硫酸盐 还原菌(英文:Sulfate-Reducing Bacteria,简称:SRB)是一类独特的 原核生物 生理 群组 ,是一类具有各种形态特征,能通过异化作用将硫酸盐作为 有机化合物 的电子受体进行硫酸盐还原的严格 厌氧菌 。
硫酸盐还原菌是一种兼性营养的细菌,它既能有机化异养,又能自养;也是一种最适宜温度在30℃~35℃中性或偏碱性环境下生长的厌氧性细菌。1895年由Beijerinck首次发现,硫酸盐还原菌可分成两大亚类,一类不能氧化 乙酸盐 ,一类能氧化乙酸盐。
硫酸盐 还原菌在地球上分布很广泛,通过多种相互作用发挥诸多潜力,尤其在微生物的代谢等活动造成的缺氧的水陆环境之中发挥作用,如:土壤、海水、河水、地下管道以及油气井、淹水稻田土壤、河流和湖泊 沉积物 、沼泥等富含有机质和硫酸盐的 厌氧 生境和某些极端环境。
研究历程
早在1924年,BENGOUGH和MAY就认为SRB产生的 硫化氢 对埋在地下的铁构件的腐蚀起着重要作用,1934年, 荷兰 学者库尔和维卢特提出了SRB对金属腐蚀作用的机制;随后,邦克(1939)、HEDELAI(1940)、 史塔克 和威特(1945)也证实腐蚀的主要细菌有铁细菌(好氧)和SRB(厌氧),土壤中钢铁的腐蚀主要是后者。
研究表明在无氧或极少氧情况下,它能利用金属表面的 有机化合物 作为碳源,并利用 生物膜 内产生的氢,将 硫酸盐 还原成 硫化氢 ,从 氧化还原反应 中获得生存的能量。
根据硫酸盐还原菌的生长繁殖条件、腐蚀活动机制和作用对象等因素,SRB腐蚀的防治可以分为物理方法、 化学 方法、 阴极 保护方法、微生物保护方法和防腐材料保护方法等几种。
但上述一些方法不是杀菌效率降低、就是花费较为昂贵。而且像某些化学方法( 杀菌剂 )的使用,也给 环境治理 带来新的负担。随着人们环保意识日益加强,研制和开发新的高效环保型防治方法就显得尤为重要,防止SRB腐蚀已是腐蚀科学和 微生物学 共同关注的课题。一些防腐专家认为从环境的角度考虑,SRB的防治有必要从微生物学自身去寻找新的方法。
生长环境
硫酸盐 还原菌SRB在地球上分布很广泛,通过多种相互作用发挥诸多潜力,尤其在微生物的代谢等活动造成的缺氧的水陆环境之中发挥作用,如土壤、海水、河水地下管道以及油气井、淹水稻田土壤、河流和湖泊 沉积物 、沼泥等富含有机质和硫酸盐的 厌氧 生境和某些极端环境。
SRB在厌氧环境和 水环境 中分布广泛,可通过 硫化亚铁 沉淀反应检测到SRB的存在。海洋和沉积物是SRB的典型生境,这些环境中有较高的硫酸盐浓度。在受污染的环境,如腐败食物和 污水处理 厂排放物中均能检测到SRB的存在,人们还从稻田、 瘤胃 、 白蚁 肠道、人畜粪便及油田水中检测到SRB的存在。
分类情况
据不完全统计,SRB目前已有12个属40多个种,SRB的 分类学 研究进展比较缓慢。目前已知的SRB从 生理学 上分为两大亚类
Ⅰ类
如 脱硫弧菌属 、脱硫单胞菌属、脱硫叶菌属和脱硫肠状菌属,其特点是可利用 DL-乳酸 、 丙酮酸 、 乙醇 或某些 脂肪酸 为碳源及能源,将 硫酸盐 还原为 硫化氢 ;
Ⅱ类
如脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫线菌属,它们的特别之处是可以氧化 脂肪酸 ,并将硫酸盐还原为硫。现在,随着研究的进展,陆续又有一些新的种属被命名。
培养条件
虽然从理论上讲,SRB为严格的 厌氧菌 ,但随着研究的深入,已有研究结果表明SRB并非严格意义上的绝对厌氧,而是兼性厌氧。
但总体上来说,SRB对氧还是极其敏感的,因此对其培养与分离关键要采用严格的厌氧技术培养SRB不仅仅要求周围生长的环境是无氧的,还有 培养基 中氧化还原 电势 必须在-100mV以下。
所以通常在培养基中加入一些强 还原剂 ,如 2-巯基乙醇 、 天然维生素c 、L2 半胱氨酸盐酸盐 ,这些物质受热容易分解,所以要采用过滤除菌的方法单独灭菌
温度
⑴中温型:30-40℃之间
⑵高温型:55-60℃之间
PH值
为5-10内均能生存,最佳pH值在7-8之间
判断生成标志
是在加有 二价铁 盐的培养基中,液体培养基表现为全部变黑;而固体培养基在有二价铁盐的存在下则有黑色的 菌落 生成。
培养方法
液体培养法
液体培养SRB,首先排除 培养基 内的空气,可以采用高纯 氮气 吹脱培养基内的空气以及使培养基加热的方法,然后接入适量菌液,在适宜的温度下静置培养。若在培养基上方覆盖一层灭过菌的 矿物油 效果更佳
固体培养法
⑴稀释摇管法
稀释摇管法是稀释倒平板法的一种变通形式,先将一系列盛有无菌 琼脂 培养基的试管加热使琼脂熔化并保持在50℃左右,将已稀释成不同 梯度 的菌液加入到这些已熔化好的琼脂试管中,迅速充分混匀。待凝后,在琼脂柱表面倒一层灭菌的液体 石蜡 和固体石蜡的 混合物 ,使 培养基 尽量隔绝空气。培养后, 菌落 形成在琼脂柱的中间。
困难之处在于菌落的挑取,首先需用一只灭菌针将覆盖的石蜡盖取出,然后再用一只 毛细管 插入 琼脂 和管壁之间,吹入无菌无氧气体,将琼脂柱吸出,放在 培养皿 中,最后用无菌刀将琼脂柱切成 薄片 进行观察并转移菌落。
该法的不足之处是观察与挑取菌落比较困难,但在缺乏专业设备的条件下,此法仍是一种方便有效地进行厌氧微生物分离、纯化和培养的低成该方法
⑵叠皿夹层法
叠皿夹层法实质是将菌夹在上下两层 培养基 之间,使其造成一个相对无氧的环境,从而使SRB能在夹缝中生长。
具体做法是将已经富集好的菌液采用无菌操作技术稀释成不同浓度。将含有质量分数为2% 琼脂 的固体培养基熔化并保持在50℃左右,在无菌条件下,向 培养皿 (90mm×15mm)的皿盖中倒入约1/3高度的固体培养基,待其刚刚冷凝后,将不同浓度的稀释液吸取适量,快速涂布平板上,使稀释液渗透约30s后,在培养皿的中间位置倒入同种营养型固体培养基,直到将溢未溢的突起状态,随后迅速盖上皿盖并往下压,最终皿内不能有气泡。
去掉培养皿内外两层侧壁间多余的琼脂,并在其中灌入适量熔化的 石蜡 ,使培养皿侧壁缝隙被石蜡密封,尽量不要留有气泡。培养一周后,在加有 亚铁离子 的平板中会长出黑色的SRB 菌落 ,在酒精灯旁加热使固体石蜡熔化,由于上下两层 培养基 凝固时间不同,所以当移去内皿后,用镊子很容易将上层培养基揭起,从而露出下层培养基的菌落。当需要进行菌落挑取时,可以对其进行切块转移,放入液体培养基时捣碎即可。
该方法的优点是培养物均采用涂布或划线生长于 营养琼脂 夹层中,取菌落时可很方便地做到定点取菌,同时该方法不需要另外创建一个无氧环境,故省时、省力,具备了所有好氧、 厌氧 分离方法的优点。
⑶Hungate滚管技术
Hungate滚管技术是培养 厌氧菌 最佳的方法。滚管技术是 美国 微生物学家亨盖特于1950年首次提出并应用于瘤胃厌氧微生物研究的一种厌氧培养技术。这项技术又经历了几十年的不断改进,从而使亨盖特厌氧技术日趋完善,并逐渐发展成为研究厌氧微生物的一套完整技术。目前国内外很多专门做 厌氧 培养的实验室大都采用此技术。
Hungate滚管技术是指将适当稀释度的菌液,在无菌无氧条件下接入含有 琼脂 培养基 的 厌氧 试管中,然后将其在滚管机或冰盘上均匀滚动,使含菌培养基均匀地凝固在试管内壁上。当琼脂绕管壁完全凝固后,琼脂试管即可垂直放置贮存,并可使少量的水分集中在底部,经过几天的培养后,就可见到厌氧管内固体培养基内部和表面有 菌落 出现。挑取菌落时也很方便,可以在酒精灯旁用自制的玻璃细管接种针挑取生长状态良好的菌落,快速接到液体培养基中富集培养。
Hungate滚管技术的优点在于,培养基可以在 厌氧 管内壁上形成一层均匀透明的薄层,同时菌落可以埋藏在培养基内部或生长在表面,同平板涂布法相比,与 氧气 接触的机会大大减少。
循环中的作用
化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的 分解作用 是 二氧化硫 的主要来源。在 自然状态 下,大气中的SO2,一部分被绿色植物吸收;一部分则与大气中的水结合,形成 硫酸 ,随 降水 落入土壤或水体中,以 硫酸盐 的形式被植物的根系吸收,转变成 蛋白质 等 有机化合物 ,进而被各级消费者所利用,动植物的遗体被微生物分解后,又能将硫元素释放到土壤或大气中,这样就形成一个完整的循环回路。微生物在硫元素循环过程中发挥了重要作用,主要包括 脱硫 作用、 硫化 作用和反硫化作用。