营养状态与硫酸根对细菌在多孔介质中迁移行为的影响

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本文采用柱子实验方法对细菌在饱和多孔介质中的迁移行为进行了研究。主要研究了不同营养状态下细菌的迁移行为的不同,以及硫酸根离子对细菌迁移行为的影响。  首先,本研究进行了与营养物质在溶液中共存和饥饿两种营养状态下细菌的迁移实验,并且为了探讨营养状态对细菌迁移的影响机制,同时测定了细菌大小,表面Zeta电位以及EPS组分在不同营养状态下的变化。实验选用两种代表性的细菌,Escherichia coli DH5α(革兰氏阴性)和Bacillus subtilis(革兰氏阳性)。实验结果表明,细菌与营养物质在溶液中共存时,细菌的迁移能力得到了增强,然而在此营养状态下,细菌的大小、表面Zeta电位和EPS成分较无营养物质存在时没有明显变化。进一步的营养物质优先吸附实验表明,营养物质与细菌在石英砂表面的竞争吸附是导致细菌与营养物质共存时迁移能力增强的原因。另一方面,通过细菌在饥饿48h的状态下的迁移实验发现,饥饿细菌的迁移能力也能够增强。同时,饥饿细菌的大小,表面Zeta电位和EPS成分发生变化,由此我们认为这几个因素共同导致了饥饿细菌的迁移能力的增强。  本研究还对不同浓度硫酸根对细菌在饱和多孔介质中的迁移行为的影响进行了实验与讨论。本部分实验选用的细菌为Escherichia coli BL21(革兰氏阴性)和Bacillus subtilis(革兰氏阳性)。实验结果表明,在总离子强度相同的条件下,溶液中存在的硫酸根能促进细菌的迁移能力,并且细菌的迁移能力随硫酸根离子浓度从5 mM增至20 mM时不断增强,细菌表面Zeta电位也逐渐降低。为了探究硫酸根对细菌迁移能力的影响机制,采用剥除了EPS的细菌进行迁移实验,发现剥除了EPS的细菌的迁移行为与表面Zeta电位不受硫酸根浓度影响。因此,我们认为硫酸根能与细菌EPS互相作用,使得细菌表面Zeta电位降低,从而能够提高细菌与介质表面的排斥力,进而促进细菌的迁移。  在本课题中所采用的三种细菌具有典型代表性,因此两部分研究的结论适用于自然环境中的大多数细菌。并且,共存营养物质和硫酸根对细菌迁移行为的影响首次被研究和探讨,对存在分歧的饥饿对细菌迁移行为的影响机制也进行了假设与讨论,具有创新性。对于地下水污染防护和原位生物修复具有一定的理论指导意义。
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