关于在pH值为5.0的条件下，本土芽孢杆菌分离株及其菌群对铁、镉和铬的生物修复潜力的研究

摘要

由于印度梅加拉亚邦的煤炭含有高浓度的硫元素，该地区的煤炭开采产生了大量酸性废物，这些废物的pH值较低，并会浸出有毒的重金属，从而成为严重的环境问题。本研究旨在从运营中的和废弃的竖井煤矿样本中分离出本地常见的Bacillus菌种，以缓解这些环境问题。通过体外实验评估了这些菌种的生物修复潜力，包括重金属的结合与吸附能力以及将酸性pH值提升至8.0（中性）。最初筛选了16个菌株，最终根据其对重金属的最高耐受性和提升酸性pH值的能力，选择了5个菌株用于进一步研究。这些菌株对所研究的重金属（铁、镉和铬）表现出较强的抗性，其最低杀菌浓度分别为：铁1600 mg/L至2000 mg/L，镉128 mg/L至1024 mg/L，铬64 mg/L至256 mg/L。在体外条件下，这些菌株能够生长的最低酸性pH值为5.0，实验条件为37°C、150 rpm的摇动状态（无论是否添加重金属）。其中，Bacillus KH5M11和Bacillus KHCL13菌株的铁去除率分别为99.89±0.066%和99.87±0.098%；Lysinibacillus SK18-4菌株的铬去除率为79.903±17.702%，其次是Bacillus KHCL13（76.14±12.233%）；Bacillus KHCL13和Bacillus KH5M11的镉去除率也较高，分别为97.715±1.040%和97.363±1.260%。在组合菌群中，各菌株之间的重金属去除率没有显著差异：Consortia-A22ED9的铁去除率为92.08±10.281%，Consortia-B18-4M11为89.597±10.829%；Consortia-A22ED9的铬去除率为74.15±12.906%，Consortia-B18-4M11为77.467±12.420%，而两者对镉的去除率相同（均为97.587±0.958%和97.673±0.475%）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜-能量 dispersive X 射线光谱（SEM-EDX）分析证实了这些菌株对金属的结合能力，光谱特征表明其细胞表面存在特定的功能基团，能够与重金属结合。所有菌株的平均光密度（OD-600）均在1.99至2.3之间，菌群的平均pH值保持在5.0以上（分别为5.4至6.23和5.7至6.3）。研究表明，这些菌株无论是单独作用还是形成菌群组合，都具有出色的生物修复效果，其机制主要基于重金属的吸附和结合，而不仅仅是金属沉淀。我们希望通过对煤矿酸性环境进行适度改良，能够使这些Bacillus菌株在重金属生物修复和酸碱平衡调控中发挥作用。然而，我们的研究仅限于体外实验，未能进行现场试验，这将是未来需要进一步探索的方向。在实际应用方面，仍需开展更多相关研究。