铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的毒性效应

宋霄敏，白红娟，贡 俊，高 艳，李荣伟

（1.中北大学化工与环境学院，山西 太原 030051；2.山西财经大学环境经济系，山西 太原 030006；3.中北大学计算机与控制工程学院，山西 太原 030051）

环保与三废利用

铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的毒性效应

宋霄敏1，白红娟1，贡 俊2，高 艳1，李荣伟3

（1.中北大学化工与环境学院，山西 太原 030051；2.山西财经大学环境经济系，山西 太原 030006；3.中北大学计算机与控制工程学院，山西 太原 030051）

运用标准方法进行有毒化学品对水生生物急性毒性实验，得到Pb2+和Zn2+对硫酸盐还原菌的安全浓度分别为950mg·L-1和300mg·L-1。根据实验结果采用机率单位法进行数据处理，得出抑制硫酸盐还原菌生长的72h半效应浓度分别为2089.3mg·L-1和912mg·L-1，并对各剂量反应方程进行X2检验，结果表明均符合精度要求，计算结果真实可靠。从安全浓度及 72h-EC50考虑，都证 明抑制硫酸盐还原菌生长的毒性大小顺序是Zn2+＞Pb2+。

硫酸盐还原菌；毒性效应；铅；锌

随着工农业的迅速发展，不少重金属进入水体、土壤、大气等环境介质中，使得重金属污染日趋严重。许多重金属元素是生物正常生长不可缺少的微量元素，但是，大多数具有毒性和致癌作用，过量的重金属排放到水体中容易造成生态平衡的破坏，而且重金属具有长期性、隐蔽性、不可生物降解性、不可逆转性、生物富集放大和持久性等特性，即使水环境中的浓度较小，也可能会威胁到水体—植物—动物生态系统，并且进一步通过食物链富集影响到人类健康[1-2]。

目前，国内外学者关于重金属对微生物的毒性效应进行了研究。周茂洪等[3]运用标准方法进行有毒化学品对水生生物急性毒性实验，得到Cu2+、Cd2+、Cr(Ⅵ) 对光合细菌沼泽红假单胞菌生长抑制作用的96h EC50，从而得出它们对沼泽红假单胞菌生长毒性作用大小的顺序为Cu2+＞Cd2+＞Cr(Ⅵ)。周秀艳等[4]对发光细菌进行了毒性效应研究，结果表明Cd、Pb、As对发光细菌会产生不同浓度的毒性，毒性强弱为As＞Pb＞Cd。

本文选择Pb2+和Zn2+两种重金属离子，采用有毒化学品对水生生物急性毒性实验的标准方法，确定其安全浓度和半效应浓度，进而研究其对硫酸盐还原菌的毒性效应，为利用硫酸盐还原菌处理水中重金属提供重要参考价值，也为制定水质排放标准和进行水质评价提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacteria），由山西财经大学环境经济系赠予。硝酸铅、乙酸锌均为分析纯。实验用水均为去离子水。

培养基:硫酸盐还原菌培养基[5]。

1.2 实验方法

1.2.1 实验条件

将100mL液体培养基装入葡萄糖瓶中，经120℃灭菌30min后，分别加入已灭菌的不同浓度梯度的Pb2+和Zn2+重金属离子，以不加重金属离子作为对照，将10%的对数期硫酸盐还原菌菌液接入瓶中，置于30℃恒温箱内黑暗培养72h后，取培养液2mL于紫外可见分光光度计下测量OD420nm值，每个浓度设置3个平行样。在平行样之间的相对偏差小于10%时，实验数据取自3个平行样的均值。

1.2.2 安全浓度

在确定安全浓度的实验中，重金属离子浓度呈几何级数增加，通过均值最小无显著差异法 (LSD)[6]计算出 Pb2+和Zn2+对硫酸盐还原菌生长的安全浓度。

1.2.3 半效应浓度

采用有毒化学品对水生生物急性毒性实验的标

准方法[7-9]，确定Pb2+和Zn2+抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50。用直线内插法初步计算出重金属离子抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50。再以初步确定的72h-EC50为中点，各向两边以等差数列形式延伸2个浓度，共5组浓度，另设置1组对照组，根据实验结果采用机率单位法计算出72h-EC50，并对计算出的72h-EC50进行X2检验。

2 实验结果

2.1 Pb2+和Zn2+对硫酸盐还原菌生长的安全浓度

如图1显示，随着Pb2+和Zn2+浓度的增加，硫酸盐还原菌72h内的OD值发生了变化，当Pb2+和Zn2+浓度分别低于950mg·L-1和300mg·L-1时，OD420nm值并没有发生太大的变化，浓度继续增大，OD420nm值随之下降，说明硫酸盐还原菌对Pb2+和Zn2+有一定的耐受浓度，当超过这一浓度时，Pb2+和Zn2+对硫酸盐还原菌的毒性作用明显加强。根据所测定的OD420nm值，经采用LSD法在α=0.05水平进行计算[6]，分别得到Pb2+和Zn2+抑制硫酸盐还原菌生长的均值最小无显著差异的OD420nm值分别为0.017和0.015。从图1可以看出，不同浓度下Pb2+和Zn2+的OD420nm值与对照组OD420nm值的差值小于最小无显著差异的最高浓度分别为 950mg·L-1和300mg·L-1，由此确定，Pb2+和Zn2+对硫酸盐还原菌生长的安全浓度为950mg·L-1和300mg·L-1。说明这些重金属离子抑制硫酸盐还原菌生长的毒性由大到小的顺序是Zn2+＞ Pb2+。

图1 Pb2+和Zn2+抑制硫酸盐还原菌生长的效应

2.2 Pb2+和Zn2+抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50

在初步实验的基础上进行正式实验，表1显示的是铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50实验结果，对铅和锌的浓度对数(x)与机率单位(y)分别进行一元线性回归，得到如下剂量反应方程式:

当机率单位为5时，分别通过上述方程（1）和（2）进行计算，得到铅和锌的浓度对数分别为3.32和2.96，再通过换算分别得到铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50分别为2089.3mg·L-1和912mg·L-1。由此也再次说明铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的毒性由大到小的顺序仍是Zn2+＞ Pb2+。

表1 Pb2+和Zn2+抑制硫酸盐还原菌生长的实验结果

2.3 剂量反应方程的X2检验

对上述剂量反应方程分别进行X2检验，以验证剂量反应方程是否真实地反映重金属离子抑制硫酸盐还原菌生长的毒性效应，结果见表2。查X2表，当自由度为3时，X=7.82，而计算的X2分别为0.99和1.438，因为X＞X2，所以上述剂量反应方程均符合精度要求，计算出的72h-EC50真实可靠。

3 结论

采用有毒化学品对水生生物急性毒性标准实验与计算方法，得出铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的安全浓度分别为950mg·L-1和300mg·L-1；采用机率单位法进行数据处理，得出抑制硫酸盐还原菌生长的72h-EC50分别为2089.3mg·L-1和

912mg·L-1；铅和锌抑制硫酸盐还原菌生长的毒性由大到小的顺序是Zn2+＞Pb2+。

表2 剂量反应方程X2检验结果

[1] 鲁永刚.重金属污染的危害及防治措施[J].四川有色金属，2012(2):52-53.

[2] 王倩.铜尾矿砂重金属环境危害及风险评估研究[D].四川:重庆大学，2012.

[3] 周茂洪，赵肖为，吴雪昌.Cu2+，Cd2+和Cr(Ⅵ)抑制沼泽红假单胞菌生长的毒性效应[J].应用与环境生物学报，2002，8(3):290-293.

[4] 周秀艳，王恩德，韩桂春.Cd，Pb和As对发光菌的急性毒性效应研究[J].东北大学学报，2008(11):46-48.

[5] 贡俊，张肇铭，白红娟，等.脱硫肠状菌合成纳米硫化铅[J].中国科学E辑，2008，38 (3):455-459.

[6] 南京农业大学.田间实验和统计方法[M].北京:农业出版社，1999:91-100.

[7] Yan H，Wang XJ，Lin YX，et al.Toxic effects of Cu，Zn and Mn on the inhibition Chlorella pyrenoidosa' s growth[J].Environ Sci.，2001，22(1):23-26.

[8] Zhang W，Yan H，Wu ZL.Toxic effects of copper on inhibition of the growth of unicellular green algae[J].China Environ Sci.，2001，21(1):4-7.

[9] 周永欣，章宗涉.水生生物毒性实验[M].北京:农业出版社，1998:109-120.

Toxic Effects of Pb2+and Zn2+on Inhibition of Sulfate Reducing Bacteria Growth

SONG Xiao-min1, BAI Hong-juan1, GONG Jun2, GAO Yan1, LI Rong-wei3
(1.College of Chemical & Environment Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2.Department of Environmental Economics，Sh anxi University of Finance and Economics，Taiyuan 030006， China; 3.College of Computer and Control Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China)

A standard method of algal bioassay for evaluating the toxicity of toxic chemicals was applied in experiments.The safety concentrations of Pb2+and Zn2+on the growth of Sulfate reducing bacteria was found as 950mg/L and 300mg/L.and 72h-EC50of Pb2+and Zn2+on inhibition of the growths of sulfate reducing bacteria calculated as 2089.3mg/L and 912mg/L respectively and using the method of probability unit for data treatment based on the test results.The results from the X2 test of each dose-response equation showed that 72h-EC50calculated were all precise and credible.According to both safety concentration and 72h-EC50calculated, the toxicities of these metals on inhibiting the growth of sulfate reducing bacteria increased in the order of Zn2+＞ Pb2+.

sulfate reducing bacteria; toxic effects; Pb2+; Zn2+

X 171.5

A

1671-9905(2015)02-00-

国家自然科学基金项目（31200049）；山西省自然科学基金项目（2012011009-1）；中北大学校基金

宋霄敏，女，硕士研究生，研究方向:环境生物技术；E-mail:958997830@qq.com

白红娟，女，博士，教授，硕士生导师，研究方向:环境生物技术研究，E-mail:bhj44871@163.com

2014-11-03