基于酵母菌与铁离子的相互作用探究

□ 李冬梅

酵母菌的分布非常广泛，经过长期的自然选择，对高糖环境、高碳环境、高渗透压环境、低温环境、有毒有害环境等具有较强的适应性，酵母菌作为在自然界广泛存在的一类真核微生物不仅能够适应多种环境条件而且也被发现对多种难降解物质具有降解作用，酵母菌还能利用无机氮源或尿素来合成蛋白质，生长速度快、转化效率高。19世纪70年代日本研究者将酵母菌应用在废水处理中，20世纪70年代末，Yoshizawa将酵母菌应用在废水处理中的研究发表，从此酵母菌对多种废水的独特的功效和价值逐渐被人们研究，而其在环境污染治理的其它领域也逐渐发挥作用，并且达到了一定的环境效应和经济效应。近年来，越来越多的研究表明，酵母菌在处理废水方面有巨大的潜力和广阔的前景。

本实验采用经典测铁(Ⅱ)含量的邻二氮菲分光光度法，该法具有高灵敏度、高选择性、稳定性好，干扰易消除等优点，废水中铁离子的存在形式有二价和三价，而本实验主要探究酵母菌与Fe2+作用情况，在测定Fe2+含量时，Fe3+与邻二氮菲3:1生成淡蓝色配合物而对实验造成较大误差，因此在Fe2+与酵母菌作用前及作用后对Fe2+浓度的测定中，选用盐酸羟胺还原废水中的Fe3+，使之全部转化成Fe2+，从而测定废水中铁离子的总浓度。

一、实验部分

(一)仪器和试剂。仪器:S-22PC型可见分光光度计;电子分析天平;THZ-300型恒温培养摇床;台式离心机。试剂:七水合硫酸亚铁;1-10菲咯啉;盐酸羟胺;浓硫酸;酵母菌(由其他单位提供菌种)，以上所用试剂均为分析纯，水均为蒸馏水。

(二)实验方法。取数毫升菌悬液于10mL比色管中，加Fe2+和其它溶液，放于恒温摇床振摇数分钟后，取下比色管，3，000r/min离心4min，取上清液数毫升，依次加0.2mL10%盐酸羟胺，0.4mL邻二氮菲，1mL1mol/L醋酸钠，加水定容至10mL，在510nm处测定吸光度。比较酵母菌与Fe2+作用前后吸光度的变化，通过计算酵母菌对Fe2+的去除率，确定体系作用的最佳条件。

二、结果与讨论

(一)Fe2+标准曲线的绘制。在8支10mL比色管中分别加入 0.0mL，0.4mL，0.8mL，1.2mL，1.6mL，2.0mL，2.4mL，2.8mL铁标溶液(10ug/mL)，再分别加入0.2mL盐酸羟胺(10%)，0.4mL 邻二氮菲(0.15%)，1mL 醋酸钠(1mol/L)，加蒸馏水定容，在510nm测定吸光度A，以吸光度A对浓度作图，得图1。

(二)酵母菌与Fe2+相互作用条件的优化。

1.不同浓度Fe2+的影响。取8支比色管，依次加入不同体积的10ug/mLFe2+，按照一定的方法在510nm处测定吸光度。以吸光度A对Fe2+的体积V作图(图2)。由图可知，随着Fe2+加入量的增加，引起吸光度增加，通过比较酵母菌加入前后吸光度以及酵母菌对不同铁浓度下的去除率，可以看出，加入酵母菌后，吸光度明显降低，当作用后Fe2+的浓度为1ug/mL时，酵母菌对Fe2+的去除率达26.4%，为不同铁浓度下的最大值。

图1 测Fe2+的标准曲线

图2 Fe2+用量对体系的影响

2.作用时间的影响。取7支10mL比色管，按照相同的实验方法，依次以此在不同的时间段取样，测定其吸光度，以吸光度A对时间t作图可知，随着作用时间的增加，吸光度逐渐减少。在0～30min，吸光度减少且降低幅度较大，表明酵母菌与Fe2+作用较明显，此时酵母菌可显著降低Fe2+浓度，在30～60min时吸光度基本不变，60min后吸光度减少但幅度显著低于0～30min，增加作用时间酵母菌降低Fe2+浓度的效果不大，综上分析，可控制酵母菌与 Fe2+作用时间为30min。

3.摇床转速的影响。取5支10mL比色管，按照相同的实验方法，设置不同的转速，试验结束后在510nm处测定吸光度。以吸光度A对恒温摇床转速r作图可知，随着恒温摇床转速的增加，吸光度减少，但减少的幅度不同。0～150r/min较大，大于150r/min后，吸光度基本不变，表明此时酵母菌已与Fe2+作用充分，提高转速对酵母菌降低Fe2+浓度的效果不大，综上分析，可控制酵母菌与Fe2+作用的摇床转速为150r/min。

4.作用温度的影响。取5支10mL比色管，采用相同的试验方法，依次设置不同的反应温度，以蒸馏水为参比，在510nm处测定吸光度。以吸光度A对温度T作图可知，温度对吸光度的影响很大，说明酵母菌与Fe2+作用受温度的影响很大。随着温度的升高(低于30℃)，吸光度有一定的降低，说明升高温度有利于酵母菌与Fe2+的作用，高于30℃，吸光度开始增加，酵母菌的活性可能随着温度的升高在降低，说明此时升高温度不利于酵母菌与Fe2+的作用。综上分析，可控制酵母菌与Fe2+作用的温度为30℃。

5.pH值的影响。取 8支 10mL比色管，各加入 4.0mL10ug/mLFe2+溶液，0.2mL 盐酸羟胺和 3.0mL 菌悬液，分别加入一定量一定浓度的NaOH。加入酵母菌后，随着pH值增大，吸光度变小，说明增加pH有利于酵母菌与Fe2+的作用还可以观察到，在pH＞8.0后，吸光度减少的幅度迅速增大，而当pH=11时吸光度基本为零，这是因为在理论上当pH＞7.5后，Fe2+将会发生水解，导致一部分非酵母菌与Fe2+作用而使Fe2+的浓度降低，通过比较酵母菌加入前后的吸光度及不同pH条件下酵母菌对Fe2+的去除率，在pH=5.0时，酵母菌对Fe2+的去除率达37.69%，pH为6.0时去除率为37.5%，两个数值十分接近。综上分析，可控制酵母菌与Fe2+作用的最佳 pH 为5.0～6.0。

三、结语

本实验采用邻二氮菲分光光度法，通过测定不同条件下Fe2+与酵母菌相互作用前后吸光度的变化以及比较不同条件下酵母菌对Fe2+的去除率，对体系作用条件进行了优化，确定了酵母菌与Fe2+作用的最佳条件:控制体系的pH=5.0～6.0，一定菌液浓度(3ml/100mL)下的铁初始浓度为10ug/mL，体积为4.0mL，作用时间为30min，摇床转速为150r/min。在此条件下酵母菌对Fe2+的去除率达到37.5%左右，说明酵母菌可降低废水中Fe2+浓度，因此酵母菌应用于含铁废水的处理是合理的。本实验对酵母菌与Fe2+相互作用的条件进行了初步探究，对于如何使酵母菌与Fe2+作用的条件更加优化，使酵母菌对Fe2+的去除率达到更高则有待进一步探究。

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