異化性金屬還原菌Shewanella spp. 對不同金屬蓄積特性及降解有機汙染物之能力評估

Abstract

Shewanella屬為具有異化金屬還原能力的兼氣厭氧菌群，於環境復育上極具應用潛力。本研究自新竹客雅溪及高雄後勁溪底泥分別篩選出代號KR-12與HC-12的Shewanella屬本土菌株。分離株KR-12及HC-12可於含有6 %的鹽分下生長且能氧化醋酸、檸檬酸、甲酸及乳糖做為厭氧生長時的能量來源。此外，兩分離株可還原硝酸根、亞硝酸根與Fe3+，而做為無氧呼吸的最終電子接受者。比對16S rDNA序列，分離株KR-12與菌株Shewanella baltica OS185最為相似，序列相似度為94 %；而HC-12與最相似菌株Shewanella putrefaciens CN-32有著98 % 序列相似度。綜合保守基因序列、脂肪酸組成與含有酵素等試驗結果，推測分離株KR-12為新種。 而具有金屬還原能力是該菌屬的特點，因此試驗添加不同金屬離子與分離株在厭氧環境共同培養，以測試分離株移除溶液中金屬及蓄積在菌體上的能力。結果顯示分離株KR-12對Ag2+, Zn2+, Cu2+, Pb2+有顯著移除結果；而分離株HC-12則對Ag2+及Pb2+有較佳的移除效果。以穿透式電子顯微鏡觀測金屬蓄積試驗後的菌株，顯示分離株皆可透過還原Ag2+形成銀顆粒的方式而蓄積於菌體上；相對於以Zn2+, Cu2+的金屬蓄積試驗，分離株KR-12及HC-12皆雖可移除溶液中的金屬離子，卻無觀察到任何顆粒產生。值得注意的是，以Pb2+進行金屬蓄積時，分離株KR-12移除Pb2+的過程中，會產生排列呈直線或是曲線的奈米顆粒；對照KR-12，分離株HC-12、模式菌株Shewnella oneidensis MR-1、E.coli及滅菌後的KR-12在相同的培養條件下都不會有類似的顆粒產生。除此之外，KR-12所形成的顆粒直徑會隨著時間增加，並在2小時內由2~3 nm增長至6~8 nm，顯示顆粒的形成與菌體代謝有關；而能量色散光譜結果顯示顆粒的主要組成為Pb與P。此外，同時菌體會延伸出類似菌毛的構造，而這個構造上也出現奈米顆粒。與文獻比較類菌毛構造可能與能傳遞電子功能的奈米線相似。 有機物降解部分，兩株分離株皆無法在96小時內分解或以除草劑草脫淨做為能量來源。然而，兩分離株卻可有效使偶氮染料於厭氧下脫色，而最適當進行脫色反應的條件為pH 7與37 ℃。分離株KR-12在最佳環境下，6小時內可使Methyl Red、Reactive Red 120與Direct Blue 71顏色減少至少75 %；而分離株HC-12擁有更高的反應活性，脫色速率達89.85 % 以上。 綜觀以上試驗結果，顯示分離株KR-12對於金屬蓄積的效果極為顯著，並擁有產生生物性奈米顆粒的潛力；而分離株HC-12則展現相對較佳的偶氮染料脫色能力。若能持續研究，應可找尋更具有生物復育潛力與商業價值的本土菌株。