宋霄敏，白紅娟，貢 俊，高 艷，李榮偉

（1.中北大學化工與環(huán)境學院，山西 太原 030051；2.山西財經(jīng)大學環(huán)境經(jīng)濟系，山西 太原 030006；3.中北大學計算機與控制工程學院，山西 太原 030051）

環(huán)保與三廢利用

鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性效應

宋霄敏1，白紅娟1，貢 俊2，高 艷1，李榮偉3

（1.中北大學化工與環(huán)境學院，山西 太原 030051；2.山西財經(jīng)大學環(huán)境經(jīng)濟系，山西 太原 030006；3.中北大學計算機與控制工程學院，山西 太原 030051）

運用標準方法進行有毒化學品對水生生物急性毒性實驗，得到Pb2+和Zn2+對硫酸鹽還原菌的安全濃度分別為950mg·L-1和300mg·L-1。根據(jù)實驗結果采用機率單位法進行數(shù)據(jù)處理，得出抑制硫酸鹽還原菌生長的72h半效應濃度分別為2089.3mg·L-1和912mg·L-1，并對各劑量反應方程進行X2檢驗，結果表明均符合精度要求，計算結果真實可靠。從安全濃度及 72h-EC50考慮，都證 明抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性大小順序是Zn2+＞Pb2+。

硫酸鹽還原菌；毒性效應；鉛；鋅

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，不少重金屬進入水體、土壤、大氣等環(huán)境介質中，使得重金屬污染日趨嚴重。許多重金屬元素是生物正常生長不可缺少的微量元素，但是，大多數(shù)具有毒性和致癌作用，過量的重金屬排放到水體中容易造成生態(tài)平衡的破壞，而且重金屬具有長期性、隱蔽性、不可生物降解性、不可逆轉性、生物富集放大和持久性等特性，即使水環(huán)境中的濃度較小，也可能會威脅到水體—植物—動物生態(tài)系統(tǒng)，并且進一步通過食物鏈富集影響到人類健康[1-2]。

目前，國內外學者關于重金屬對微生物的毒性效應進行了研究。周茂洪等[3]運用標準方法進行有毒化學品對水生生物急性毒性實驗，得到Cu2+、Cd2+、Cr(Ⅵ) 對光合細菌沼澤紅假單胞菌生長抑制作用的96h EC50，從而得出它們對沼澤紅假單胞菌生長毒性作用大小的順序為Cu2+＞Cd2+＞Cr(Ⅵ)。周秀艷等[4]對發(fā)光細菌進行了毒性效應研究，結果表明Cd、Pb、As對發(fā)光細菌會產(chǎn)生不同濃度的毒性，毒性強弱為As＞Pb＞Cd。

本文選擇Pb2+和Zn2+兩種重金屬離子，采用有毒化學品對水生生物急性毒性實驗的標準方法，確定其安全濃度和半效應濃度，進而研究其對硫酸鹽還原菌的毒性效應，為利用硫酸鹽還原菌處理水中重金屬提供重要參考價值，也為制定水質排放標準和進行水質評價提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

硫酸鹽還原菌（Sulfate reducing bacteria），由山西財經(jīng)大學環(huán)境經(jīng)濟系贈予。硝酸鉛、乙酸鋅均為分析純。實驗用水均為去離子水。

培養(yǎng)基:硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基[5]。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗條件

將100mL液體培養(yǎng)基裝入葡萄糖瓶中，經(jīng)120℃滅菌30min后，分別加入已滅菌的不同濃度梯度的Pb2+和Zn2+重金屬離子，以不加重金屬離子作為對照，將10%的對數(shù)期硫酸鹽還原菌菌液接入瓶中，置于30℃恒溫箱內黑暗培養(yǎng)72h后，取培養(yǎng)液2mL于紫外可見分光光度計下測量OD420nm值，每個濃度設置3個平行樣。在平行樣之間的相對偏差小于10%時，實驗數(shù)據(jù)取自3個平行樣的均值。

1.2.2 安全濃度

在確定安全濃度的實驗中，重金屬離子濃度呈幾何級數(shù)增加，通過均值最小無顯著差異法 (LSD)[6]計算出 Pb2+和Zn2+對硫酸鹽還原菌生長的安全濃度。

1.2.3 半效應濃度

采用有毒化學品對水生生物急性毒性實驗的標

準方法[7-9]，確定Pb2+和Zn2+抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50。用直線內插法初步計算出重金屬離子抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50。再以初步確定的72h-EC50為中點，各向兩邊以等差數(shù)列形式延伸2個濃度，共5組濃度，另設置1組對照組，根據(jù)實驗結果采用機率單位法計算出72h-EC50，并對計算出的72h-EC50進行X2檢驗。

2 實驗結果

2.1 Pb2+和Zn2+對硫酸鹽還原菌生長的安全濃度

如圖1顯示，隨著Pb2+和Zn2+濃度的增加，硫酸鹽還原菌72h內的OD值發(fā)生了變化，當Pb2+和Zn2+濃度分別低于950mg·L-1和300mg·L-1時，OD420nm值并沒有發(fā)生太大的變化，濃度繼續(xù)增大，OD420nm值隨之下降，說明硫酸鹽還原菌對Pb2+和Zn2+有一定的耐受濃度，當超過這一濃度時，Pb2+和Zn2+對硫酸鹽還原菌的毒性作用明顯加強。根據(jù)所測定的OD420nm值，經(jīng)采用LSD法在α=0.05水平進行計算[6]，分別得到Pb2+和Zn2+抑制硫酸鹽還原菌生長的均值最小無顯著差異的OD420nm值分別為0.017和0.015。從圖1可以看出，不同濃度下Pb2+和Zn2+的OD420nm值與對照組OD420nm值的差值小于最小無顯著差異的最高濃度分別為 950mg·L-1和300mg·L-1，由此確定，Pb2+和Zn2+對硫酸鹽還原菌生長的安全濃度為950mg·L-1和300mg·L-1。說明這些重金屬離子抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性由大到小的順序是Zn2+＞ Pb2+。

圖1 Pb2+和Zn2+抑制硫酸鹽還原菌生長的效應

2.2 Pb2+和Zn2+抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50

在初步實驗的基礎上進行正式實驗，表1顯示的是鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50實驗結果，對鉛和鋅的濃度對數(shù)(x)與機率單位(y)分別進行一元線性回歸，得到如下劑量反應方程式:

當機率單位為5時，分別通過上述方程（1）和（2）進行計算，得到鉛和鋅的濃度對數(shù)分別為3.32和2.96，再通過換算分別得到鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50分別為2089.3mg·L-1和912mg·L-1。由此也再次說明鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性由大到小的順序仍是Zn2+＞ Pb2+。

表1 Pb2+和Zn2+抑制硫酸鹽還原菌生長的實驗結果

2.3 劑量反應方程的X2檢驗

對上述劑量反應方程分別進行X2檢驗，以驗證劑量反應方程是否真實地反映重金屬離子抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性效應，結果見表2。查X2表，當自由度為3時，X=7.82，而計算的X2分別為0.99和1.438，因為X＞X2，所以上述劑量反應方程均符合精度要求，計算出的72h-EC50真實可靠。

3 結論

采用有毒化學品對水生生物急性毒性標準實驗與計算方法，得出鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的安全濃度分別為950mg·L-1和300mg·L-1；采用機率單位法進行數(shù)據(jù)處理，得出抑制硫酸鹽還原菌生長的72h-EC50分別為2089.3mg·L-1和

912mg·L-1；鉛和鋅抑制硫酸鹽還原菌生長的毒性由大到小的順序是Zn2+＞Pb2+。

表2 劑量反應方程X2檢驗結果

[1] 魯永剛.重金屬污染的危害及防治措施[J].四川有色金屬，2012(2):52-53.

[2] 王倩.銅尾礦砂重金屬環(huán)境危害及風險評估研究[D].四川:重慶大學，2012.

[3] 周茂洪，趙肖為，吳雪昌.Cu2+，Cd2+和Cr(Ⅵ)抑制沼澤紅假單胞菌生長的毒性效應[J].應用與環(huán)境生物學報，2002，8(3):290-293.

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[5] 貢俊，張肇銘，白紅娟，等.脫硫腸狀菌合成納米硫化鉛[J].中國科學E輯，2008，38 (3):455-459.

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Toxic Effects of Pb2+and Zn2+on Inhibition of Sulfate Reducing Bacteria Growth

SONG Xiao-min1, BAI Hong-juan1, GONG Jun2, GAO Yan1, LI Rong-wei3
(1.College of Chemical & Environment Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2.Department of Environmental Economics，Sh anxi University of Finance and Economics，Taiyuan 030006， China; 3.College of Computer and Control Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China)

A standard method of algal bioassay for evaluating the toxicity of toxic chemicals was applied in experiments.The safety concentrations of Pb2+and Zn2+on the growth of Sulfate reducing bacteria was found as 950mg/L and 300mg/L.and 72h-EC50of Pb2+and Zn2+on inhibition of the growths of sulfate reducing bacteria calculated as 2089.3mg/L and 912mg/L respectively and using the method of probability unit for data treatment based on the test results.The results from the X2 test of each dose-response equation showed that 72h-EC50calculated were all precise and credible.According to both safety concentration and 72h-EC50calculated, the toxicities of these metals on inhibiting the growth of sulfate reducing bacteria increased in the order of Zn2+＞ Pb2+.

sulfate reducing bacteria; toxic effects; Pb2+; Zn2+

X 171.5

A

1671-9905(2015)02-00-

國家自然科學基金項目（31200049）；山西省自然科學基金項目（2012011009-1）；中北大學?；?/p>

宋霄敏，女，碩士研究生，研究方向:環(huán)境生物技術；E-mail:958997830@qq.com

白紅娟，女，博士，教授，碩士生導師，研究方向:環(huán)境生物技術研究，E-mail:bhj44871@163.com

2014-11-03