3种常见细菌胞外特征有机酸对方解石的溶蚀研究_王建萍

体健康。微生物个体也是重要超细颗粒物， 与大气 1 ． 3 细菌胞外有机酸的表征 颗粒物在形态、 共存状态和空气动力学上高度关联。 分别将 3 种细菌培养至稳定期， 离心， 收集菌 ， ， 0． 85% 3 （ 大量研究表明大气颗粒物与微生物作用时 微生物 生理盐水清洗 次 排除培养基的影 体 用 自身的结构及其代谢活动会对矿物某些性质造成重 大影响。目前有关微生物代谢活动中有机酸对大气 颗粒物（ 其中方解石细颗粒为典型成分） 作用的报道 还不多。鉴于此， 本文以方解石 （ PM2． 5 ） 作为研究对 象， 在测定 3 种常见细菌 （ 硅酸盐细菌、 金黄色葡萄 球菌和大肠杆菌） 的胞外有机酸特征组分的基础上， 模拟研究有机酸对方解石离子溶出情况 、 溶蚀率、 表 面基团及表面形貌的影响， 从而探讨细菌胞外有机 酸对方解石的溶蚀效果。实验结果对理解矿物细颗 粒与微生物界面作用机制、 微生物浸溶难溶矿物可 提供一定理论基础， 对建立可吸入矿物细颗粒环境 和健康影响评价体系具有重要意义 。 响） 后悬浮在 20 mL 的 0. 85% 生理盐水中振荡 8 h， 离心， 收集上清液， 用 0. 45 μm 微孔过滤待用。 细菌胞外有机酸的测定参考文献 （ 冯德明等， 2009 ； Kelebek et al． ，2009 ） 中的方法并加以改进， HPLC ） 定性定量分 采用反相高效液相色谱法 （ ＲP析。色谱条件： 美国 Agilent1260 高效液 相 色 谱 仪， ZOＲBAX SBC18 柱 （ 4. 6 mm × 150 mm， 5 μm ） ； 柱 温 30℃ ； 以 pH = 2. 45 的 3% CH3 OH0. 05 mol / L Na2 HPO4 缓冲溶液作为流动相； 流速为 1. 0 mL / min； 检测波长 205 nm； 进样量 10 μL。4 min 内 7 种有机 酸得到了很好的分离， 且标准曲线的线性相关系数 都在0. 999 9 ～ 1． 000 0 之间， 说明线性关系良好。 1 ． 4 有机酸对方解石的溶蚀实验 量取超纯水 50 mL 于 150 mL 锥形瓶中， 加入 3 种细菌胞外液中检测到的几种含量较多的有机酸， 振 荡使有机酸完全溶解。方解石经紫外杀菌 12 h 后加 入上述有机酸溶液中， 使方解石的最终浓度为 8 mg / mL， 测定溶液初始 pH 值后放置于恒温振荡培养箱
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第 34 卷
region 1 600 ～ 500 cm － 1 in citric acid． Key words: bacteria; extracellular organic acids; calcite ( PM2. 5 ) ; dissolution 大量研究表明， 微生物可以通过其代谢产物来 腐蚀碳酸盐岩石。马恒等（ 2009 ） 认为是因为微生物 表面以及胞外分泌物富含酸性基团， 所以具有吸附 Warscheid 和 和富集阳离子的能力。连宾等 （ 2008 ） 、 Braams（ 2000 ） 指出微生物通过代谢转化会对矿物产 生溶蚀效应。有机酸是微生物代谢活动的重要产物 之一， 在微生物对碳酸盐的溶蚀过程中起着非常重 要的作用。有关有机酸对碳酸盐作用的研究已经有 50 多 年 的 历 史 （ Harris，1961 ； Chatelain et al． ， 1976 ； Fredd and Fogler，1998a，1998b； AlKhaldi et al． ，2007 ； Pokrovsky et al． ，2009 ； Oelkers et al． ， 2011 ） 。其中 Oelkers 等 （ 2011 ） 指出当 EDTA4 － 和柠 －4 檬酸的量大于 10 mol / kg 时， 能显著增加方解石的 Burns 等 （ 2003 ） 、 Barwise 等 溶解率； Perry 等（ 2004 ） 、 （ 1990 ） 对方解石在有机酸中的溶解速率和阶跃速率 的研究结果发现， 酒石酸、 海藻酸和天冬氨酸都能促 进方解石的溶解。 近年来， 随着城市化和工业化进程的加快， 大气 可吸入颗粒物污染日趋严重， 严重影响着人类的身 外的其它物相， 采用定量 X 射线荧光 （ XＲF ） 光谱法 SiO2 测 定 其 成 分 为 CaO 55. 11% ， MgO 0. 54% ， 0. 36% ， Al2 O3 0. 36% ， Fe2 O3 0. 19% ， Na2 O 0. 03% ， K2 O 0. 04% ， MnO 0. 06% ， TiO2 0. 01% ， P2 O5 0. 01% ， SO3 0. 02% ， LOI 43 3 7% ， 由此可知方解石中 CaCO3 的含量超过 98% 。 方解石（ PM2． 5 ） 制样时， 研磨料球比为 1 ∶ 3 ， 浆 3SP4J 型 ） （ 转 料浓度为 40% ， 卧式行星球磨机 （ QM速 30 Hz） 研磨 90 min， 将矿物洗出后， 置于 40 ℃ 烘 箱 中 烘 干，封 装，待 用，用 马 尔 文 激 光 粒 度 仪 （ LS13320 型 ） 测 定 粒 度， 其 中 位 径 D50 为 2. 512 μm， 与 2. 5 μm 相接近， 满足实验要求。 1 ． 2 细菌培养和准备 硅酸盐菌株由中科院地球化学研究所连宾研究 1998 ； 连 宾 等， 2005 ） ； 大 肠 杆 菌 员提 供 （ 连 宾， ATCC25922 购自卫生部临床检验中心； 金黄色葡萄 球菌由四川省绵阳四零四医院友情赠送。 硅酸盐细 1998 ） ， 菌采用无氮培养基培养（ 连宾， 大肠杆菌和金 黄色葡萄球菌采用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养 。
Abstract: In order to thoroughly understand the mechanism between microbe and atmospheric inhaled mineral fine particles， the authors used calcite ( PM2. 5 ) as the research object， and made qualitative and quantitative analysis of the main components of Silicate bacteria， Staphylococcus aureus and Escherichia coli extracellular organic acids by reverse phase high performance liquid chromatography ( ＲP_HPLC) ． On such a basis， the authors investigated the dissolution of calcite by bacterial organic acids． The results are as follows: The main organic acids components of three common bacteria include oxalic acid， lactic acid， citric acid and succinic acid; Different organic acids have different effects on dissolution of calcite: ① Serveral different nic acids can promote the release of Ca ions at different levels; ② Calcite exhibits the weight of grain decrease under the action of oxalic acid， lactic acid and citric acid， whereas recrystallization occurs under the action of citric acid， which aslo can change the surface morphology of calcite， making the residue exhibit fibrous form; ③ Under the action of oxalic acid and citric acid， the residue absorbs the organic acid groups ( e． g． C = O， C —C or C —H) ， especially in the
－1 吸附， 特别是柠檬酸在1 600 ～ 500 cm 区域。
关键词： 细菌； 胞外有机酸； 方解石（ PM2． 5 ） ； 溶蚀 中图分类号： P579 ； Q939． 99 文献标识码： A 6524 （ 2015 ） 03038706 文章编号： 1000-
A study of the dissolution of calcite by three common bacterial typical extracellular organic acids
1022 ； 修订日期： 20150209 收稿日期： 2014基金项目： 国家自然科学基金重点资助项目（ 41130746 ） ； 国家自然科学基金面上资助项目（ 41472309 ） ； 西南科技大学研究生创新基金 （ 14ycx076 ） mail： mywangjianping@ 163． com； 通讯作者： 李琼芳， 作者简介： 王建萍（ 1988- ） ，女，汉，研究生在读，研究方向： 环境微生物，EEmail： liqiongfang1992@ 126． com。
第 34 卷 第 3 期 2015 年 5 月
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ACTA
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PETＲOLOGICA
MINEＲALOGICA
Vol． 34 ，No． 3 ： 387 ～ 392 2015 May，
3 种常见细菌胞外特征有机酸对方解石的溶蚀研究