硫酸鹽還原菌

硫酸鹽還原菌 (Sulfate-Reducing Bacteria，簡稱SRB) 是一類獨特的原核生理群組，是一類具有各種形態特徵，能通過異化作用將硫酸鹽作為有機物的電子受體進行硫酸鹽還原的嚴格厭氧菌。SRB在地球上分布很廣泛，通過多種相互作用發揮諸多潛力，尤其在微生物的代謝等活動中造成的缺氧的水陸環境，如土壤、海水、河水、地下管道以及油氣井、淹水稻田土壤、河流和湖泊沉積物、沼泥等富含有機質和硫酸鹽的厭氧生境和某些極端環境。

基本介紹

• 中文名：硫酸鹽還原菌
• 外文名：Sulfate-Reducing Bacteria
• 特性：一種厭氧的微生物
• 防治：物理、化學方法、陰極保護方法
• 簡稱：SRB
• 特點：分布廣泛

研究歷程

早在1924年，BENGOUGH和MAY就認為SRB產生的H₂S對埋在地下的鐵構件的腐蝕起著重要作用，1934年，荷蘭學者庫爾和維盧特提出了SRB對金屬腐蝕作用的機制；隨後，邦克（1939）、HEDELAI（1940）、史塔克和威特（1945）也證實腐蝕的主要細菌有鐵細菌（好氧）和SRB(厭氧)，土壤中鋼鐵的腐蝕主要是後者。

研究表明在無氧或極少氧情況下，它能利用金屬表面的有機物作為碳源，並利用細菌生物膜內產生的氫，將硫酸鹽還原成硫化氫，從氧化還原反應中獲得生存的能量。

根據硫酸鹽還原菌的生長繁殖條件、腐蝕活動機制和作用對象等因素，SRB 腐蝕的防治可以分為物理方法、化學方法、陰極保護方法、微生物保護方法和防腐材料保護方法等幾種。

但上述一些方法不是殺菌效率降低、就是花費較為昂貴。而且像某些化學方法（殺菌劑）的使用，也給環境治理帶來新的負擔。隨著人們環保意識日益加強，研製和開發新的高效環保型防治方法就顯得尤為重要，防止SRB腐蝕已是腐蝕科學和微生物學共同關注的課題。一些防腐專家認為從環境的角度考慮，SRB的防治有必要從微生物學自身去尋找新的方法。

生長環境

硫酸鹽還原菌SRB在地球上分布很廣泛，通過多種相互作用發揮諸多潛力，尤其在微生物的代謝等活動造成的缺氧的水陸環境之中發揮作用，如土壤、海水、河水地下管道以及油氣井、淹水稻田土壤、河流和湖泊沉積物、沼泥等富含有機質和硫酸鹽的厭氧生境和某些極端環境。

SRB在厭氧環境和水環境中分布廣泛，可通過硫化亞鐵沉澱反應檢測到SRB的存在。海洋和沉積物是SRB的典型生境，這些環境中有較高的硫酸鹽濃度。在受污染的環境，如腐敗食物和污水處理廠排放物中均能檢測到SRB的存在，人們還從稻田、瘤胃、白蟻腸道、人畜糞便及油田水中檢測到SRB的存在。

分類情況

據不完全統計，SRB已有12個屬40多個種 ，SRB的分類學研究進展比較緩慢。已知的SRB從生理學上分為兩大亞類。

Ⅰ類

如脫硫弧菌屬、脫硫單胞菌屬、脫硫葉菌屬和脫硫腸狀菌屬，其特點是可利用乳酸、丙酮酸、乙醇或某些脂肪酸為碳源及能源，將硫酸鹽還原為硫化氫。

Ⅱ類

如脫硫菌屬、脫硫球菌屬、脫硫八疊球菌屬和脫硫線菌屬，它們的特別之處是可以氧化脂肪酸，並將硫酸鹽還原為硫。隨著研究的進展，陸續又有一些新的種屬被命名。

培養條件

雖然從理論上講，SRB為嚴格的厭氧菌，但隨著研究的深入，已有研究結果表明SRB並非嚴格意義上的絕對厭氧，而是兼性厭氧。

但總體上來說，SRB對氧還是極其敏感的，因此對其培養與分離關鍵要採用嚴格的厭氧技術培養SRB不僅僅要求周圍生長的環境是無氧的，還有培養基中氧化還原電位必須在-100mV以下。

所以通常在培養基中加入一些強還原劑，如巰基乙醇、抗壞血酸、L2半胱氨酸鹽酸鹽，這些物質受熱容易分解，所以要採用過濾除菌的方法單獨滅菌。

溫度

⑴中溫型：30-40 ℃之間；

⑵高溫型：55-60 ℃之間。

PH值

5-10內均能生存，最佳pH值在7-8之間。

判斷生成標誌

是在加有二價鐵鹽的培養基中，液體培養基表現為全部變黑；而固體培養基在有二價鐵鹽的存在下則有黑色的菌落生成。

培養方法

液體培養法

液體培養SRB，首先排除培養基內的空氣，可以採用高純氮氣吹脫培養基內的空氣以及使培養基加熱的方法，然後接入適量菌液，在適宜的溫度下靜置培養。若在培養基上方覆蓋一層滅過菌的液體石蠟效果更佳。

固體培養法

⑴稀釋搖管法

稀釋搖管法是稀釋倒平板法的一種變通形式，先將一系列盛有無菌瓊脂培養基的試管加熱使瓊脂熔化並保持在50℃左右，將已稀釋成不同梯度的菌液加入到這些已熔化好的瓊脂試管中，迅速充分混勻。待凝後,在瓊脂柱表面倒一層滅菌的液體石蠟和固體石蠟的混合物，使培養基儘量隔絕空氣。培養後，菌落形成在瓊脂柱的中間。

困難之處在於菌落的挑取，首先需用一隻滅菌針將覆蓋的石蠟蓋取出，然後再用一隻毛細管插入瓊脂和管壁之間，吹入無菌無氧氣體，將瓊脂柱吸出，放在培養皿中，最後用無菌刀將瓊脂柱切成薄片進行觀察並轉移菌落。

該法的不足之處是觀察與挑取菌落比較困難，但在缺乏專業設備的條件下，此法仍是一種方便有效地進行厭氧微生物分離、純化和培養的低成該方法。

⑵疊皿夾層法

疊皿夾層法實質是將菌夾在上下兩層培養基之間，使其造成一個相對無氧的環境，從而使SRB能在夾縫中生長。

具體做法是將已經富集好的菌液採用無菌操作技術稀釋成不同濃度。將含有質量分數為2%瓊脂的固體培養基熔化並保持在50℃左右，在無菌條件下，向培養皿（90mm×15mm）的皿蓋中倒入約1/3高度的固體培養基，待其剛剛冷凝後，將不同濃度的稀釋液吸取適量，快速塗布平板上，使稀釋液滲透約30s後，在培養皿的中間位置倒入同種營養型固體培養基，直到將溢未溢的突起狀態，隨後迅速蓋上皿蓋並往下壓，最終皿內不能有氣泡。

去掉培養皿內外兩層側壁間多餘的瓊脂，並在其中灌入適量熔化的石蠟，使培養皿側壁縫隙被石蠟密封，儘量不要留有氣泡。培養一周后，在加有二價鐵離子的平板中會長出黑色的SRB菌落，在酒精燈旁加熱使固體石蠟熔化，由於上下兩層培養基凝固時間不同，所以當移去內皿後，用鑷子很容易將上層培養基揭起，從而露出下層培養基的菌落。當需要進行菌落挑取時,可以對其進行切塊轉移，放入液體培養基時搗碎即可。

該方法的優點是培養物均採用塗布或劃線生長於營養瓊脂夾層中，取菌落時可很方便地做到定點取菌，同時該方法不需要另外創建一個無氧環境，故省時、省力，具備了所有好氧、厭氧分離方法的優點。

⑶Hungate滾管技術

Hungate滾管技術是培養厭氧菌最佳的方法。滾管技術是美國微生物學家亨蓋特於1950年首次提出並套用於瘤胃厭氧微生物研究的一種厭氧培養技術。這項技術又經歷了幾十年的不斷改進，從而使亨蓋特厭氧技術日趨完善，並逐漸發展成為研究厭氧微生物的一套完整技術。國內外很多專門做厭氧培養的實驗室大都採用此技術。

Hungate滾管技術是指將適當稀釋度的菌液，在無菌無氧條件下接入含有瓊脂培養基的厭氧試管中，然後將其在滾管機或冰盤上均勻滾動，使含菌培養基均勻地凝固在試管內壁上。當瓊脂繞管壁完全凝固後，瓊脂試管即可垂直放置貯存，並可使少量的水分集中在底部，經過幾天的培養後，就可見到厭氧管內固體培養基內部和表面有菌落出現。挑取菌落時也很方便，可以在酒精燈旁用自製的玻璃細管接種針挑取生長狀態良好的菌落，快速接到液體培養基中富集培養。

Hungate滾管技術的優點在於，培養基可以在厭氧管內壁上形成一層均勻透明的薄層，同時菌落可以埋藏在培養基內部或生長在表面，同平板塗布法相比，與氧氣接觸的機會大大減少。

在地球化學循環中的作用

化石燃料的燃燒、火山爆發和微生物的分解作用是SO₂的主要來源。在自然狀態下，大氣中的SO₂，一部分被綠色植物吸收；一部分則與大氣中的水結合，形成H₂SO₄，隨降水落入土壤或水體中，以硫酸鹽的形式被植物的根系吸收，轉變成蛋白質等有機物，進而被各級消費者所利用，動植物的遺體被微生物分解後，又能將硫元素釋放到土壤或大氣中，這樣就形成一個完整的循環迴路。微生物在硫元素循環過程中發揮了重要作用，主要包括脫硫作用、硫化作用和反硫化作用。