魯 林，王興赟，李 棟，李繼德

(1.南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.南華大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；3.南華大學(xué) 核資源工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；4.南華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

基于改性巴斯德桿菌的橋梁環(huán)境下細(xì)菌混凝土技術(shù)的研究

魯 林1,2，王興赟1,2，李 棟3,2，李繼德4,2

(1.南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.南華大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；3.南華大學(xué) 核資源工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；4.南華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

選擇巴斯德桿菌進(jìn)行培育及礦化實(shí)驗(yàn)，并在亞硝酸鹽溶液的環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行改性，篩選出了適合混凝土環(huán)境、產(chǎn)生碳酸鈣和膠質(zhì)物最多的巴斯德桿菌菌株M102。然后進(jìn)行粉砂固化能力的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，掃描電鏡分析結(jié)果表明新菌株M102對(duì)粉砂的固化能力遠(yuǎn)大于原始巴斯德桿菌。

巴斯德桿菌；改性菌株；橋梁環(huán)境；深度修復(fù)

1 巴斯德桿菌培養(yǎng)和礦化實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)所用巴斯德桿菌來(lái)自國(guó)家菌種保藏中心。根據(jù)參考文獻(xiàn)，制備合適的細(xì)菌培養(yǎng)基，培養(yǎng)基成分及相應(yīng)濃度為：甘露醇40 g/L，大豆蛋白胨25 g/L，氯化銨3 g/L，氯化鈉10 g/L，為了保證產(chǎn)生足量的碳酸鈣和膠體，再加入0.5 mol/L(NH4)2CO3的溶液、0.5 mol/L CaCl2溶液、0.05 mol/LNa2SiO3溶液、0.05 mol/L氯化鐵溶液、0.05 mol/L氯化鎂溶液、0.05 mol/L氯化鋁溶液等，為了提高尿素酶的熱穩(wěn)定性，最后再加入占總體積20%的甘油。使用所制備的培養(yǎng)基進(jìn)行菌種培養(yǎng)，再將培養(yǎng)后的菌株進(jìn)行細(xì)菌礦化，礦化過(guò)程結(jié)合設(shè)計(jì)，礦化結(jié)果如下圖1所示。巴斯德桿菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行14 d后，進(jìn)行碳酸鈣、細(xì)菌膠觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示選用的巴斯德桿菌如參考文獻(xiàn)所述產(chǎn)生了球狀碳酸鈣晶體及細(xì)菌膠等修復(fù)劑，可以進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2 巴斯德桿菌改性實(shí)驗(yàn)

(1)選擇培養(yǎng)環(huán)境。想篩選出修復(fù)能力更強(qiáng)的巴斯德桿菌菌株，可采取誘變育種法，亞硝酸鹽的培養(yǎng)環(huán)境下能夠促使基因發(fā)生不定性的變異，有一定概率從中篩選出修復(fù)效果更強(qiáng)的菌株。綜上，選擇含微量亞硝酸鹽的堿性培養(yǎng)液作為出發(fā)巴斯德桿菌的培養(yǎng)環(huán)境；

(2)分離細(xì)菌。先用API菌種鑒定系統(tǒng)檢測(cè)出細(xì)菌團(tuán)，再用離心機(jī)分離出細(xì)菌，給此時(shí)的菌種編號(hào)為MX(X=1,2，3……n)，分成X個(gè)細(xì)菌組；

(3)篩選優(yōu)良菌株。用前面的巴斯德桿菌培養(yǎng)液培養(yǎng)14 d，觀察產(chǎn)生碳酸鈣和膠質(zhì)物最多的細(xì)菌組。本實(shí)驗(yàn)中最終在第102組中觀察到了單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生碳酸鈣和膠質(zhì)物最多的菌株，篩選出菌株M102。

用基因測(cè)序軟件MEGA4.1編程證明是否產(chǎn)生新菌株。MEGA4.1軟件是一種能提供以進(jìn)化的角度從 DNA 和蛋白序列中提取有用的信息的工具，進(jìn)而通過(guò)編程測(cè)算出DNA序列，判別出新菌株。本實(shí)驗(yàn)的MEGA4.1編程結(jié)果如圖1所示。

圖1 運(yùn)用MEGA4.1編制證明M102是新菌株

采用MEGA4.1軟件，鄰位連接法顯示菌株“M102”與相關(guān)種的16S rDNA序列系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，進(jìn)行1000次的相似度重復(fù)計(jì)算，圖中發(fā)育樹(shù)節(jié)點(diǎn)只顯示Bootstrap值大于50%數(shù)值，上標(biāo)的“T”表示模式菌株(A.,Anaerobacillus B., Bacillus)。本次程序結(jié)果可以確定從亞硝酸鹽培養(yǎng)液中篩選出的菌株M102是一個(gè)新菌株，巴斯德桿菌改性實(shí)驗(yàn)成功，可以進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3 固化粉砂的對(duì)照實(shí)驗(yàn)

選三組等量(25g)的粉砂，取新菌株M102與原始巴斯德桿菌進(jìn)行固化粉砂對(duì)照試驗(yàn)，第一組只放入培養(yǎng)液(空白組)，第二組放入原始巴斯德桿菌菌株和培養(yǎng)液，第三組新菌株M102和培養(yǎng)液。利用掃描電鏡放大250倍掃描14 d后各組粉砂的表觀形貌。

固化實(shí)驗(yàn)前三組粉砂顆粒之間都存在有明顯的縫隙。實(shí)驗(yàn)14 d后空白對(duì)照組粉砂顆粒之間的縫隙幾乎無(wú)任何減小，說(shuō)明培養(yǎng)液并不能使粉砂顆粒有效結(jié)合；而原始巴斯德桿菌與新菌株M102作用下粉砂顆粒之間的縫隙被大量的CaCO3晶體填充，使粉砂顆粒之間的縫隙明顯減小，且第三組粉砂的致密程度明顯大于第二組，說(shuō)明新菌株M102對(duì)粉砂固化能力要大于原始巴斯德桿菌。

4 改性巴斯德桿菌橋梁裂縫修復(fù)實(shí)驗(yàn)

為確定菌株M102對(duì)橋梁裂縫的修復(fù)能力，本文采用素混凝土梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先加載素混凝土梁至其產(chǎn)生裂縫，記錄產(chǎn)生裂縫的抗壓強(qiáng)度并用混凝土裂縫寬度觀測(cè)儀記錄裂縫初始圖像。然后用工業(yè)隔離膜將裝有改性新菌固定液、培養(yǎng)液的聚亞安脂泡沫固定在混凝土梁裂縫處。將該梁置于橋梁環(huán)境下，進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)，每隔2～3 d用混凝土裂縫寬度觀測(cè)儀放大50倍觀測(cè)裂縫修補(bǔ)情況。

可以看出，28 d后表觀裂縫被完全修補(bǔ)。并將修復(fù)第28 d的混凝土梁進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果表明抗壓強(qiáng)度已達(dá)到斷裂前92.4%，即已近似恢復(fù)梁斷裂前的水平。

5 研究結(jié)論

(1)選擇巴斯德桿菌進(jìn)行培育并在亞硝酸鹽溶液的環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行改性，可以分離出發(fā)生變異的新菌株；

(2)粉砂固化能力的對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明新菌株M102對(duì)粉砂的固化能力遠(yuǎn)大于原始巴斯德桿菌，改性實(shí)驗(yàn)中分離出的新菌株在修復(fù)性能上得到了提升；

(3)橋梁環(huán)境下，新菌株M102能完全修補(bǔ)混凝土原本的裂縫，且修復(fù)后的素混凝土梁的抗壓強(qiáng)度恢復(fù)到斷裂前強(qiáng)度的92.4%，表明新菌株M102受環(huán)境影響較小，可以在橋梁環(huán)境下有效、深度修復(fù)裂縫，達(dá)到預(yù)防橋梁裂縫擴(kuò)大的目的。

[1] 黃以凱,劉漢有. 有色灌注漿在橋梁裂縫處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)公路,2012,(7):117.

[2] 李中錫.細(xì)菌混凝土[J].工程質(zhì)量學(xué)報(bào),2009,27(12):76-78.

[3] 竹文坤,羅學(xué)剛.巴斯德芽孢桿菌培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件的優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技, 2012,33(4):217-222.

2016-09-26

魯林(1994-)，男，江西吉安人，主要從事道路橋梁與渡河工程專(zhuān)業(yè)相關(guān)的研究。

U442

：A

：1008-3383(2017)06-0130-02