蛋白質(zhì)肽鍵）的—C=O伸縮振動(dòng)吸收峰偏移到了1632 cm?1處，且峰形有所減弱；1528 cm?1處酰胺I峰蛋白質(zhì)肽鍵的N—H彎曲振動(dòng)吸收峰明顯消失；1435 cm?1處的波峰為附近的蛋白質(zhì)分子中—CH?反對(duì)稱(chēng)變形振動(dòng)和—CH?中等強(qiáng)度對(duì)稱(chēng)變形振動(dòng)的吸收重疊峰，偏移到了1427 cm?1處，且峰形有明顯的增強(qiáng)；1203 cm?1處的—C=O彎曲振動(dòng)和O—H彎曲振動(dòng)峰略有加強(qiáng)；1088 cm?1處磷酰基的—P=O伸縮振動(dòng)峰偏移到1078 cm?1處；1004 cm?1處的弱到中等強(qiáng)度—CN伸縮振動(dòng)吸收峰偏移到了998 cm?1處，且峰形明顯增強(qiáng)；628和512 cm?1處的多糖—CH?吸收峰也有所偏移。造成上述現(xiàn)象的原因可能是Mg2?濃度過(guò)高，細(xì)菌細(xì)胞壁表面的—OH、—C=O、—CH?、—CH?、—P=O、—CN、N—H等基團(tuán)發(fā)生了交聯(lián)作用。
綜上所述，高濃度Mg2?對(duì)細(xì)菌氧化活性的抑制機(jī)理在宏觀上表現(xiàn)為菌體表面Zeta電位的變化，在微觀上表現(xiàn)為對(duì)細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的破壞。高濃度Mg2?作用下，細(xì)菌細(xì)胞壁成分中的—OH、—C=O、—CH?、—CH?、—P=O、—CN、N—H等官能團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，一方面破壞了細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)，另一方面改變了這些基團(tuán)的電離或水解平衡，使細(xì)菌表面所帶電荷大小發(fā)生變化，繼而引起菌體表面Zeta電位變化，從而抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)，降低了細(xì)菌的氧化活性。
3結(jié)論
文中探討了Mg2?質(zhì)量濃度對(duì)At.f菌氧化活性的影響，發(fā)現(xiàn)：Mg2?質(zhì)量濃度<5.0 g/L時(shí)，能夠促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)，提高細(xì)菌的氧化活性，在培養(yǎng)35 h時(shí)，體系的pH值均下降至1.70左右，Eh值均達(dá)到600 mV以上，F(xiàn)e2?氧化率均接近100%，細(xì)菌生長(zhǎng)達(dá)到旺盛期；但Mg2?質(zhì)量濃度超過(guò)5.0 g/L時(shí)，細(xì)菌濃度、氧化活性隨Mg2?質(zhì)量濃度增加而逐漸降低，培養(yǎng)45 h后，Mg2?質(zhì)量濃度為20.0 g/L體系的pH值為2.02，Eh值僅為420 mV，F(xiàn)e2?氧化率僅為23.74%。研究還發(fā)現(xiàn)，20.0 g/L Mg2?對(duì)細(xì)菌氧化活性的抑制機(jī)理在宏觀上表現(xiàn)為菌體表面Zeta電位的變化，等電點(diǎn)由2.7變?yōu)?.6；在微觀上表現(xiàn)為細(xì)菌細(xì)胞壁的—OH、—C=O、—CH?、—CH?、—P=O、—CN、N—H等官能團(tuán)發(fā)生了變化。
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