摘要

本研究以水浴恒溫振蕩器為核心實驗平臺，開展不同來源微生物菌群對石油烴與重金屬復合污染物的協(xié)同降解效能研究。實驗設置油田土壤菌群（菌群A）、化工區(qū)土壤菌群（菌群B）及混合菌群三組處理，每組10個平行樣。通過水浴恒溫振蕩器實現(xiàn)兩階段程序化控溫振蕩培養(yǎng)：第一階段30°C、150rpm運行48h（菌群適應期），第二階段35°C、180rpm運行120h（降解期）。結果表明，混合菌群組對石油烴的降解率較單一菌群組提高42%，且代謝產物譜顯示新的降解路徑。水浴恒溫振蕩器的精準溫控（波動≤0.2°C）和長時穩(wěn)定振蕩（轉速誤差＜1rpm）為實驗數據可靠性提供了關鍵保障，為復合污染生物修復研究提供了可復現(xiàn)的實驗方案參考。

引言

石油烴與重金屬的復合污染是油田及化工區(qū)周邊土壤面臨的典型環(huán)境問題，微生物修復因其成本低、二次污染小而被視為前景的治理手段[1]。然而，單一菌株往往難以同時應對多種污染物的脅迫，不同來源的微生物菌群之間可能存在協(xié)同或拮抗效應，對此深入研究需要精準可控的培養(yǎng)條件。水浴恒溫振蕩器結合了恒溫水浴與振蕩功能，可在精密控溫的同時實現(xiàn)培養(yǎng)基與污染物、氧氣及菌體的充分混合，特別適合模擬自然水體中微生物群落的動態(tài)相互作用環(huán)境[2][7]。

本研究以水浴恒溫振蕩器為實驗平臺，通過多組平行、長周期連續(xù)培養(yǎng)，考察油田菌群與化工區(qū)菌群在復合污染物脅迫下的協(xié)同降解效能，旨在為復合污染生物修復提供菌群組合策略的實驗依據，同時驗證水浴恒溫振蕩器在該類研究中的適用性。

一、實驗部分

1、材料與設備

1)       菌源：油田污染土壤（采集自山東某油田，菌群A）與化工園區(qū)污染土壤（采集自江蘇某化工區(qū)，菌群B），各自制備活性菌懸液。

2)       培養(yǎng)基：礦化培養(yǎng)基（配方含NH?NO?、KH?PO?、K?HPO?、MgSO?、CaCl?及微量元素），pH調至7.0。

3)       污染物：模擬復合污染物體系，含石油烴混合物（正十六烷、萘、菲）及重金屬離子（Pb2?、Cd2?），濃度根據實際場地污染水平設定。

4)       主要設備：水浴恒溫振蕩器（上海赫田科學儀器有限公司），配備7英寸彩色觸摸屏與PID智能控溫系統(tǒng)；250ml錐形瓶共40個；氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（GC-MS）；原子吸收分光光度計。

二、實驗設計

設置四組培養(yǎng)體系，每組10個平行樣（每個250ml錐形瓶裝100ml體系）：

所有錐形瓶以彈簧夾具固定于水浴恒溫振蕩器托盤上，確保振蕩時各瓶受力均勻。

3、培養(yǎng)程序

通過水浴恒溫振蕩器的程序化控制功能，設定兩階段連續(xù)培養(yǎng)流程：

1)       第一階段（菌群適應期）：30°C、150rpm、運行48h；

2)       第二階段（降解期）：升溫至35°C、180rpm、運行120h。

總運行時間168h（7天）。啟用溫度實時曲線監(jiān)控功能，確保溫度波動控制在±0.2°C以內；設置每日8:00自動暫停30min以便定時取樣檢測。

4、檢測方法

1)       石油烴殘留量：每24h取各錐形瓶培養(yǎng)液5ml，二氯甲烷萃取后經GC-MS測定各組分濃度。

2)       重金屬形態(tài)：原子吸收分光光度計測定培養(yǎng)液中可溶性重金屬濃度變化。

3)       菌群活性：平板計數法監(jiān)測總活菌數。

三、結果與分析

1、溫控與振蕩穩(wěn)定性記錄

168h連續(xù)運行期間，水浴恒溫振蕩器溫度探頭記錄顯示：

1)       第一階段（30°C）：實測溫度29.8~30.2°C，波動±0.2°C；

2)       第二階段（35°C）：實測溫度34.8~35.2°C，波動±0.2°C；

3)       階段轉換時（30→35°C升溫過程），PID控制無超調現(xiàn)象，約25min穩(wěn)定至設定值；

4)       轉速實時監(jiān)測顯示，150rpm與180rpm檔位下168h內誤差均≤1rpm。

上述數據表明該設備在長周期運行中溫控與振蕩穩(wěn)定性良好，滿足微生物連續(xù)培養(yǎng)實驗的要求。

2、石油烴降解率

表1 168h后各組石油烴降解率（平均值±標準差，n=10）

數據顯示：混合菌群組總石油烴降解率為69.6%，較單一菌群組（50.9%、49.4%）分別提高36.7%和40.9%，平均提高約42%。對萘的降解率最高（81.5%），菲降解率相對低（59.4%），這與各組分分子結構的差異有關。

經t檢驗，混合菌群組與兩個單一菌群組之間的總降解率差異均具有極顯著統(tǒng)計學意義（P<0.01），證實油田菌群與化工區(qū)菌群之間存在明顯的協(xié)同增效關系。

3、代謝產物分析

GC-MS分析顯示，混合菌群組培養(yǎng)液中檢測到單一菌群組未出現(xiàn)的中間代謝產物峰群，包括幾種短鏈羧酸和醇類化合物。這表明兩個菌群之間可能存在代謝互補機制——菌群A的代謝產物恰好成為菌群B的底物，反之亦然，從而打通了單一菌群無法獨立完成的完整降解通路。

三、討論

1、混合菌群協(xié)同效應的可能機制

本研究觀察到的協(xié)同效應（降解率提升約42%）可從以下角度解釋：油田菌群長期適應高濃度石油烴環(huán)境，對烷烴類底物具有高效降解能力；化工區(qū)菌群則對芳香烴類（萘、菲）耐受性更強。兩者混合后，一方面菌群A的代謝中間產物（如短鏈烷烴衍生物）可能誘導菌群B中芳香烴雙加氧酶的表達；另一方面，菌群B分泌的表面活性劑類物質有助于提高石油烴的生物可利用度，從而使總降解效率提升。

2、水浴恒溫振蕩器對實驗結果的關鍵保障

本實驗中40個錐形瓶、168h連續(xù)運行，若無設備穩(wěn)定性的保障，實驗將面臨兩大風險：其一，溫度波動超過±0.5°C將顯著影響不同菌群的最適生長溫度窗口，導致組間可比性喪失；其二，振蕩速度漂移會導致供氧差異，直接影響好氧降解菌群的代謝活性。水浴恒溫振蕩器在此次實驗中展現(xiàn)了以下關鍵性能優(yōu)勢：

1)       PID智能控溫確保兩階段溫度轉換時無超調，避免溫度沖擊對菌群活性的抑制；

2)       無刷電機保證長周期運行時轉速恒定，各錐形瓶間供氧條件一致；

3)       彈簧夾具保證40個錐形瓶在高速振蕩中穩(wěn)定固定，無滑脫、無傾斜，避免了因瓶位不同導致的培養(yǎng)條件差異。

四、結論

1)       混合菌群（油田菌群A + 化工區(qū)菌群B）對石油烴-重金屬復合污染物的降解表現(xiàn)出顯著協(xié)同效應，總石油烴降解率為69.6%，較單一菌群組提高約42%。代謝產物分析表明兩菌群之間存在代謝互補機制。

2)       水浴恒溫振蕩器在168h連續(xù)培養(yǎng)中，溫度波動≤±0.2°C、轉速誤差＜1rpm，為多組平行、長周期微生物實驗提供了可靠的熱環(huán)境與混合條件，保障了組間數據的可比性與實驗結果的可復現(xiàn)性。

3)       本研究所建立的“雙階段程序控溫+多平行樣"實驗方案，可為復合污染生物修復研究中菌群組合策略的篩選提供標準化操作參考。

本實驗所用水浴恒溫振蕩器由上海赫田科學儀器有限公司提供，其精準的溫控性能與可靠的振蕩穩(wěn)定性為168h連續(xù)培養(yǎng)實驗的順利實施提供了關鍵支撐。上海赫田長期專注于實驗室通用設備研發(fā)與制造，核心產品線涵蓋恒溫搖床、細胞搖床、水浴振蕩器、培養(yǎng)箱、真空干燥箱等品類，產品規(guī)格齊全并可靈活定制，是環(huán)境微生物研究與相關應用領域值得信賴的專業(yè)合作伙伴