外源刺激剂强化芽孢杆菌高效修复Cr（Ⅵ）污染水体

目前，利用微生物修复六价铬Cr（Ⅵ）]污染的土壤和水体已经在实验室及场地大量应用，但由于土著微生物的竞争及场地的寡营养条件，导致外源铬（Cr）高效还原微生物定殖困难。鉴于此，本研究从成本低廉且无二次污染的氮源型/碳源型/矿物型/离子型的微生物刺激剂筛选出发，探讨了不同刺激剂添加方式（非包埋型和包埋型）对抗铬芽孢杆菌（Bacillus sp.）高效还原Cr（Ⅵ）的影响，并采用扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDS）对芽孢杆菌表面进行表征。结果表明，甘蔗粉（碳源型）、豆粕粉（氮源型）、钙离子Ca（Ⅱ），离子型]、蒙脱石（矿物型）这四种刺激剂的添加显著增加了芽孢杆菌对Cr（Ⅵ）的还原效率，进一步利用单因素多水平试验确定了它们的最佳投加量分别为10 g∙L^-1、10 g∙L^-1、10 mmol∙L^-1、8 g∙L^-1，在第8天时与裸菌相比，分别添加这4种刺激剂的芽孢杆菌对Cr（Ⅵ）的还原率分别提高了17.48、15.56、11.70、18.84个百分点。在单因素试验的基础上，挑选2个效果最佳的刺激剂甘蔗粉和蒙脱石，利用响应曲面法建立了混合型刺激剂（甘蔗粉+蒙脱石）与菌的最佳投加量，结果显示甘蔗粉投加量为8 g∙L^-1、蒙脱石投加量为6 g∙L^-1、菌剂投加量为0.3%（V/V）时，培养8 d后，与裸菌相比，添加混合刺激剂的芽孢杆菌对Cr（Ⅵ）还原率增加了32.53个百分点，显著高于单一非混合刺激组。考虑到刺激剂直接加入环境亦会被土著微生物利用，导致对外源铬还原微生物刺激作用的长效性差，本研究还探究了包埋型缓释刺激剂对芽孢杆菌还原Cr（Ⅵ）的长效刺激作用，结果发现，在包埋型刺激剂的辅助下，芽孢杆菌对Cr（Ⅵ）的还原能力随着时间延长而不断增加，其Cr（Ⅵ）还原率分别从86.08%（第2天）增加到97.09%（第28天），添加了非包埋型混合刺激剂的菌从86.92%（第2天）下降到75.93%（第28天）。SEM观察修复28 d的菌，发现未加任何刺激剂的裸菌出现严重皱缩，部分断裂，形态结构不完整；添加非包埋混合刺激剂的菌出现轻微皱缩，点状断裂，形态结构较为完整；而添加包埋型刺激剂的菌光滑，形态结构完整，表面有绒毛状产物，EDS显示绒毛状产物O和Cr含量相对于其他元素较多，包埋型刺激剂提升了菌细胞表面参与的铬固定，降低了铬对细菌细胞的毒性。研究表明，混合刺激剂还原效果优于单一非混合刺激组，确定最佳投加量分别为甘蔗粉（8 g∙L^-1）、蒙脱石（6 g∙L^-1）和菌剂（0.3%）。利用非包埋型刺激剂有利于短期内快速提升菌对Cr（Ⅵ）还原，而包埋型刺激剂使菌还原Cr（Ⅵ）具有长效性并有效地降低了Cr（Ⅵ）毒性。