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爽严
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1 第 33 卷第期 2013 年月环境科学学报 Acta Scientiae Circumstantiae Vol. 33,No. Apr., 2013 南亚萍,袁林江,王洋金黄色葡萄球菌聚磷特性研究[ J]. 环境科学学报,33() : Nan Y P, Yuan L J, Wang Y Characteristic and performance of phosphate accumulation by Staphyloccocus aureus [ J ]. Acta Scientiae Circumstantiae,33() : 金黄色葡萄球菌聚磷特性研究南亚萍,袁林江,王洋西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安收稿日期: 修回日期: 录用日期: 摘要:在厌氧 / 好氧交替环境下,对一般不认为是典型聚磷菌的金黄色葡萄球菌( Staphyloccocus aureus) 纯菌的释磷聚磷行为和碳源利用情况进行了研究,并考察了其对实际生活污水中磷的去除效果. 结果表明,正常好氧条件下培养的金黄色葡萄球菌,改为厌氧培养 5 h 后就有明显的释磷行为;在紧接下来转为好氧培养时会快速吸磷,6 h 时的吸磷量达水中总磷的 65%,菌体含磷量由之前的 0. 98% 增加到 2. 30%. 染色观察显示,厌氧培养后菌体内聚羟基丁酸( PHB) 颗粒显著增多,转为好氧培养后胞内聚磷颗粒增多. 经过厌氧 / 好氧交替运行个周期后菌体的含磷量就由初期的 0. 8% 增至. 6%,但每个环境交替周期内吸磷量并未显著增加,且在厌氧 / 好氧交替的第 1 个周期,金黄色葡萄球菌即具有明显释磷吸磷行为. 该菌在厌氧阶段可利用包括蛋白胨葡萄糖等大分子有机物在内的多种碳源释磷;其对实际生活污水磷的去除率高达 98. 2%. 因此,金黄色葡萄球菌具有典型的聚磷菌特征,其聚磷时可利用的碳源可以是 VFAs 之外的蛋白质和葡萄糖,且其聚磷能力不需要诱导,是其与生具有的本性. 关键词:聚磷菌; 金黄色葡萄球菌; 生物除磷文章编号: (2013) 中图分类号:X172 文献标识码:A Characteristic and performance of phosphate accumulation by Staphyloccocus aureus NAN Yaping,YUAN Linjiang,WANG Yang School of Environment and Municipal Engineering, Xi an University of Architecture & Technology, Xi an Received 9 July 2012; received in revised form 21 September 2012; accepted 28 September 2012 Abstract: Phosphate release and uptake under anaerobic and aerobic alternative condition and carbon sources utilization of cultivated strain of Staphyloccocus aureus were investigated. Phosphate removal from domestic wastewater were also investigated. Traditionally, Staphyloccocus aureus was not recognized as a typical phosphorus accumulation organism ( PAOs). The results from this study however showed that Staphyloccocus aureus cultured under normal aerobic condition exhibited noticeable phosphate release when it was shifted to anaerobic condition only for 5 hours. It would take up the phosphate quickly when transformed into the aerobic stage. The efficiency of phosphate uptake from bulk liquid was 65% of the total phosphate removal after 6 hours. As a result, the phosphate content of the strain increased from 0. 98% to 2. 30%. The optical photos of the strain during the culture period showed that the PHB particles content of the strain increased obviously at the anaerobic stage, while the polyphosphate particles content increased accordingly at the aerobic stage. Cultivated after cycles of anaerobic and aerobic alternation, phosphate content of the strain increased from 0. 8% to. 6%, and the amount of phosphate uptake did not rise with the cultivation. Even at the first cycle, the strain displayed an outstanding ability of phosphate release and uptake. The strain could utilize various carbon sources including the macromolecule organic matters, such as glucose and peptone, for releasing phosphate at the anaerobic stage. The phosphate removal efficiency could reach 98. 2% when the strain was inoculated in domestic wastewater. This demonstrates that the strain presents the typical characteristic of the PAOs, and can utilize carbon sources besides VFAs during phosphorus release. The ability of phosphate accumulation of the strain is inherent. Inducing is therefore not needed. Keywords: phosphorus accumulation organisms ( PAOs) ; Staphyloccocus aureus; biological phosphorus removal 基金项目: 国家自然科学基金 ( No ) Supported by the National Natural Science Foundation of China( No ) 作者简介: 南亚萍(1976 ),女,讲师( 博士), nanyaping@ xauat. edu. cn; 通讯作者( 责任作者), yuanlinjiang@ xauat. edu. cn Biography: NAN Yaping(1976 ),female, lecturer( Ph. D. ), nanyaping@ xauat. edu. cn; Corresponding author, yuanlinjiang@ xauat. edu. cn

aureus) 纯菌的释磷聚磷行为和碳源利用情况进行了研究,并考察了其对实际生活污水中磷的去除效果. 结果表明,正常好氧条件下培养的金黄色葡萄球菌,改为厌氧培养 5 h 后就有明显的释磷行为;在紧接下来转为好氧培养时会快速吸磷,6 h 时的吸磷量达水中总磷的 65%,菌体含磷量由之前的 0. 98% 增加到 2. 30%.

2 期南亚萍等 : 金黄色葡萄球菌聚磷特性研究引言 (Introduction) 自 20 世纪 50 年代在活性污泥中发现生物聚磷现象以来, 人们对聚磷菌及聚磷机理的探索一直没有停止. 已有很多学者从不同生物除磷系统的活性污泥中分离得到具有强化生物除磷特性的聚磷菌 ( 郑金伟等,200). 现在普遍认为 β-proteobacteria 纲的生物是聚磷菌优势种群 (Bond et al.,1999). 但目前对聚磷菌种类的认识并不一致, 对聚磷机理研究也不够透彻. 有研究认为大肠杆菌金黄色葡萄球菌等也有聚磷作用 ( Choi et al.,2000), 它们也都在聚磷活性污泥中发现并被分离出来 ( 朱怀兰等, 199; 鲍林林,2008). 但这两种菌的原始生活环境与一般聚磷菌生物除磷所需环境相去甚远, 它们的聚磷特性及聚磷机理是什么? 关于大肠杆菌的聚磷特性笔者已进行了研究, 证明其在合适条件下具有明显除磷能力 ( 南亚萍等,2011). 而不是常规聚磷菌的金黄色葡萄球菌是否能够聚磷, 其聚磷特性和聚磷所需条件是什么? 研究清楚这些问题, 对认识聚磷菌种类及聚磷机理具有重要意义. 金黄色葡萄球菌 (Staphyloccocus aureus) 是常见的人体寄生性化脓致病菌, 它广泛存在于自然界中, 如空气水灰尘及人和动物的排泄物中. 其原始生活环境并非常见的废水处理系统, 也不是好氧 - 厌氧交替环境, 而国内外对于金黄色葡萄球菌的研究多侧重于病理学和免疫学方面 ( 汪连香等,2011; 徐明恺等,2005). 因此, 本文选用纯培养的金黄色葡萄球菌, 给其提供厌氧好氧交替的环境条件, 同时结合聚磷诱导试验, 研究该菌株的聚磷特性 ; 通过考察其对不同碳源的利用情况及对实际生活污水的除磷能力, 进一步探讨金黄色葡萄球菌聚磷的生物学本质, 以期为研究生物聚磷的生物学本质奠定一定基础, 从而为生物除磷工程实践提供一定理论依据. 2 材料与方法 (Materials and methods) 2. 1 试验材料菌种来源金黄色葡萄球菌购自陕西省微生物研究所试验用培养基细菌分离纯化及扩大培养用培养基采用牛肉膏蛋白胨培养基, 其成分为 : 牛肉膏 5. 0 g, 蛋白胨 g,nacl 5. 0 g, 蒸馏水 1000 ml,ph 7. ~ 7. 6;121 灭菌 20 min, 备用. 根据不同培养需求, 调整磷源加入量. 细菌厌氧 / 好氧培养用培养基 ( 汤桂兰等, 2006): 厌氧培养基成分为 MgSO 0. g, FeSO g,caso g, 葡萄糖 0. 5 g, 牛肉膏 g,(nh ) 2 SO 0. 2 g, 磷浓度 (KH 2 PO ) 为 5 mg L - 1, 水 1000 ml,ph 7. 0; 好氧培养基成分同厌氧培养基, 但不添加葡萄糖和牛肉膏, 即无碳源, 且磷浓度调整为 10 mg L - 1. 碳源利用试验用培养基 : 以不同有机物作碳源, 以 NH Cl 作氮源 KH 2 PO 作磷源, 培养基各成分为 COD 200 mg L - 1,NH + -N 10 mg L - 1,PO 3 - -P 5 mg L 试验方法聚磷特性试验采用批式试验, 取 250 ml 锥形瓶, 加橡皮塞密封, 塞上通孔, 插入毛细玻璃管, 交替连续通入过滤除菌的高纯氮气和空气, 以提供厌氧或好氧环境. 厌氧 / 好氧交替培养时的聚磷特性试验 : 无菌条件下, 将金黄色葡萄球菌接于 100 ml 的牛肉膏蛋白胨培养基中,35 10 r min - 1 振荡培养 2 h, 进行扩大培养. 然后在 8000 r min - 1 冷冻离心收集菌体, 用无菌水洗 3 次后转接于厌氧培养基中厌氧培养 5 h, 再次离心收集菌体, 水洗 3 次后转至好氧培养基中, 好氧培养 6 h. 期间每隔 1 h 无菌条件下取少量菌悬液进行菌体聚磷颗粒和 PHB 染色, 并测定对应时刻上清液磷浓度和菌体总磷含量. 聚磷诱导试验 : 取 100 ml 经扩大培养 2 h 的菌悬液, 8000 r min - 1 水洗离心 3 次后收集菌体, 将湿菌体转入厌氧培养基中厌氧培养 5 h, 水洗离心后转至好氧培养基中好氧培养 18 h, 水洗离心收集菌体, 再次转入厌氧培养基中培养, 如此交替循环次, 测定每个循环好氧末培养基上清液中磷浓度及菌体总磷含量. 碳源利用试验 : 分别以无水乙酸钠葡萄糖丙酸钠可溶性淀粉乳糖蛋白胨作为唯一碳源, 测定金黄色葡萄球菌对不同碳源的利用情况. 方法为 : 将扩大培养后的菌体在 8000 r min - 1 下水洗离心后转移至 100 ml 不同单一碳源培养基中, 厌氧培养 6 h 后好氧培养 18 h; 在第 2 个周期厌氧段每隔 1 h 取样, 离心后取上清液经 μm 滤膜过滤后测定总有机碳 ( TOC) 含量和磷浓度, 并同时测定上清液 ph. 实际生活污水中除磷效果试验 : 采集校园生活

但目前对聚磷菌种类的认识并不一致, 对聚磷机理研究也不够透彻. 有研究认为大肠杆菌金黄色葡萄球菌等也有聚磷作用 ( Choi et al.,2000), 它们也都在聚磷活性污泥中发现并被分离出来 ( 朱怀兰等, 199; 鲍林林,2008).

3 1030 环境科学学报污水 1 L,使用 0. 5 μm 滤膜过滤,取滤液 20 ml,用 33 卷由图 1 通过计算知,经过 6 h 好氧培养,培养基过硫酸钾消解,测定污水中磷浓度. 同时,将上述过中磷浓度由 10 mg L - 1 下降到 3. 5 mg L - 1,菌体除液,分别测定 COD NH -N PO -P 浓度. 将经扩大 2. 30%. 染色结果表明,厌氧后 PHB 颗粒显著增多灭菌滤液中,35 厌氧培养 5 h,再好氧培养 18 h, 与除磷活性污泥相似( 沈耀良等,1995). 有研究表滤后的滤液于 121 下灭菌 20 min,取出一部分滤 + 3 培养的金黄色葡萄球菌的菌体转接至 100 ml 上述好氧培养时每隔 1 h 取样测定上清液磷浓度. 磷率达到 65%,菌体内总磷由之前的 0. 98% 增加到 (图 2),好氧后聚磷颗粒也增多( 图 3),这些特征均明,一株具有聚磷菌特性的约氏不动杆菌在初始磷分析测试方法 COD NH -N PO -P 浓度为10 mg L - 1 时的除磷率为 65. 2%,但该菌在局,2002),菌体内总磷的测定参照标准( 中华人民相较于 10 mg L - 1 时高, 不过在初始磷浓度为 MLSS MLVSS 测定方法参照文献( 国家环境保护总共和国国家标准,GB / T ),TOC 测定采初始磷浓度分别为 2 mg L - 1 和 5 mg L - 1 时,除磷率 mg L - 1 时的总吸磷量比低磷浓度时高( 连丽丽等, 用哈希 TOC 分析仪. 聚磷颗粒染色采用 Albert 染色 2009). 本试验条件初始磷浓度同样为 10 mg L - 1, ( 周群英等,2000). 具有典型的聚磷菌特性. 结合图 1,经过计算,菌株法( 周群英等,2000),PHB 染色采用苏丹黑染色法除磷率结果与上结果相近. 因此,金黄色葡萄球菌在 5 h 的厌氧培养过程中每 g MLVSS 释放了结果分析( Results analysis) mg PO3 - -P,在之后 6 h 的好氧培养中每 g MLVSS 吸 3. 1 厌氧 / 好氧交替培养时的聚磷特性金黄色葡萄球菌厌氧 / 好氧交替培养时的释磷聚磷情况及菌体染色结果见图 1 ~ 3. 由图 1 可收了 mg PO3 - -P, 好氧比吸磷速率为 mg g - h - 1 ( 以每 g MLVSS 中的 PO3 - -P 计). 一般知,纯培养的金黄色葡萄球菌在含有机碳源的厌氧培养基中释磷,在之后的无碳源基质中好氧培养时快速吸磷. 由于好氧培养基中没有碳源添加,因此, 可以认为好氧阶段上清液中磷的大量吸收是菌体强化吸磷的表现,而非细菌生物生长同化吸磷. 图 2 厌氧前后 PHB 染色照片( a. 厌氧前,b. 厌氧后,1000 ) Fig. 2 Optical photos of strain for PHB in anaerobic incubation (1000 ) ( a) at the beginning of anaerobic stage and ( b) at the end of anaerobic stage 图 1 金黄色葡萄球菌厌氧好氧交替培养时释磷( a) 吸磷( b) 曲线 Fig. 1 Phosphate release in anaerobic incubation ( a ) and subsequent phosphate uptake in aerobic incubation ( b ) by Staphyloccocus aureus 图 3 好氧前后聚磷颗粒染色照片( a. 好氧前,b. 好氧后,1000 ) Fig. 3 Optical photos of strain for polyphosphate in aerobic incubation (1000 ) ( a) at the beginning of aerobic stage and ( b) at the end of aerobic stage

98% 增加到 (图 2),好氧后聚磷颗粒也增多( 图 3),这些特征均明,一株具有聚磷菌特性的约氏不动杆菌在初始磷 2. 2. 2 分析测试方法 COD NH -N PO -P 浓度为10 mg L - 1 时的除磷率为 65.

4 期南亚萍等 : 金黄色葡萄球菌聚磷特性研究 1031 的活性污泥的吸磷速率为 ~ mg g - 1 h - 1 (Murakami et al.,1983), 相较于活性污泥, 金黄色葡萄球菌的好氧吸磷速率相对较高聚磷诱导试验在对聚磷菌聚磷行为的研究中, 有学者 ( 张景来等,2002) 发现很多从污水除磷系统中分离纯化的聚磷菌 ( 如不动杆菌等 ), 在实验室纯培养条件下, 厌氧吸收有机基质的同时并未表现出明显的释磷现象, 因而也不具有好氧吸磷行为. Ubukata 等 (199) 也认为, 一般情况下聚磷菌需要经过次左右诱导才能够超量吸磷. 为考察纯培养的金黄色葡萄球菌聚磷是否也需要诱导, 特地进行了该试验, 结果见表 1. 的活性有着重要的调节作用, 研究表明, 不同碳源对聚磷菌的生长和除磷效果影响差异性比较显著 ( 冯翠杰等,2011). 本试验研究了金黄色葡萄球菌对不同碳源的利用情况, 结果见图. Table 1 表 1 不同厌氧 / 好氧循环次数下金黄色葡萄球菌除磷量 Phosphorus removal of Staphyloccocus aureus in repeating anaerobic / aerobic incubation cycles 厌氧 / 好氧循环次数好氧末上清液磷浓度减少量 / (mg L - 1 ) 由表 1 可知, 在厌氧 / 好氧第 1 周期时, 金黄色葡萄球菌即可释吸磷, 且在随后的几个循环中, 每个循环吸磷量并未显著增加. 经过次重复厌氧 / 好氧循环交替, 菌体总磷含量由之前的 0. 8% 增至. 6%, 说明菌体总磷的增加是累积吸磷的表现. 由此可见, 金黄色葡萄球菌参与超量吸磷不需要厌氧 / 好氧重复诱导, 其吸磷能力是稳定的, 不会随着循环次数的增加而增强. 因此, 金黄色葡萄球菌厌氧释磷好氧吸磷的特性不需要诱导, 是其与生具有的本性, 这一结果与一株革兰氏阳性菌聚磷特性一致 (Kawaharasaki et al.,1995). 研究表明, 一般菌体含磷量只有菌体干重的 2%, 而聚磷菌细胞内含磷量可达细胞干重的 6% 左右 ( 沈耀良等,1995), 赵海泉等 (2009) 研究的 7 株聚磷菌其菌体含磷量在 3. 21% ~ % 之间. 本试验中金黄色葡萄球菌厌氧 / 好氧交替培养个循环后其体内聚磷量已达. 6%, 此结果也表明该菌具有聚磷菌超量聚磷的特性碳源利用试验碳源是异养微生物进行新陈代谢的重要影响因素. 碳源的种类和组成对生物除磷工艺中微生物图厌氧时金黄色葡萄球菌对不同碳源利用情况 ( a) 及释磷曲线 (b) Fig. Carbons sources utilization ( a) and phosphate release ( b) of Staphyloccocus aureus in anaerobic incubation 由图 a 可以看出, 所有碳源的 TOC 曲线在第 1 h 都有下降, 说明金黄色葡萄球菌对供试的 6 种碳源均有不同程度的利用. 无水乙酸钠的 TOC 吸收速率最大, 说明该菌可以快速吸收利用挥发性脂肪酸类物质. 蛋白胨和丙酸钠的碳源吸收曲线在厌氧的前 1 h 有明显下降, 之后略有上升, 在第 3 h 后又稳步下降, 证明它们也可被金黄色葡萄球菌用作厌氧释磷时的碳源. 葡萄糖 TOC 整体下降较多, 证明金黄色葡萄球菌也能有效利用葡萄糖做碳源. 而蛋白胨葡萄糖都是大分子有机物, 金黄色葡萄球菌能对其很好利用, 这与一般认为的聚磷菌易利用小分子可挥发性脂肪酸类碳源的观点不一致 ( 陈光秀等,2008). 可溶性淀粉和乳糖的利用情况则比较复杂, 其 TOC 变化曲线波动较大. 从释磷曲线上看 ( 图 b), 厌氧条件下, 金黄色葡萄球菌以不同有机物做碳源时, 均有不同程度的磷释放. 由于厌氧阶段末测定上清液 ph 值均在 6. 5 ~ 7. 2 间, 排除了细胞酸溶引起的假性磷释放效应. 因此, 该菌厌氧培养时培养液中磷的增加是一般聚磷菌厌氧释磷的典型特征, 这也证明金黄色葡萄球菌具有典型的聚磷菌特征.

2 聚磷诱导试验在对聚磷菌聚磷行为的研究中, 有学者 ( 张景来等,2002) 发现很多从污水除磷系统中分离纯化的聚磷菌 ( 如不动杆菌等 ), 在实验室纯培养条件下, 厌氧吸收有机基质的同时并未表现出明显的释磷现象, 因而也不具有

5 1032 环境科学学报 33 卷以上碳源利用曲线和释磷曲线表明, 金黄色葡萄球菌厌氧释磷特征与典型聚磷菌在厌氧条件下的行为一致. 该菌能够广泛利用各种有机碳源包括蛋白胨葡萄糖等大分子碳源, 且在仅有大分子碳源存在下, 该菌也能很好利用这些大分子碳源并有较好的除磷效果. 3. 实际生活污水除磷能力试验实际生活污水中碳源氮源及其它营养物质组成较为复杂, 相对于人工配水更能反映复合基质对除磷效果的影响. 试验选用校园生活污水, 以考察在复杂基质下金黄色葡萄球菌的聚磷能力. 供试污水过滤前溶液中 PO 3 - -P 含量在 mg L - 1 左右, 经过滤灭菌后供试溶液的各项指标为 COD 189 mg L - 1 NH + -N mg L - 1 PO 3 - -P 1. 2 mg L - 1. 以实际生活污水为基质时金黄色葡萄球菌除磷效果见图 5. 由图 5 可知, 以实际生活污水做基质时, 金黄色葡萄球菌表现出了明显的厌氧释磷好氧吸磷行为, 其中, 厌氧段的释磷量达 mg L - 1, 在短暂的好氧 6 h 时吸磷量即达到 mg L - 1 ; 经过 15 h 好氧培养后上清液中的磷浓度最终降至 mg L - 1 左右, 总除磷率达到 98. 3%. 因此, 金黄色葡萄球菌在以实际生活污水做营养物时也能表现出明显的生物强化除磷特性. 图 5 Fig. 5 以实际生活污水为基质时金黄色葡萄球菌除磷效果 Phosphorus removal from domestic sewage by Staphyloccocus aureus 讨论 (Discussion) 废水生物除磷的典型聚磷菌 ( PAOs) 是一类微生物的统称, 这类微生物能够在厌氧好氧交替条件下, 利用厌氧分解体内聚磷颗粒所产生的能量吸收水中可挥发性脂肪酸类 (VFAs) 物质合成 PHB, 在随后的好氧过程中又将 PHB 分解利用其提供的能量过量吸收水中的磷, 从而在体内形成聚磷颗粒, 然后通过排泥达到除磷的目的 ( 沈耀良等,1995). 在本质上, 聚磷菌和非聚磷菌一样, 都是好氧的异养菌. 但通过厌氧释磷,PAOs 可以优先获得碳源, 并在好氧环境下利用, 但持续的厌氧环境不能满足 PAOs 生长 ; 而且, 在持续的单一好氧环境下,PAOs 也不会表现超量吸磷. 因此, 有研究者认为 ( Choi et al., 2000), 厌氧释磷好氧超量吸磷的聚磷行为是 PAOs 为获取碳源争得有利生长时的适应性代谢行为, 应是后天的. 本试验中采用的金黄色葡萄球菌是人体常见的化脓感染致病菌, 并非污水处理系统的土著菌群. 本试验研究结果表明, 该菌在好氧环境中可正常生长, 但一旦置于厌氧环境下, 它就出现明显的释磷行为, 在之后再转为好氧培养时又可以快速吸磷 ( 如 3. 1 节所述 ); 染色结果也显示, 厌氧和好氧前后 PHB 和聚磷颗粒均有显著的变化 ; 厌氧 / 好氧交替诱导个周期后, 菌体含磷量也显著增加, 同时, 该细菌在处理实际生活污水时除磷率也高达 98. 3%, 表明金黄色葡萄球菌是典型的聚磷菌. 有试验证明单一厌氧环境下也可以发生聚磷 ( 张刚等,2012), 而本试验中也发现纯培养的金黄色葡萄球菌不需要诱导也可以聚磷, 这些新的研究结果也进一步拓展了对聚磷菌及其聚磷特性的认识. 以前对于聚磷菌所利用碳源的研究多限于乙酸盐丙酸盐等小分子的 VFA 类物质 ( 黄宇等, 2008). 最近几年人们对聚磷菌利用碳源种类的研究逐渐扩展到了大分子物质. 研究发现, 不同除磷系统不同微生物对大分子有机物做碳源的除磷效果差别也很大, 但一般仍然认为小分子类 VFA 可被微生物直接吸收转化为 PHA 类物质, 而大分子有机物不能被聚磷菌直接利用 ( 荣宏伟等,200; 陈光秀等,2008). 如果要利用大分子物质, 首先要将其转化为小分子类物质 ; 比如以葡萄糖做碳源时, 一般认为葡萄糖先要经过乳酸菌的分解生成乳酸糖原等, 再进一步被转化成 PHA( Jeon et al.,2000). 对于除磷活性污泥, 由于活性污泥中微生物本身包括可水解发酵的微生物, 它们能够将大分子转化为小分子物质, 然后再被 PAOs 吸收利用并聚磷. 而本试验中, 由于采用纯金黄色葡萄球菌, 并没有水解发酵菌的作用, 但它也可以利用多种碳源聚释磷, 包括葡萄糖蛋白胨等大分子有机物. 对于该现象笔者认为, 微生物都有优先利用易利用物质的特性,

实际生活污水除磷能力试验实际生活污水中碳源氮源及其它营养物质组成较为复杂, 相对于人工配水更能反映复合基质对除磷效果的影响. 试验选用校园生活污水, 以考察在复杂基质下金黄色葡萄球菌的聚磷能力.

6 期南亚萍等 : 金黄色葡萄球菌聚磷特性研究 1033 包括金黄色葡萄球菌, 但并不是所有微生物都能够很好利用大分子有机物, 比如除磷系统中往往由于 GAO 对 PAO 的竞争形成除磷系统恶化的情况就是由于 GAO 与 PAO 同时对碳源的竞争, 而 PAO 更易利用 VFA 类物质, 使 GAO 失去竞争力造成的 ( 邱立平等,2010). 但对金黄色葡萄球菌而言, 其正常生长时的培养环境就是以大分子糖类做碳源, 因此, 在本试验中, 将其置于聚磷的厌氧好氧交替条件下, 当环境中没有可以利用的 VFA 类物质时, 它也能够象水解发酵类细菌一样, 将胞外大分子有机物摄入到细胞内, 通过胞内水解酶水解发酵为小分子有机物 ; 细菌再利用胞内聚磷或糖原水解产生的能量将 VFA 类物质通过一系列的生化反应转化为聚羟基丁酸 (PHB), 同时释放一部分的磷酸盐于环境中, 然后在好氧环境下聚磷. 本试验中, 纯培养的金黄色葡萄球菌在分别提供各种单一大分子碳源时可以利用多种碳源释磷, 这更加利于其在复杂的城市污水处理系统中发挥强化生物除磷的优势. 试验中金黄色葡萄球菌对实际生活污水中磷高效去除的结果也证明了该结论. 目前, 在对聚磷菌碳源的研究中发现谷氨酸和谷氨酰胺等氨基酸也能够被利用来聚磷. 研究发现, 谷氨酸生成一种 γ- 氨基丁酸的聚合物和一种未知的氨基酸, 而谷氨酰胺通过脱氨后生成 PHA (Satoh et al.,1998). Kong 等 (2005) 研究发现, 两株革兰氏阳性的放线菌属微生物能够吸收氨基酸并伴随磷的去除, 它们可在厌氧时吸磷且只在厌氧前段吸磷 ; 研究还发现这两株菌能够利用混合氨基酸, 但不能吸收乙酸盐. 也有学者发现, 某些聚磷菌可以利用葡萄糖聚磷 ( Kazunori et al.,1991; Santos et al.,1999); 但也有人认为葡萄糖的存在可以导致除磷系统的恶化 ( Tsai et al.,2002). 一些纯种的分离出来的聚磷菌, 如 Pseudochrobactrum Saccharolyticum 可以利用其它如柠檬酸蔗糖淀粉葡萄糖等大分子物质进行聚磷 ( 孙艺萍,2009); 但该菌对乙酸利用最好, 柠檬酸次之, 然后依次是蔗糖淀粉葡萄糖, 而其对丙酸盐的利用最差, 这又与 Dai 等 (2007) 的研究结果认为的丙酸盐更易被聚磷菌利用的观点不同. 本试验中, 金黄色葡萄球菌最易利用的物质仍然是乙酸盐, 其次是丙酸盐, 然后是葡萄糖蛋白胨, 而其对乳糖和可溶性淀粉的利用相较于其它供试碳源较差, 但不管利用何种碳源, 其都能很好释磷. 这些研究结果表明, 对聚磷菌而言, 其所能利用的碳源不仅仅只限于乙酸盐, 环境中 VFA 类物质的存在并非聚磷的必要条件. 以上对聚磷菌碳源利用的研究结果也表明, 不同的除磷系统或菌种利用碳源的情况是有所差异的, 笔者认为该现象一方面与具体研究条件有关, 另一方面也和菌种特性有关. 因此, 本试验中金黄色葡萄球菌能够利用多种碳源很好释磷聚磷的特性也是该菌特有的特性. 5 结论 (Conclusions) 正常好氧条件下培养的金黄色葡萄球菌, 在厌氧培养 5 h 后就有明显的释磷行为, 好氧培养 6 h 吸磷量达 65%, 具有明显的吸磷行为, 菌体内总磷量由之前的 0. 98% 增加到 2. 30%. 染色结果表明, 厌氧后 PHB 颗粒显著增多, 好氧后聚磷颗粒也增多, 因此, 金黄色葡萄球菌是典型的聚磷菌. 经过厌氧 / 好氧交替运行诱导个周期后, 菌体含磷量由 0. 8% 增至. 6%, 但每个循环吸磷量并未显著增加, 且在厌氧 / 好氧交替培养第 1 个周期末, 金黄色葡萄球菌即具有明显释磷吸磷行为, 证明其聚磷能力不需要诱导, 是其与生具有的本性, 且聚磷能力比较稳定. 该菌在聚磷过程中能够利用乙酸盐丙酸盐蛋白胨葡萄糖淀粉及乳糖等多种有机碳源进行厌氧释磷, 其对乙酸盐和丙酸盐的利用最好, 以葡萄糖蛋白胨等大分子有机物为唯一碳源时, 该菌也能很好利用并以其为营养物质进行厌氧释磷. 该菌对实际生活污水具有很高的除磷效率, 除磷率可达 98. 2%. 参考文献 (Refreences): 鲍林林反硝化聚磷特性与反硝化除磷工艺研究 [ D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学 Bond P L,Keller J,Blackall L L Bio-P and non-bio-p bacteria identification by a novel microbiological approach [ J ]. Wat Sci Tech, 39(6): 陈光秀, 袁林江, 韩玮生物脱氮除磷系统中无厌氧释磷的生物除磷工艺 [J]. 环境科学学报, 28(9): Choi S S, Yoo Y J Removal of phosphate in a sequencing batch reactor by Staphyloccocus auricularis [ J]. Biotech Lett, 22 ( 19 ): Dai Y, Yuan Z, Jack K, et al Production of targeted poly(3- hydroxyalkanoates) copolymers by glycogen accumulating organisms using acetate as sole carbon source[ J]. Journal of Biotechnology, 129(3): 冯翠杰, 王淑梅, 陈少华聚磷菌和聚糖菌对碳源竞争及调控的研究进展 [J]. 化工进展,30(1):

但对金黄色葡萄球菌而言, 其正常生长时的培养环境就是以大分子糖类做碳源, 因此, 在本试验中, 将其置于聚磷的厌氧好氧交替条件下, 当环境中没有可以利用的 VFA 类物质时, 它也能够象水解发酵类细菌一样, 将胞外大分子有机物

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