李淑英，李 燕，胡貴蓮，張翠萍，申太波，劉淑娟，周元清

(玉溪師范學院化學生物與環(huán)境學院， 云南 玉溪 653100)

0 引言

表面活性劑是一類加入微少量就能使表面張力減少的有機物，有殺菌、潤滑等功能，被廣泛應用到各個領域，大量使用時，會帶來很多嚴重的環(huán)境問題，給生態(tài)環(huán)境帶來較大影響[1]。表面活性劑對微生物的毒性，一方面是通過與細胞膜中的液態(tài)成分作用使細胞膜溶解，另一方面是通過與細胞中的重要功能蛋白發(fā)生反應[2]，表面活性劑的毒性與類型及表面活性劑濃度有關[3,4]。十二烷基硫酸鈉(SDS)為白色或淡黃色粉狀，有去污、乳化和優(yōu)異的發(fā)泡力，是一種陰離子表面活性劑；聚乙二醇6000(PEG6000)為白色蠟狀固體薄片或顆粒狀粉末，屬于非離子型表面活性劑[5]。表面活性劑在工業(yè)行業(yè)中應用較廣泛，有殺菌與消毒作用，其主要原因是可以和細菌生物蛋白質(zhì)發(fā)生作用，加速蛋白質(zhì)分子變性[6]，所以微生物生長變化可以直接反映出水體受污染程度，將微生物作為表面活性劑毒性監(jiān)測指示者具有一定的實用價值[7]。

本實驗選擇4株細菌作為研究對象。2株革蘭氏陽性菌：枯草芽孢桿菌和簡單芽孢桿菌；2株革蘭氏陰性菌：大腸桿菌和變形桿菌。用不同濃度的表面活性劑PEG6000、SDS脅迫培養(yǎng)后，對4株細菌測定生長曲線，分析不同濃度PEG6000、SDS對細菌生長的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：4株細菌對兩種表面活性劑表現(xiàn)出不同的敏感性，兩種表面活性劑對細菌的毒性也表現(xiàn)出較大差異，為表面活性劑污染環(huán)境后對細菌的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試菌種

枯草芽孢桿菌(BaciLLussubtiLis)，簡單芽孢桿菌(BaciLLussimpLex)，革蘭氏陽性菌(G+)；

大腸桿菌(EscherichiacoLi)，變形桿菌(ProteusvuLgaris)，革蘭氏陰性菌(G-)。

1.2 培養(yǎng)基

LB培養(yǎng)基：胰蛋白胨 10g；酵母膏5g；NaCl 10g；蒸餾水1000mL。

1.3 方案設計

1.3.1 菌種活化

將4株供試菌種在無菌條件下轉(zhuǎn)接于LB培養(yǎng)基，連續(xù)轉(zhuǎn)接2次，于35℃恒溫培養(yǎng)24h后備用。

1.3.2 不同濃度表面活性劑培養(yǎng)基配制

250mL錐形瓶盛100mL LB液體培養(yǎng)基，加入PEG6000，濃度分別為：0、0.5、1.0、1.5、2.0g/L，每個濃度3個平行；加入SDS，濃度分別為：0、0.2、0.4、0.6、0.8g/L，每個濃度3個平行；同時設置對照。

1.3.3 脅迫培養(yǎng)

將活化后的斜面菌種用3mL無菌水洗脫3次，合并倒入無菌試管中混勻。

用10mL的移液管將脅迫培養(yǎng)基分別加入三角瓶中，每個三角瓶10mL，用牛皮紙包扎好置于高壓蒸汽滅菌鍋中滅菌。滅菌后，分別按照濃度梯度為0、0.5、1.0、1.5、2.0g/L添加PEG6000，0、0.2、0.4、0.6、0.8g/L添加SDS，另以不含表面活性劑的培養(yǎng)基作對照，在無菌條件下將擴大培養(yǎng)的菌液按10%的接種量分別接種于上述培養(yǎng)基中，置于搖床(120r/min)上恒溫(35℃)搖瓶培養(yǎng)。

1.3.4 生長曲線測定

培養(yǎng)過程(96h)中每隔8h無菌操作取樣1次，于可見光分光光度計600nm處測其吸光度，每個樣品有3個平行，求其平均值，繪制4種細菌在不同濃度PEG6000、SDS脅迫培養(yǎng)過程中的生長曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG6000 脅迫對4株細菌生長曲線的影響

由圖1～圖3可看出，PEG6000對枯草芽孢桿菌、簡單芽孢桿菌和大腸桿菌的生長有影響，PEG6000濃度為0.5～2.0g/L時，對3株細菌的生長都表現(xiàn)為抑制作用；當PEG6000濃度為2.0g/L時，對大腸桿菌的抑制作用明顯；簡單芽孢桿菌則表現(xiàn)為PEG6000濃度為1.0g/L生長受到明顯抑制。有研究[8]發(fā)現(xiàn)，低濃度表面活性劑(TCJ0.1g/L和KPS 0.2g/L)對細菌的生長表現(xiàn)為促進作用，高濃度(1.5g/L)表面活性劑對細菌表現(xiàn)出抑制作用，本實驗中PEG6000對枯草芽孢桿菌、簡單芽孢桿菌和大腸桿菌的生長都表現(xiàn)為抑制作用。聚乙二醇6000(PEG6000)是廣泛選用的模擬干旱的滲透劑[9]，對細胞的生長發(fā)育有較大影響，PEG6000對枯草芽孢桿菌、簡單芽孢桿菌和大腸桿菌的生長抑制作用較TCJ和KPS明顯,本實驗選擇PEG6000濃度較高也會影響3株細菌的生長。

圖1 PEG6000脅迫下枯草芽孢桿菌生長曲線

圖2 PEG6000脅迫下簡單芽孢桿菌生長曲線

圖3 PEG6000脅迫下大腸桿菌生長曲線

由圖4可看出，變形桿菌PEG6000脅迫培養(yǎng)有較強的耐受性和適應性，在96h內(nèi)變形桿菌的生長表現(xiàn)出上升趨勢，24h內(nèi)變形桿菌的生長低于對照，說明一段時間內(nèi)PEG6000對變形桿菌的生長有抑制作用，隨著培養(yǎng)時間的延長，變形桿菌的生長逐漸升高，應該是大腸桿菌對PEG6000脅迫環(huán)境有較強的適應能力，過度地使用表面活性劑也可能使細菌產(chǎn)生耐藥性[10]。

實驗結(jié)果表明，在低濃度下，PEG6000對兩種細菌的生長具有一定的刺激作用，在高濃度下，對枯草芽孢桿菌的生長具有抑制作用，但是抑制效果不太明顯，對假單胞菌的生長還是表現(xiàn)為促進作用。說明PEG6000的毒性不是太強，對細菌生長的脅迫作用不太顯著。且兩種細菌對PEG6000的敏感程度不同，枯草芽孢桿菌(G+)比假單胞菌(G-)更敏感，可能原因是兩種細菌的結(jié)構(gòu)差異和對不良環(huán)境的適應能力不同[5]。

2.2 SDS脅迫培養(yǎng)對4株細菌生長曲線的影響

由圖5～圖8可看出，SDS對4株細菌的生長影響較大，本實驗SDS>0.4g/L后對4株細菌的生長都表現(xiàn)為抑制作用，與雷鳴[11,12]等人研究結(jié)果類似，其結(jié)果表明表面活性劑質(zhì)量濃度>0.5g/L時，微生物種群數(shù)量降低。SDS對納豆芽胞桿菌的生長具有較大的影響，即使在0.2g/L的低濃度下也不能使菌體正常生長[13]，本實驗中當SDS濃度為0.2g/L時，4株細菌在一段時間內(nèi)生長明顯受到抑制，后期對SDS表現(xiàn)出不同的適應能力：枯草芽孢桿菌40脅迫培養(yǎng)40h后開始有生長，大腸桿菌與變形桿菌脅迫培養(yǎng)56h后出現(xiàn)生長現(xiàn)象，而簡單芽孢桿菌對SDS脅迫環(huán)境適應能力較弱，直至88h后才開始生長。4株細菌在初期培養(yǎng)過程中對一定濃度SDS(本實驗為0.2g/L)耐受性較弱的菌群大量死亡，少量耐受性較強的菌群由于外界環(huán)境變化所造成的環(huán)境脅迫會誘惑其產(chǎn)生保護或適應機制來適應環(huán)境變化，從而使其生存能力提高，導致細菌數(shù)量大量增加[14]。枯草芽孢桿菌是用于研究芽孢萌發(fā)的模式微生物，對其芽孢萌發(fā)的特點及機制[15,16]較多，環(huán)境因素會影響芽孢萌發(fā)，同時芽孢在其他因子，如溶菌酶、鹽、高壓、2，6吡啶二羧酸鈣(Ca+-DPA)以及陽離子表面活性劑作用下也能萌發(fā)。實驗中選擇的簡單芽孢桿菌是從濕地植物-香蒲根際經(jīng)過HCB多次脅迫培養(yǎng)篩選分離到的內(nèi)生細菌，研究[17]發(fā)現(xiàn)該菌株芽孢形成時間較早，基礎培養(yǎng)基上培養(yǎng)16h即出現(xiàn)芽孢，這一特征有別于其他芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌為46h)。其他生物學特性還在進一步研究中，芽孢萌發(fā)“多信使，多受體”假說認為超表達芽孢的萌發(fā)受體能增加萌發(fā)速率，而低表達則會出現(xiàn)深度休眠芽孢[18]，簡單芽孢桿菌在脅迫環(huán)境中是否產(chǎn)生了深度休眠芽孢導致其在SDS(0.2g/L)環(huán)境中芽孢的萌發(fā)延遲還需深入研究，該菌株在本實驗中芽孢萌發(fā)時間為80h。

圖5 SDS脅迫下枯草芽孢桿菌生長曲線

圖6 SDS脅迫下簡單芽孢桿菌生長曲線

圖7 SDS脅迫下大腸桿菌生長曲線

圖8 SDS脅迫下變形桿菌生長曲線

實驗結(jié)果表明，SDS在低濃度下(本實驗為0.2g/L)對4種細菌的生長前期有明顯的抑制作用，說明SDS的毒性比PEG6000更強，SDS濃度為0.4g/L時，4株細菌的生長已經(jīng)完全被抑制。研究[19,20]認為兩類細菌對外界污染的敏感程度不同，G+比G-更敏感，原因是兩類細菌結(jié)構(gòu)及成分有差異，導致其解毒抗性能力不同，對不良環(huán)境的適應能力也不同。

3 結(jié)論

3.1 4株細菌對兩種表面活性劑的敏感性不同

PEG6000(濃度：0、0.5、1.0、1.5、2.0g/L)和SDS(濃度：0、0.2、0.4、0.6、0.8g/L)對簡單芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌及大腸桿菌都有抑制作用，其中PEG6000有抑制現(xiàn)象但3株細菌還有生長，SDS濃度>0.4g/L 3株細菌的生長完全停止，SDS濃度為0.2g/L時培養(yǎng)一段時間3株細菌數(shù)量開始增加，應該是遺傳變異所致；變形桿菌對PEG6000和SDS表現(xiàn)有差異，該實驗濃度條件下PEG6000促進變形桿菌的生長，變形桿菌在SDS(0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L)條件下生長完全被抑制，試驗發(fā)現(xiàn)4種細菌在PEG6000和SDS的脅迫作用下，G+比G-更敏感。

3.2 不同的表面活性劑對微生物的毒性有明顯差異

實驗通過測定陰離子表面活性劑(SDS)和非離子表面活性劑PEG6000對4株細菌脅迫后生長曲線的變化后發(fā)現(xiàn)，低濃度(0.2g/L))的SDS對細菌的生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用，當SDS濃度>0.4g/L后對4株細菌的生長完全抑制；相對高濃度(2.0g/L)的PEG6000對細菌生長也有抑制作用，變形桿菌在此濃度下表現(xiàn)為促進作用，兩種表面活性劑對4種細菌的毒性順序為SDS>PEG6000。