资源描述：
矿物岩石地球化学通报 主题约稿 Ｂ ｕ ｌ ｌ ｅ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｇ ｅ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３Ｎ ｏ ． ６，Ｎ ｏ ｖ ．，２ ０ １ ４ 收稿日期２ ０ １ ４－０ ９－０ ５收到， ０ ９－１ ８改回 基金项目国家自然科学基金项目 （４ １ １ ７ ２ ３ ０ ８，４ ０ ５ ７ ３ ０ ５ ７） ； 中国科学院知识创新工程重大项目（Ｋ Ｚ Ｚ Ｄ－ＥＷ－０ ４ －０ ２） 第一作者简介 田智宇（１ ９ ９ ０－） ， 男， 硕士研究生， 研究方向 土壤微生物与矿物风化． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｔ ｉ ａ ｎ １ ９ ９ ０ ４ ７＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ． ＊通讯作者简介 李福春（１ ９ ６ ４－） ， 男， 教授， 研究方向 土壤微生物与矿物相互作用． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌｆ ｃ ｈ ｌ ｉ ＠ｎ ｊ ａ ｕ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ． 细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法的优化 田智宇， 李福春＊， 李永 南京农业大学 资源与环境科学学院， 南京２ １ ０ ０ ９ ５ 摘 要 土壤微生物与矿物的吸附作用在矿物风化过程中具有重要的意义。为了优化细菌在矿物表面吸附量的测定方法， 本 文以胶质芽孢杆菌和蒙脱石、 伊利石、 高岭石为实验材料， 对吸附在矿物表面的细菌数量的测定方法进行了研究。结果表明， 利用茚三酮作为显色剂测定细菌蛋白质含量的方法可以获得可靠的细菌数量； 以２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ转数离心１ ０ｍ ｉ ｎ可以有效地将矿 物－细菌复合体与游离态细菌、 矿物分开；３种矿物对胶质芽孢杆菌的吸附能力大小顺序为 蒙脱石＞伊利石＞高岭石； 矿物的 比表面积、 沉淀速率和表面所带电荷数量以及细菌细胞活性是影响吸附量的主要因素； 黏土矿物与细菌之间的吸附作用力主 要来自阳离子桥。 关 键 词 黏土矿物； 胶质芽孢杆菌； 矿物－细菌复合体； 吸附； 离心转速 中图分类号Ｐ ５ ７ ５ ． ９ 文献标志码 Ａ 文章编号１ ０ ０ ７－２ ８ ０ ２（ ２ ０ １ ４）０ ６－０ ７ ７ ８－０ ６ ｄ ｏ ｉ１ ０ ． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７－２ ８ ０ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ６ ． ０ ０ ４ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ Ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｌ ａ ｙ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ Ｔ Ｉ ＡＮ Ｚ ｈ ｉ－ ｙ ｕ ，Ｌ Ｉ Ｆ ｕ －ｃ ｈ ｕ ｎ ＊ ，Ｌ Ｉ Ｙ ｏ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ２ １ ０ ０ ９ ５，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＴ ｈ ｅ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｓ ｏ ｉ ｌ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｐ ｌ ａ ｙ ｉ ｍ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｗ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｄ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｍ ｕ ｃ ｉ ｌ ａ ｇ ｉ ｎ ｏ ｕ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｌ ａ ｙ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ，ｍ ｏ ｎ ｔ ｍ ｏ ｒ ｉ ｌ ｌ ｏ ｎ ｉ ｔ ｅ， ｉ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ，ａ ｎ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｄ ｅ－ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ 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ｃ ｈ ｕ ｒ，２ ０ ０ ２） 和硫化物矿物（ 魏德州等，２ ０ ０ ６） 等体 系， 针对黏土矿物的研究相对较少。这主要是因为， 黏土矿物的颗粒细小（ 与细菌细胞相近） ， 因而较难 将游离态的细菌细胞与吸附固定态的细胞以及游离 态的黏土矿物颗粒进行有效分离。在研究细菌在矿 物表面吸附行为时， 研究者往往采用固定的离心转 速和时 间 进 行 分 离 （ 周 吉 奎 等，２ ０ ０ ３； 蒋 代 华 等， ２ ０ ０ ７； 冯伟亮等，２ ０ ０ ９） 等等， 未说明离心条件的选择 依据， 对矿物－细菌复合体有别于单一矿物和单一细 菌细胞的 特 性 也 未 给 予 足 够 的 关 注。蒋 代 华 等 （ ２ ０ ０ ７） 曾试图利用密度梯度原理研究分离矿物与细 菌的方法， 但该方法忽略了可能与矿物－细菌复合体 一起沉淀的部分游离态细菌。 以蒙脱石、 伊利石和高岭石为黏土代表， 以胶 质芽孢杆菌作为细菌代表， 重点研究了离心转速对 矿物－细菌复合体和单一矿物以及单一细菌细胞沉 淀效果的影响， 试图寻找到测定细菌在矿物表面吸 附量的省时、 省力和节能的方法。 １ 材料与方法 １． １ 材料来源 胶质芽孢杆菌（Ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｍ ｕ ｃ ｉ ｌ ａ ｇ ｉ ｎ ｏ ｕ ｓ）ＹＭ－１ 菌株的菌种由南京农业大学土壤矿物研究室提供。 ＹＭ－１菌株经过２ ４ｈ的延滞期便进入对数生长期， 经过７ ２ｈ细菌数量达到最大。此后细菌数量开始 降低， ９ ６ｈ以后进入衰亡期。蒙脱石样品购于浙江 丰虹新材料股份有限公司， 高岭石由上海五四化学 试剂厂生产， 伊利石由河北灵寿县奥森矿物粉体厂 提供。３种矿物样品均磨细并过２ ０ ０目筛备用。 １． ２ 菌液制备方法 在进行吸附实验前， 对实验室保存的ＹＭ－ １菌 株进行活化。用接种环挑取若干菌落于４ ０ ０ｍ Ｌ灭 菌生理盐水中， 在２ ８℃和２ ０ ０ｒ ｐ ｍ 条件下在摇床内 振荡２ｈ使其分散， 制成接种液。在１ ８ ０ｍ Ｌ液体培 养基中加入２ ０ｍ Ｌ接种液， 制得培养液。培养液的 初始ｐ Ｈ 值为７． ４。培养７ ２ｈ后， 培养液中含有的 细菌数量约为２． ４１ ０ ８ ｃ ｆ ｕ／ｍ Ｌ（ 平板计数法） 。根 据该菌的生长曲线可知， 此时 ＹＭ－１菌株处于稳定 生长期。文中所有吸附实验均利用处于稳定生长期 的细菌进行。将用上述方法培养的菌液在紫外线灯 下照射６ ０ｍ ｉ ｎ获得灭活菌液（ 梁馨云等， ２ ０ ０ ８） 。 １． ３ 最佳离心转速的确定方法 实验的离心时间均设定为１ ０ｍ ｉ ｎ。通过两个 阶段的实验确定最佳离心转速。第１阶段的实验在 １ ０ ０ ０～３ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 转速范围内以５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 为间隔进 行， 以初步确定合适的离心转数范围。第２阶段的 实验在１ ７ ０ ０～２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 范围内以１ ０ ０ｒ ｐ ｍ 为间隔 进行。 １． ４ 细菌数量的测定方法 为了尽可能准确地测定细菌数量， 作者首先参 考细菌数量与蛋白质含量之间的函数关系（ 周吉奎 等， ２ ０ ０ ３） 。实验方法简述如下 取９支１ ０ｍ Ｌ灭菌 的离心管， 用灭菌移液管分别移入０、１、２、３、４、５、６、 ７和８ｍ Ｌ浓度为１１ ０ ９ｃ ｆ ｕ／ ｍ ｌ的菌液。对于前８ 个离心管， 用灭菌水补足至８ｍ Ｌ。以１ ０ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ 的 转速离心１ ０ｍ ｉ ｎ， 反复离心３次后倒掉上清液， 保 留沉 淀 的 细 菌 体。用 ２ ｍ Ｌ 浓 度 ０． ５ ｍ ｏ ｌ／ Ｌ 的 Ｎ ａ ＯＨ 溶液在１ ０ ０ Ｃ水浴锅中加热２ ５ｍ ｉ ｎ。再加 入１ｍ Ｌ浓度为２ｍ ｏ ｌ／Ｌ的醋酸缓冲液和１ｍ Ｌ茚 三酮显色液， 充分混匀后， 在１ ０ ０ ℃水浴中加热２ ０ ｍ ｉ ｎ， 再用自来水冷却５ｍ ｉ ｎ后， 加入３ｍ Ｌ浓度为 ６ ０％的乙醇稀释， 充分摇匀。在波长为５ ６ ２ｎ ｍ 时 测反应产物吸光值。同时， 用稀释平板法测定各离 心管中细菌的数量。这样， 可以制得细菌数量与吸 光值关系的标准曲线。 分别 吸 取 ０． ５、１． ０、１． ５、２． ０、２． ５ｍ Ｌ，５． ０ ｍ ｇ ／ｍ Ｌ标准蛋白质溶液于试管中， 用０． ９％ Ｎ ａ Ｃ ｌ 溶液稀释至刻度， 摇匀。以０． ９％ Ｎ ａ Ｃ ｌ溶液为参 比， 在２ ８ ０ｎ ｍ 处分别测定标准溶液的吸光度， 制定 吸光值与蛋白质含量之间的关系曲线， 并进而确定 细菌数量与蛋白质含量之间的关系。 １． ５ 吸附实验方法 取２ ０ｍ Ｌ菌液（ 或灭活菌液） ， 加入５ ０ｍ ｇ黏土 矿物， 在室温和２ ０ ０ｒ ｐ ｍ 条件下在摇床内进行一系 列的吸附反应实验。吸附反应最长时间设定为７ ０ ｍ ｉ ｎ。吸附实验均设置３个重复。为了明确单一细 菌和单一矿物沉降速率与离心转速的关系， 设计了 单一菌悬液（ ２ ０ｍ Ｌ） 和单一矿物悬浊液（５ ０ｍ ｇ） 的 离心实验， 方法与吸附实验相同。在吸附反应结束 后反复离心３次， 倒出上清液， 用茚三酮法测定沉淀 ９７７ 矿物岩石地球化学通报 物中蛋白质的含量。利用细菌数量与蛋白质含量之 间的关系式即可计算得到细菌数量。 ２ 实验结果 ２． １ 测定细菌数量方法的确定 目前， 细菌数量的检测方法有平板计数法、 显 微镜直接计数法、 同位素标记计数法、 荧光闪烁计数 和蛋白质含量计算法等。一般认为， 显微镜直接计 数法的误差较大， 平板计数法过程比较繁琐， 而蛋白 质含量计算法相 对较 为 可靠 和简 单 （ 蒋 代 华 等， ２ ０ ０ ７） 。作者用茚三酮显色法测定蛋白质含量并计 算细菌数量。细菌细胞数量与蛋白质含量之间呈极 显著的正相关关系（ ｒ＝０． ９ ４，ｎ＝８，ｐ＜ ０． ０ ０ １） （ 图 １） ， 这说明， 用细菌细胞的蛋白质含量来表征体系中 细菌数量是可行的。 图１ 细菌数量与蛋白质含量的关系 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ２． ２ 吸附反应时间的确定 随着吸附时间的延长， 细菌在黏土矿物表面的 吸附量逐渐增大， 在４ ０ｍ ｉ ｎ之后吸附量不再变化 （ 图２ ） ， 这说明吸附反应时间设定为４ ０ｍ ｉ ｎ为宜。 ２． ３ 最佳离心转速的确定 第１阶段（ 在１ ０ ０ ０～３ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 转速范围内以 ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 为间隔） 的离心实验结果表明， 最佳离心转 数应介于１ ７ ０ ０～２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ ｐ ｐ之间。为此， 第２阶段 的实验在１ ７ ０ ０～２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 范围内， 以１ ０ ０ｒ ｐ ｍ 为间 隔进行。这样， 离心转数为２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ 和２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 的吸光值共有１ ２组数据。第１批６组数据中３种 矿物在２ ０ ０ ０ ｒ ｐ ｍ 和２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 平均值分别为蒙脱石 ０ ． １ ２ ２和０． ０ ７、 伊利石０． ０ ７和０． ０ ４ ２、 高岭石０． ０ ６ ８ 和０ ． ０ ５ ４， 对应标准偏差分别为０． ０ ０ ９和０． ０ ０ １ ５、 ０ ． ０ ０ ６和０． ０ ０ １、０． ０ ０ ２和０． ０ ０ ３。第２批６组数据 ２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ和２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ平均值蒙脱石分别０． １ ３ ３和 图２ ３种矿物吸附细菌数量的动态变化 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｅ ｍ ｐ ｏ ｒ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ０． ０ ６ ９、 伊 利 石 ０． ０ ６ ９ 和 ０． ０ ５ ３、 高 岭 石 ０ ． ０ ６ ４ 和 ０ ． ０ ５ ３， 对应标准偏差分别为０． ０ ２和０ ． ０ ０ ２、０． ０ ０ １ ５ 和０． ０ ０ １、０． ０ ０ ２和０． ０ ０ １。这些数据说明实验结果 的重现性很好。 在实验体系中含有细菌、 矿物和矿物－细菌复合 体等多种组分。为了使所测结果能够比较客观地反 映被矿物吸附的细菌数量， 必须排除未被吸附的细 菌（ 以下简称游离态细菌） 和表面未吸附细菌的矿物 （ 以下简称游离态矿物） 的干扰。 在１ ０ ０ ０～３ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 范围内的离心实验结果 （ 图３ ） 表明①无论是单一矿物还是单一细菌或者 是矿物＋细菌混合物， 其沉淀速率均与离心转速密 切相关，３ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 时上述３种组分基本上全部沉 淀；②３种黏土矿物的沉淀速率与离心转速的关系 存在差异， 高岭石沉淀最快， 伊利石居中， 蒙脱石最 慢；③矿物、 细菌和矿物＋细菌混合物的沉淀速率对 离心转速的响应不同， 总体上来看沉淀速率由大到 小的顺序是 游离态矿物＞游离态细菌＞矿物＋细 菌混合物。３种黏土矿物的密度大致在２． ６～２． ７ ｇ ／ｃ ｍ ３， 细菌的密度为 １． ０ ２～１． １ ２ｇ ／ｍ Ｌ（ 蒋代华 等， ２ ０ ０ ７） 。因此， 很容易理解矿物沉淀速率大于细 菌的现象。根据密度的大小来判断， 矿物－细菌复合 体的密度应该介于矿物和细菌之间。但实际上它的 沉降速率最小。这可能说明矿物－细菌复合体有特 殊性， 不是矿物与细菌二者的简单加和作用。 矿物＋细菌实验体系主要有３种组分 游离态 细菌、 游离态矿物以及矿物－细菌复合体。根据单一 细菌和单一矿物的实验结果可知， 游离态矿物和游 离态细菌在１ ５ ０ ０～２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ时均已大部分沉淀， 呈 悬浮状态的组分主要是矿物－细菌复合体。因此， 可 以利用这一规律将矿物－细菌复合体与游离态细菌 ０８７ 田智宇等／细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法的优化 图３ 蒙脱石（ａ） 、 伊利石（ ｂ） 和高岭石（ｃ）＋ 细菌实验 体系中离心转速与吸光值的关系曲线 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｍ ｏ ｎ ｔ ｍ ｏ ｒ ｉ ｌ ｌ ｏ ｎ ｉ ｔ ｅ（ａ） ， ｉ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ（ｂ）ａ ｎ ｄ ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ（ｃ）＋ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ 和游离态矿物分离开。为了提高分离效果， 作者又 在１ ７ ０ ０～２ ５ ０ ０ｒ ｐ ｍ 转速范围内进行了加密实验（ 以 １ ０ ０ｒ ｐ ｍ 为间隔） 。结果表明， ２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ 是将矿物－ 细菌复合体与游离态细菌和游离态矿物有效分离 的最佳转速。因此， 后续实验均在２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ 条件 下进行。 ２． ４ 细菌活性对吸附率的影响 由图４可以看出， 活菌和灭活菌在３种黏土矿 物表面的吸附率变化趋势基本相同， 大致上可以分 为３个阶段 第１ ０ｍ ｉ ｎ之前为快速吸附阶段； 第１ ０ ｍ ｉ ｎ至第４ ０ｍ ｉ ｎ为第２阶段， 吸附作用缓慢进行； 第４ ０ｍ ｉ ｎ以后为第３阶段， 吸附接近饱和状态。该 结果进一步验证了以４ ０ｍ ｉ ｎ作为吸附反应时间的 合理性。从图４还可以看出， ３种矿物对 ＹＭ－ １菌 株的吸附率从高到低依次是 蒙脱石＞伊利石＞ 高岭石。对比图４ ａ和图４ ｂ可以发现， ３种矿物对 活菌的吸附率均较灭活菌高１ ０％左右， 蒙脱石平均 高９． ６％， 伊 利 石 平 均 高 １ ０． ０％， 高 岭 石 平 均 高 １ ０ ． ２％ （ 表１ ） 。 图４ 活菌（ａ） 和灭活菌（ｂ） 在黏土矿物表面 吸附率的动态变化 Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｔ ｅ ｍ ｐ ｏ ｒ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｖ ｅ（ａ） ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ（ｂ）ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｌ ａ ｙ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ３ 讨 论 ３． １ 影响吸附率的主要因素 ３种黏土矿物在比表面积和表面电荷数量上的 差异可能是影响它们的吸附能力的主要原因。细菌 的比表面积约为１ ４ ５． ０ ｍ ２／ ｇ（ 张学文等，２ ０ ０ ６） 。 高 １８７ 矿物岩石地球化学通报 表１ 活细菌和灭活菌在黏土矿物表面的吸附率 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｌ ａ ｙ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ （％） 时间 （ｍ ｉ ｎ） 活菌 蒙脱 石 伊利 石 高岭 石 灭活菌 蒙脱 石 伊利 石 高岭 石 差值（ 活菌－灭活菌） 蒙脱 石 伊利 石 高岭 石 １ ０ ３ ７． ５ ３ １． ５ ２ ７． ５ ３ ０． ０ ２ ５． ７ １ １． ３ ７． ５ ５． ８ １ ６． ２ ２ ０ ４ ６． ８ ３ ９． ０ ２ ６． ５ ３ ８． ７ ３ ０． ０ １ ７． ５ ８． １ ９． ０ ９． ０ ３ ０ ５ ３． ７ ４ ３． １ ３ ０． ６ ４ ３． ７ ３ ４． ７ １ ８． ９ １ ０． ０ ８． ４ １ １． ７ ４ ０ ５ ８． ３ ４ ４． ４ ３ ０． ５ ４ ８． ９ ３ ４． ６ ２ ２． ９ ９． ４ ９． ８ ７． ６ ５ ０ ６ ０． ３ ４ ７． ４ ３ ３． ３ ５ ０． ５ ３ ５． ８ ２ ２． ９ ９． ８ １ １． ６ １ ０． ４ ６ ０ ６ １． ５ ４ ８． ２ ３ ３． ３ ５ １． ０ ３ ５． ９ ２ ４． １ １ ０． ５ １ ２． ３ ９． ２ ７ ０ ６ ２． ７ ４ ８． ０ ３ ４． ２ ５ ２． ０ ３ ６． ５ ２ ５． ３ １ ０． ７ １ １． ５ ８． ５ ８ ０ ６ ３． ０ ４ ８． ６ ３ ４． ９ ５ ２． ５ ３ ６． ７ ２ ５． ７ １ ０． ５ １ １． ９ ９． ２ 平均值５ ５． ５ ４ ３． ８ ３ １． ３ ４ ５． ９ ３ ３． ７ ２ １． １ ９． ６ １ ０． ０ １ ０． ２ 岭石比表面积为５～４ ０ｍ ２／ ｇ， 伊利石和蒙脱石分别 为９ ０～１ ５ ０ ｍ ２／ ｇ和 ７ ０ ０～８ ５ ０ ｍ ２／ ｇ（ 黄 昌 勇， ２ ０ ０ ０） 。可见，３种矿物比表面积的大小顺序与它们 对 ＹＭ －１菌株吸附率的大小顺序一致。这说明矿物 的比表面积可能是影响吸附量的重要因素。 蒙脱石的电荷零点（Ｐ Ｚ Ｃ ） 为２． ５ （ 吴华勇等， ２ ０ １ １） ， 伊利石和高岭石分别为２． ８～３． ２和３． ４～ ３． ６（ 胡 岳 华 等，２ ０ ０ ３； 赵 声 贵 等，２ ０ ０ ７； 关 风 等， ２ ０ ０ ９） 。作者实验的 ｐ Ｈ （ ７． ４） 条件下３种矿物表面 均带负电荷， 其顺序与它们对细菌吸附率大小一致， 即蒙脱石＞伊利石＞高岭石。这说明矿物表面所带 电荷数量可能也对吸附作用产生一定的的影响。 ３种黏土矿物在溶液中的沉淀速率大小顺序 （ 高岭石＞伊利石＞蒙脱石） 与它们对细菌的吸附能 力大小顺序（ 蒙脱石＞伊利石＞高岭石） 刚好相反的 事实说明， 细菌可能容易在悬浊液中发生吸附作用， 而快速沉淀于容器底部的矿物颗粒则不利于吸附作 用的进行。 ３种矿物对活菌吸附率均比灭活菌高１ ０％左 右， 说明细菌的活性在一定程度上影响吸附作用。 ３． ２ 黏土矿物与细菌发生吸附的作用力 一般认为， 矿物与微生物间的吸附与解吸作用 是范德华力、 静电力、 疏水作用、 阳离子键桥、 氢键和 空间位阻效应等多种作用力共同作用的结果（ 荣兴 民等， ２ ０ ０ ８） 。本研究表明， 阳离子键桥和静电引力 可能是导致 ＹＭ－１菌株在黏土矿物表面吸附的主要 原因。由于类质同象作用或晶体边缘断键而在矿物 表面形成活性基团， 这使得土壤矿物颗粒表面常带 净负电荷。微生物表面（ 尤其是其Ｓ层） 含有羧基、 磷酰基、 氨基等功能基团， 因而总体上也带负电荷 （Ｄ ｏ ｕ ｇ ｌ ａ ｓ ａ ｎ ｄ Ｂ ｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ，１ ９ ９ ８） 。土壤细菌细胞壁 的Ｐ Ｚ Ｃ（４． ５） （ 张学文等，２ ０ ０ ６） 就说明了这一点。 若是仅仅依靠静电力吸附， 则吸附能力应该与矿物 表面带电荷数量大小顺序相反， 即应该是带电荷越 多， 吸附能力越差。因此， 作者推测， 黏土矿物与细 菌这两种带负电荷的胶体颗粒有可能通过电解质来 形成阳 离 子键 桥进 而 克服势能障 碍 （ 荣 兴 民 等， ２ ０ ０ ８） 并最终发生吸附作用。 此外， 静电引力可能对吸附作用也有一定的贡 献， 细菌可以通过新陈代谢作用减少表面负电荷数 量甚 至 将 其 改 变 为 带 正 电 荷 （Ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｅ ｚ ｅ ｔ ａ ｌ．， ２ ０ ０ ８） 。因此， 与活菌相比， 灭活菌表面负电荷较多， 其与黏土矿物表面接触时的静电斥力也较大。这可 能是灭活菌在矿物表面的吸附率低于活菌的主要原 因。 ４ 结 论 通过一系列实验对细菌在黏土矿物表面吸附 量的测定方法进行了优化研究。结果表明 用茚三 酮作为显色剂的蛋白质含量测定法可以客观地反映 细菌数量； 吸附反应时间４ ０ｍ ｉ ｎ；２ ０ ０ ０ｒ ｐ ｍ 的转速 下离心１ ０ｍ ｉ ｎ可以使游离态细菌和游离态矿物与 矿物－细菌复合体大部分留在悬浊液分离可较准确 地测定被矿物吸附的细菌数量。３种黏土矿物在溶 液中的沉淀速率大小顺序为 高岭石＞伊利石＞蒙 脱石， 而它们对胶质芽孢杆菌 ＹＭ－１菌株的吸附能 力大小顺序则刚好相反 蒙脱石＞伊利石＞高岭石。 矿物的比表面积、 沉淀速率和表面所带电荷数量以 及细菌活性是影响吸附量的主要因素； 黏土矿物与 细菌之间的吸附作用力主要来自阳离子桥， 静电引 力可能也起到一定作用。 参考文献 （Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ） Ｎ ａ ｎ ｎ ｉ ｐ ｉ ｅ ｒ ｉ Ｐ，Ａ ｓ ｃ ｈ ｅ ｒ Ｊ，Ｃ ｅ ｃ ｃ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉ Ｍ Ｔ． ２ ０ ０ ３．Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ［Ｊ］．Ｅ ｕ ｒ ｏ ｐ ｅ ａ ｎ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ，５ ４ （４） ６ ５ ５－６ ７ ０． Ｓ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ ｋ ａ ｌ ａ Ａ Ｒ，Ｒ ａ ｉ ｃ ｈ ｕ ｒ Ａ Ｍ． ２ ０ ０ ２． Ｒ ｏ ｌ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｉ ａ ｌ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍ ｙ ｘ ａ ｏ ｎ ｔ ｏ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｚ［Ｊ］． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｏ ｉ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ＢＢ ｉ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ，２ ４１ １ －２ ０． Ｄ ｏ ｕ ｇ ｌ ａ ｓ Ｓ，Ｂ ｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ Ｔ Ｊ ． １ ９ ９ ８．Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ［Ｊ］． Ｆ ＥＭ Ｓ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｅ ｃ ｏ ｌ ｏ－ ｇ ｙ，２ ６７ ９－８ ８． Ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｅ ｚ Ｒ Ｅ，Ｐ ｏ ｋ ｒ ｏ ｖ ｓ ｋ ｙ Ｏ Ｓ，Ｊ ａ ｃ ｑ ｕ ｅ ｓ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｔ ｔ，Ｏ ｅ ｌ ｋ ｅ ｒ ｓ Ｅ Ｈ． ２ ０ ０ ８． Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｚ ｅ ｔ ａ－ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｍ ｅ ｔ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ａ ｄ ｃ ｙ ａ ｎ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ［Ｊ］． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｓ ｃ ｉ－ ｅ ｎ ｃ ｅ，３ ２ ３（２） ３ １ ７－３ ２ ５． 冯伟亮，贺小敏，沈敏，张晓斌，陈浩，黄巧云． ２ ０ ０ ９．恶臭假单胞 菌与土壤矿物的界面反应及其对甲基对硫磷降解影响［Ｊ］．分 ２８７ 田智宇等／细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法的优化 析科学学报，２ ５（５） ５ １ ２－５ １ ６． 胡岳华，陈湘清，王毓华． ２ ０ ０ ３．磷酸盐对一水硬铝石和高岭石浮 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结晶学与矿物 学、 行星和宇宙矿物学、 分析测试技术与应用等１ ０个板块， 共５ ８个专题。与会代表就这些专题展开了热烈并富有成效 的交流和讨论。 会议大会报告８个， 分会场报告５ ０ ０余个， 展板约２ ３ ０ 块。我会理事鲁安怀教授应大会邀请做了题为“Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ－ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ｗ ｏ ｒ ｌ ｄＡ ｎ ｅ ｗ ｐ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｎ
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