李星潼 王云漢 呂昌旗（東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，吉林吉林 132012）

黏液形成菌運(yùn)動(dòng)特性分析

李星潼 王云漢 呂昌旗
（東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，吉林吉林 132012）

微生物污垢普遍存在于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，降低換熱設(shè)備的換熱效率，腐蝕生產(chǎn)設(shè)備與監(jiān)測設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)的安全隱患，造成能源與經(jīng)濟(jì)損失。為了抑制微生物污垢的形成，需要對致垢微生物遷移過程進(jìn)行研究。本文以電廠循環(huán)冷卻塔塔底黏泥中分離純化出的黏液形成菌為實(shí)驗(yàn)菌種，綜合考慮隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)與趨化性，對微生物運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析。

黏液形成菌 布朗運(yùn)動(dòng) 趨化運(yùn)動(dòng)

在循環(huán)冷卻水中，由于碳源和氮源的存在，加之含鹽量較大，為微生物滋生提供了營養(yǎng)物質(zhì)。微生物污垢有助于其它污垢的綜合積聚，造成流動(dòng)阻力增大，傳熱效率下降，管壁熱阻增加，換熱設(shè)備腐蝕速度加快等安全隱患。為解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物過量繁殖、腐蝕、結(jié)垢等危害，提高換熱設(shè)備效率，需要對致垢微生物的遷移過程進(jìn)行研究。Adler［1］證實(shí)細(xì)菌的趨化作用是由特異性受體所介導(dǎo)，才開始了細(xì)菌趨化反應(yīng)的現(xiàn)代研究。Berg［2］證明了沿著吸引劑梯度上升的方向，細(xì)菌泳動(dòng)長度明顯變大，細(xì)菌運(yùn)動(dòng)方向的改變和梯度的方向關(guān)系不大。Hyon［3］證明了細(xì)菌具有自主運(yùn)動(dòng)能力，可以通過鞭毛改變運(yùn)動(dòng)方向。至今為止，還沒有相關(guān)文獻(xiàn)針對循環(huán)冷卻水中的致垢細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行研究。為此，本文針對循環(huán)冷卻水中黏液形成菌的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析。

1　細(xì)菌運(yùn)動(dòng)機(jī)理

1.1細(xì)菌趨化性

細(xì)菌對化學(xué)物質(zhì)的濃度梯度產(chǎn)生趨向或離避的反應(yīng)叫細(xì)菌趨化性。細(xì)菌有兩種運(yùn)動(dòng)方式：泳動(dòng)和翻滾。遇到化學(xué)吸引劑時(shí)，細(xì)菌向高濃度吸引劑的方向直線泳動(dòng)，不出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象，這種朝向刺激源的運(yùn)動(dòng)稱為正向趨化性。遇到趨避劑時(shí)，細(xì)菌立即產(chǎn)生翻滾運(yùn)動(dòng)并沿其遞減的濃度梯度泳動(dòng)，這種與刺激源反向的運(yùn)動(dòng)稱為負(fù)向趨化性。在濃度相同的化學(xué)環(huán)境中，細(xì)菌保持一定的翻滾頻率，呈常態(tài)運(yùn)動(dòng)。

1.2細(xì)菌布朗運(yùn)動(dòng)

粒徑小于5mμ的顆粒在溶液中隨機(jī)游走被稱為布朗運(yùn)動(dòng)。每個(gè)液體分子對小顆粒有一定的瞬時(shí)沖力。由于分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性，每個(gè)分子撞擊時(shí)對小顆粒的沖力大小、方向都各不相同，因此布朗運(yùn)動(dòng)的方向也是無規(guī)則的。細(xì)菌在水中運(yùn)動(dòng)不免會(huì)受到布朗運(yùn)動(dòng)的干擾。

2　細(xì)菌運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)材料

2.1.1菌株

從電廠循環(huán)冷卻塔塔底黏泥中分離純化得到黏液形成菌。

2.1.2培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基：牛肉膏，0.75g；蛋白胨，2.5g；氯化鈉，1.25g；加水至250mL；調(diào)節(jié)pH值為7。

固體培養(yǎng)基：蛋白胨，2.5g；瓊脂，5g；加水至250mL。高壓滅菌后倒入培養(yǎng)皿中冷卻至凝固。

對黨忠誠，夯實(shí)影響力基礎(chǔ)，就要忠誠黨的宗旨，牢固樹立馬克思主義群眾觀點(diǎn)，始終堅(jiān)持以人民為中心，始終把人民放在心中最高位置，始終把實(shí)現(xiàn)好、維護(hù)好、發(fā)展好廣大人民的根本利益，作為做決策、想問題、辦事情的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

吸引劑溶液：蛋白胨，0.3g；加水至100mL。

2.2實(shí)驗(yàn)儀器

生物光學(xué)顯微鏡、電子分析天平、YXQ-SG46280S型壓力蒸汽滅菌鍋、LRH-70型生化培養(yǎng)箱、pH計(jì)、玻璃器皿等。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1平板菌落計(jì)數(shù)法

采用平板菌落計(jì)數(shù)法中的涂布法對菌懸液的細(xì)菌濃度進(jìn)行測量。

2.3.2顯微攝影法

2.3.3半固體瓊脂平板法

采用半固體瓊脂平板法實(shí)驗(yàn)觀察黏液形成菌對營養(yǎng)物質(zhì)的趨化現(xiàn)象。本文選擇蛋白胨為營養(yǎng)物質(zhì)，較少量的瓊脂作為培養(yǎng)基的凝固劑。用滴管取0.05mL細(xì)菌于半固體培養(yǎng)基上，在生化培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)48h，觀察細(xì)菌的生長狀態(tài)，評估黏液形成菌對蛋白胨的趨化反應(yīng)。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1細(xì)菌平均運(yùn)動(dòng)速度

在連續(xù)50s內(nèi)，采樣時(shí)間間隔為1s，對30個(gè)運(yùn)動(dòng)細(xì)菌的位置信息進(jìn)行采集。經(jīng)過對細(xì)菌位置數(shù)據(jù)的分析處理，黏液形成菌的平均運(yùn)動(dòng)速度為。

3.2細(xì)菌運(yùn)動(dòng)分析

3.2.1趨化行為

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，菌斑處菌群呈現(xiàn)出邊緣密集而中間稀薄的遞進(jìn)狀態(tài)。若菌斑形成完全由擴(kuò)散控制，菌斑密度應(yīng)該從中心到四周不斷降低，形成一個(gè)連續(xù)的從內(nèi)到外濃度降低的發(fā)散形狀，與實(shí)際形成的菌斑相比，說明在半固體瓊脂平板中的黏液形成菌此時(shí)并不是完全由擴(kuò)散控制。而是因?yàn)榧?xì)菌生長繁殖將中間的營養(yǎng)物質(zhì)消耗后，為了能夠繼續(xù)生存下去，黏液形成菌菌群朝著營養(yǎng)物濃度相對較高的地方遷移，致使菌斑周邊的密度較高。通過這一現(xiàn)象，可以證明黏液形成菌對蛋白胨具有趨化行為。

3.2.2細(xì)菌能動(dòng)性

在菌斑外圍形成白圈，是由于半固體瓊脂培養(yǎng)基中瓊脂含量很低，致使黏液形成菌的運(yùn)動(dòng)阻力較小，這必然會(huì)導(dǎo)致黏液形成菌中一些運(yùn)動(dòng)能力更強(qiáng)的細(xì)菌在平板中遷移到營養(yǎng)物質(zhì)更豐富的地方，只是這樣的細(xì)菌相對于整個(gè)黏液形成菌菌斑中的細(xì)菌量是少數(shù)的，因此形成了圖中菌斑外側(cè)的二次菌環(huán)，證明了黏液形成菌的能動(dòng)性。

4　結(jié)果與討論

（1）通過半固體瓊脂平板法，發(fā)現(xiàn)黏液形成菌對蛋白胨產(chǎn)生明顯的趨化響應(yīng)，在半固體培養(yǎng)基上形成明顯的趨化圈。

（2）利用高倍光學(xué)顯微鏡，采集了黏液形成菌在溶液中運(yùn)動(dòng)圖像，并跟蹤單個(gè)細(xì)菌粒子，測得黏液形成菌的運(yùn)動(dòng)速度。

（3）通過機(jī)理分析，揭示細(xì)菌在溶液中運(yùn)動(dòng)特性，為解決循環(huán)冷卻水中微生物污垢提出了一種新的可能。

［1］Adler J， Dahl M， Margert. A method for measuring the motility of bacteria and for comparing random and non-random motility.J Gen Microbiol，1967，46：161-173.

［2］Berg H C， Brown D A. Chemotaxis in Escherichia coli analysed by three-dimensional tracking.Nature，1972，239：500-504.

［3］Hyon Y， Marcos， Powers T R， et al. The wiggling trajectories of bacteria. Journal of fluid mechanics， 2012，705（S1）：58-76.

［4］Keller E F， Segel L A. Model for chemotaxis. J Theor Biol，1971，30：225-234.