بررسی شاخص‏های جذب نیکل به‏ وسیله‏ سودوموناس و باسیلوس

نوع مقاله: پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 استاد‏یار میکروبیولوژی صنعتی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 استاد‏یار زیست‏شناسی، دانشگاه مازندران، مازندران، ایران

چکیده

مقدمه: از مهم‏ترین آلاینده‏های زیست محیطی می‏توان به فلزات سنگین اشاره کرد، که به علت پایداری بالا در محیط و حضور مقادیر بالایی از آن‏ها در پساب کارخانجات، تصفیه آن‏ها ضروری است. مواد و روش‏ها: دراین تحقیق از باکتری سودوموناسPseudomonas sp. که از پساب شهرک صنعتی ایلام جدا شد، به عنوان نمونه ای از باکتری گرم منفی،‏ و باکتری باسیلوسBacillus sp. که از خاک بیابان مرانجاب کاشان جدا شد، به عنوان نماینده باکتری‏های گرم مثبت در جذب زیستی نیکل از محلول آبی در رآکتور بچ استفاده شد. نتایج: در این تحقیق، عواملی مانند میزان بیشینه جذب نیکل، اثر اسیدیته‏ محلول فلزی و تکرارپذیری جذب فلز،‏ به‏وسیله‏ سودوموناس و باسیلوس مطالعه و مشخص شد‏، زمان تعادل جذب نیکل به‏وسیله باسیلوس در حدود 10 دقیقه است. بیشینه میزان جذب فلز به‏وسیله باکتری مذکور 71/. میلی‏مول بر گرم وزن خشک سلول است. بحث و نتیجه‏گیری: میزان جذب نیکل به‏وسیله سودوموناس در حدود 12/. میلی‏مول بر گرم وزن خشک توده سلولی و زمان تعادل در حدود پنج دقیقه بود. از بین عوامل رهاساز،‏ بهترین عامل جداکننده فلز نیکل از سطح باکتری‏ها در باسیلوس، اتیلن دیامین تترا استیک ‏اسید و در سودوموناس، نیتریک ‏اسید شناخته شد. این نتایج نشان داد، باکتری گرم مثبت باسیلوس گزینه مناسب‏تری برای حذف فلز نیکل از محلول‏های آلوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of parameters effective in nickel uptake by Pseudomonas and Bacillus

نویسندگان [English]

  • Salman Ahmady-Asbchin 1
  • Naser Jafari 2
1 Assistant Professor of Industrial Microbiology, Ilam University, Ilam, Iran
2 Assistant Professor of Biology, Mazandaran University, Mazandaran, Iran,
چکیده [English]

Introduction: The heavy metal pollution has turned out to be one of the most important environmental problems. Due to their high stability in the presence of large amounts of wastewater factory, water treatment is necessary. Materials and Methods: In this study, Pseudomonas bacteria were isolated Ilam Town industrial waste water used as an example of Gram-negative bacteria. And Bacillus was isolated from desert dust Maranjab Kashan, as representative of Gram-positive bacteria Then, they were investigated in the biological uptake of nickel from aqueous solution in batch reactors. Results: In this research, factors such as the rate of absorption of nickel, the effect of pH solution, metal reproducibility, metal uptake by Pseudomonas and Bacillus, were studied. Adsorption equilibrium time was approximately 10 minutes by Bacillus and the maximum metal uptake by the bacteria was 0.71 mmol/g dry weight of cells. Discussion and Conclusion: Nickel uptake by Pseudomonas was about 0.12 mmol/g dry weight cell mass and the equilibrium time was about 5 minutes. Best nickel release factors were Bacillus and Pseudomonas, respectively, of EDTA and nitric acid. The results showed that gram-positive bacterium Bacillus was a better choice for the removal of nickel from contaminated solutions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pseudomonas
  • Bacillus
  • Nickel
  • Biosorption
  • Isotherm

مقدمه

از کارخانجات آب‏کاری فلزات، پلاستیک‏سازی‏‏‏، کودهای شیمیایی، رنگ و رزین، معدن‏کاری، فلزکاری و پتروشیمی، فلزات سمّی وارد محیط زیست شده، باعث آلودگی آب‏ها می‏شود. در غلظت‏‏های پایین، فلزات می‏توانند به‏عنوان اجزایی مهم در فرآیند‏‏‏‏های زیستی نقش داشته باشند و اغلب عملکردهای مهمی در تولید آنزیم دارند. با این حال، در غلظت‏‏هایی فراتر از حد خاص، فلزات می‏توانند برای بسیاری از گونه‏ها سمّی باشند. آلاینده‏های فلزات سنگین به سبب اثرات سمّی‏شان نقش مهمی در مسایل زیست محیطی ایفا می‏کند و تجمع‏شان در زنجیره غذایی به مشکلات جدی برای اکولوژی و سلامت ‏منجر می‏‏شود. بنابراین، حذف فلزات سنگین از فاضلاب‏ها موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می‏شود. عموماً جداسازی فلزات سنگین از دو دیدگاه اهمیت دارد: جداسازی و خنثی کردن اثرات فلزات سنگین سمّی از پساب‏های صنعتی، زهکشی‏های کشاورزی و معادن و از طرفی دیگر، احیا و بازیافت فلزات با کاهش تدریجی منابع معدنی موضوعی ضروری است. پژوهش‏های مختلف نشان داد که روش‏های زیستی جداسازی فلزات سمّی می‏توانند شرایط اقتصادی بهینه و کارآمدی را در مقایسه با سایر روش‏های فیزیکی شیمیایی فراهم کنند. در چند دهه اخیر، استفاده از عوامل زیستی برای حذف و بازیافت فلزات سمّی از آب‏های آلوده بررسی شده است. در جاذب‏های زیستی، تمام یون‏های فلزی قبل از دسترسی به غشای پلاسمایی و سیتوپلاسم باید از دیواره سلولی عبور کنند و چون دیواره سلولی حاوی پلی‏ساکاریدها وپروتئین‏های مختلفی است، در نتیجه، جایگاه‏های فعال مختلفی وجود دارد که قابلیت اتصال با یون‏های فلزی را دارند (1).

فرآیند‏‏‏ جذب در باکتری‏های گرم مثبت و گرم منفی به علت تفاوت در ساختار غشا و دیواره با هم تفاوت دارند. دیواره سلولی باکتری‏های گرم منفی ضخامت کمتری نسبت به باکتری‏های گرم مثبت دارد، در نتیجه، در باکتری‏های گرم منفی جایگاه‏های اتصال محکمی وجود ندارد. ساختار غشای بیرونی باکتری‏های گرم منفی متشکل از لیپوپلی‏ساکارید، فسفولیپید و پروتئین است (2 و 3)، در حالی‏که دیواره باکتری‏های گرم مثبت با داشتن گلیکوپروتئین بیش‏تر در سطح خارجی خود نسبت به باکتری‏های گرم منفی پتانسیل بیش‏تری برای جذب زیستی فلزات سنگین دارد (4) .

تحقیقات گسترده ای در رابطه با جذب فلزات سنگین به‏و‏سیله باکتری‏ها صورت گرفته است. از آن جمله، سلطان[1] در سال 2001 از باکتری سودوموناس آئروژینوزا[2]برای حذف فلزات سرب، کادمیوم، جیوه، روی، نقره و مولیبدن استفاده کرده است (5). همچنین، کوکئی و آزارد[3] از باکتری سودوموناس سینژری[4] که دارای بالاترین میزان جذب برای فلز مس است، استفاده کردند. میزان جذب مس در این باکتری معادل 120 میلی‏گرم بر گرم وزن خشک سلول بوده است (6). از باسیلوس تثبیت شده (7)، و جلبک قرمز پاماریا پاماتا[5] (8 و 9) برای حذف فلزات سنگین، از جمله نیکل استفاده شد.

هدف از این تحقیق، استفاده از باکتری‏های باسیلوس[6]، ‏سودوموناس[7] برای جذب زیستی فلز نیکل در رآکتور بسته[8] بوده است. در این پژوهش، علاوه بر بررسی کینتیک و ایزوترم جذب نیکل به‏وسیله باکتری گرم مثبت و گرم منفی به این سؤالات پاسخ داده خواهد شد: جذب فلز نیکل با گذشت زمان چگونه خواهد بود؟ با افزایش میزان غلظت فلز نیکل، ‏میزان جذب چه تغییری پیدا خواهد کرد؟ میزان اسیدیته محلول چه تأثیری روی میزان جذب دارد؟ چه میزان از جذب فلز در باکتری وابسته به متابولیسم بوده و جذب فعال است و چه میزان از جذب غیر وابسته به متابولیسم و جذب غیر فعال است؟ در نهایت نیز، مکانیسم جذب در دو باکتری مطالعه می‏شود.

 

مواد و روش‏ها

توده سلولی

در این تحقیق، از دو باکتری استفاده شد:‏ نخست باکتری سودوموناس میله‏ای شکل، ‏گرم منفی، متحرک، که از پساب کارخانه‏های شهرک صنعتی ایلام (رودخانه چوار) جدا شد. میکروارگانیسم بعدی،‏ باکتری میله‏ای شکل، گرم مثبت، اسپوردار Bacillus sp که از خاک بیابان مرنجاب کاشان جدا شد. این باکتری‏ها با استفاده از آزمایش‏‏‏‏های تشخیصی ساده، شامل: آزمایش‏‏‏ گرم، تولید اسپور، احیای نیترات، تولید کاتالاز، استفاده از سیترات و فرمانتاسیون لاکتوز، مالتوز و دکستروز شناسایی شده است (13).

مواد و محیط‏های کشت

در انجام این تحقیق برای کشت باکتری باسیلوس از محیط کشت GMS[9] استفاده شده است. محیط کشت مورد استفاده آبگوشت بود. ترکیبات مورد استفاده در این محیط کشت شامل سولفات منگنز (075/0 گرم بر لیتر)،‏ کلرید کلسیم (1/0 گرم بر لیتر)، سولفات منیزیم (1/0 گرم بر لیتر)،‏ گلوکز (10 گرم بر لیتر)،‏ سدیم فسفات (35/5 گرم بر لیتر)، عصاره مخمر ( 3 گرم بر لیتر)، کلرید آمونیوم (67/2 گرم بر لیتر)، و سولفات آهن (4/0 گرم بر لیتر) بود و از محلول فلزی کلرید نیکل 6 آبه استفاده شد.

اندازه‏گیری فلز نیکل

اندازه‏گیری یون فلزی نیکل قبل و بعد از هر آزمایش به‏وسیله دستگاه جذب اتمی[10] اسپکترومتر صورت گرفته است. با تعیین استاندارد‏های این فلز، محلول‏های فلزی نیکل رقیق و به‏وسیله‏ لامپ نیکل توسط دستگاه جذب اتمی میزان فلز در محلول تعیین شد (11).

کینتیک جذب فلز نیکل توسط سودوموناس و باسیلوس

برای انجام این کار از آزمایش‏های مربوط به کینتیک جذب یون نیکل توسط باکتری در یک رآکتور کوچک 1 لیتری، ‏در دمای محیط آزمایشگاه،‏ با میزان 1 گرم از باکتری‏ها استفاده شد. برای تنظیم اسیدیته‏ در حدود 2/0±5 از هیدروکسید سدیم [11]و کلریدریک ‏اسید [12] استفاده شد. کشت 24 ساعته باکتری، با آب مقطر بدون یون شستشو و سپس یک گرم بیوماس باکتری‏ها با محلول فلزی نیکل تیمار شد و میزان جذب در زمان‏های مختلف بررسی شد. در زمان‏های مختلف تماس 0، 5، 80، 150، 250، 1250 و 1400 دقیقه از ارلن حاوی باکتری نمونه‏برداری شد و از فیلتر سر سرنگی 45/0نانومتر برای فیلترکردن نمونه‏ها استفاده شد‏. آن‏گاه میزان فلز نیکل در محلول به‏وسیله دستگاه جذب اتمی اندازه‏گیری و میزان جذب بررسی شد.

ایزوترم جذب فلز نیکل به‏وسیله‏ باکتری

برای انجام ایزوترم جذب سطحی، از غلظت اولیه فلز سنگین نیکل بین 1 تا 7 میلی‏مولار استفاده شد. این غلظت فلز با توده سلولی باکتریایی سودوموناس و باسیلوس تماس داده شد. برای جذب فلز نیکل، از یک گرم توده سلولی مرطوب باکتری استفاده شد.

مدل عمومی برای بررسی جذب فلز بر روی جاذب‏های زیستی بر اساس فرمول 1 است. در این معادله در نهایت ظرفیت جذب با استفاده از مشخص بودن، وزن توده سلولی، حجم محلول فلزی، غلظت اولیه فلز و غلظت نهایی (تعادلی) فلز به‏دست آمد (13).

m.qe=(C0-Ce)V در این معادله:

m: وزن جاذب زیستی (گرم)

Qe: ظرفیت جذب در حالت تعادل (مول بر گرم)

V: حجم محلول (لیتر)

C0: غلظت اولیه فلز محلول (مول بر لیتر)

Ce: غلظت فلز در محلول به حالت تعادل (مول بر لیتر) (1)

 

بررسی تعیین نوع جذب فعال و غیر فعال توسط باکتری گرم مثبت و منفی

برای انجام این آزمایش، از ترکیب شیمیایی 2و 4­دی‏نیترو‏فنول، ‏سدیم آزید و اتوکلاو استفاده شده است. دی نیترو فنل مانع تشکیل پیوند پر انرژی در باکتری می‏شود؛ در نتیجه، واکنش‏های اکسیداسیونبدون تشکیل پیوند پر انرژی انجام می‏شود؛ ‏یعنی موجب مهار واکنش‏های فسفوریلاسیون اکسیداتیو در باکتری شده و به‏عنوان عوامل جداکننده[13] فسفوریلاسیون از اکسیداسیون هستند. در مقابل سدیم‏آزید به‏عنوان یک بازدارنده[14] عمل می‏کند که قادر است علاوه بر مهار سنتز آدنوزین تری فسفات[15]،‏ سیستم انتقال الکترون را از طریق اختلال در عمل ناقل‏های الکترون مهار سازد. در نتیجه، اثر غیر فعال‏کنندگی آن بیشتر از دی‏نیترو‏فنول است.

اثر اسیدیته ‏محلول فلزی در جذب فلز نیکل به‏وسیله باسیلوس و سودوموناس

برای این منظور، نمونه‏های حاوی محلول فلزی نیکل در محدوده اسیدیته‏های 2 تا 10 با فاصله یک واحد تهیه شد‏. هر تیمار سه بار انجام شد. در این آزمایش مدت‏ زمان مجاورت دو ساعت، درجه حرارت 30 درجه سانتیگراد و تعداد دورهای شیکر 150 دور در دقیقه بود. سپس محلول‏های فلزی حاوی باکتری به‏مدت 15 دقیقه در دستگاه سانتریفوژ با 12000 دور در دقیقه سانتریفوژ شد‏. در نهایت، به منظور بررسی کارایی و ظرفیت جذب رسوب؛ یعنی بیوماس و محلول رویی آن توسط دستگاه جذب اتمی تحلیل‏‏ شد.

مطالعه آزادسازی نیکل از سودوموناس و باسیلوس با استفاده عوامل رهاساز

در این آزمایش، از عوامل رهاساز نیتریک ‏اسید برای سودوموناس و اتیلن دی آمین تترا استیک ‏اسید برای باسیلوس در غلظت یک مولار استفاده شده است. در مرحله اول باکتری‏ها در تماس با محلول حاوی یون نیکل قرار گرفتند. سپس، توده سلولی با آب مقطر بدون یون، دو بار تقطیر شده شستشو داده شد. مدت زمان تماس توده سلولی حاوی نیکل با عوامل رهاساز برابر 30 دقیقه است. سپس باکتری‏های مملو از یون فلزی نیکل در تماس با 10 میلی‏لیتر از عامل رهاساز مذکور با غلظت یک مولار قرار گرفت (13).

 

نتایج

شناسایی و تهیه باسیلوس و سودوموناس

با استفاده از آزمایش‏‏‏‏های تشخیصی ساده که در جدول 1 نشان داده شد، دو باکتری گرم مثبت و منفی انتخاب شده، دارای خصوصیات زیر بودند. باکتری گرم منفی سودوموناس دارای فلاژل، میلی‏ای شکل، ایندول مثبت،‏ اکسیداز مثبت،‏ که قادر به استفاده از سیترات و ژلاتین بود. باکتری گرم مثبت باسیلوس، دارای اسپور مرکزی، دارای فلاژل، میله‏ای شکل، گلوکز و متیل رد مثبت و همچنین، دارای توانایی هیدرولیز ژلاتین بود.

 

 

جدول 1- خصوصیات بیوشیمیایی و ریخت‏شناسی سودوموناس و باسیلوس جدا شده.

آزمایش‏‏‏‏ها

نتیجه

سودوموناس

باسیلوس

آزمایش‏‏‏ گرم

-

+

اسپور

-

+ (مرکزی)

فلاژل

+

+

شکل

میله‏ای شکل

میله‏ای شکل

حرکت

+

+

فرمنتاسیون گلوکز

-

+

فرمنتاسیون لاکتوز

-

-

فرمنتاسیون مالتوز

-

-

فرمنتاسیون مانیتول

+

-

فرمنتاسیون گزیلاز

-

-

هیدرولیز نشاسته

-

 

تولید اندول

+

-

متیل رد

-

+

استفاده از سیترات

+

-

احیاء نیترات

+

+

اکسیداز

+

-

هیدرولیز ژلاتین

+

+

 

کینتیک جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس و سودوموناس

 نتیجه کینتیک جذب نیکل به‏وسیله سودوموناس و باسیلوس مرطوب در شکل 1 نشان داده شده است. کینتیک جذب فلز نیکل به‏وسیله‏ باکتری‏ها، بسیار سریع و قابل ملاحظه است، در مورد سودوموناس تنها حدود 5 دقیقه کافی است که 50 درصد نیکل از محلول جدا و جذب باکتری شود. این مدت زمان شاید مربوط به جذب غیروابسته به متابولیسم باکتریایی باشد.و پس از گذشت سه ساعت در باکتری افزایش جذبی صورت نمی‏گیرد.

اما در مورد باسیلوس زمان تعادل در حدود 10 دقیقه است. زمان تعادل جذب نیکل به‏وسیله‏ باکتری گرم منفی کمتر از این مدت زمان در باکتری گرم مثبت است. با گذشت زمان، غلظت نیکل در محلول کم می‏‏شود. این کاهش در باسیلوس بیشتر از سودوموناس است؛ به بیانی دیگر، قدرت جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس بالاتر است. نکته مهم در سودوموناس در مدت زمان کمتری این کاهش نیکل در محلول صورت می‏گیرد.

 

شکل 1- کینتیک جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس و سودوموناس

 

ایزوترم جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس و سودوموناس

یافته‏های جذب نیکل به‏وسیله‏ دو باکتری گرم مثبت و منفی در شکل 2 نشان داده شده است. با افزایش غلظت محیطی فلز جذب نیز افزایش پیدا می‏کند، زیرا با افزایش غلظت فلز، ‏میزان بیش‏تری از فلز در معرض گروه‏های سطحی باکتری‏ها قرار می‏گیرد، اما تا حدی این افزایش غلظت فلز با افزایش جذب همراه است، و پس از آن با توجه به ثابت بودن میزان باکتری‏ها و جایگاه‏های جذب روی توده سلولی، میزان جذب ثابت می‏‏ماند. این منحنی در اسیدیته‏ برابر 0/5 ترسیم شده است. بیشینه جذب در حدود 71/0 و 12/0 میلی‏مول بر گرم وزن توده سلولی باکتریایی باسیلوس و سودوموناس است.

 

شکل 2- ایزوترم جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس و سودوموناس

 

تأثیر اسیدیته‏ محلول اولیه روی جذب نیکل

اثر تغییر اسیدیته‏ بر روی جذب نیکل به‏وسیله توده سلولی مرطوب سودوموناس و باسیلوس بررسی شده است . تنظیم اسیدیته‏ از طریق افزودن نیتریک ‏اسید‏‏‏ 1/0 مولار و سود 1/0 مولار انجام شد‏،‏ در شکل 3 کینتیک جذب نیکل به‏وسیله دو باکتری نشان داده شده است.

همان‏گونه که نشان داده شده است، بیشینه جذب به‏وسیله‏ سودوموناس در حدود 12/0 میلی‏مول بر گرم وزن توده سلولی سودوموناس است، که در اسیدیته‏ حدود 0/5 رخ داده است، در حالی‏که بیشینه جذب نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس در اسیدیته‏ حدود 7 است و در اسیدیته‏‏های پایین جذب بسیار پایین بوده است. در هر دو جاذب زیستی با افزایش اسیدیته‏ از 8 به بعد، جذب نیکل به طور معنی‏داری کاهش یافته است. در استفاده‏های صنعتی بهتر است اسیدیته‏ حدود 6 استفاده شود، که از مواد شیمیایی برای تنظیم اسیدیته‏ در مقیاس وسیع استفاده نشود.

 

 

 

 

 

 

شکل 3- تأثیر اسیدیته‏ بر جذب فلز نیکل به‏وسیله باسیلوس و سودوموناس

 

بررسی تعیین نوع جذب فعال و غیر فعال توسط باکتری گرم مثبت و منفی

همان‏گونه که در شکل 4 نشان داده شده است، میزان جذب فلز نیکل در سلول‏هایی باکتریایی گرم مثبت که تحت تأثیر ‏‏سدیم‏آزید و دی‏نیترو‏فنول قرار گرفته‏اند، نسبت به سلول‏هایی که تحت تأثیر هیچ تیماری قرار نگرفته‏اند، ‏حدود 21 درصد کاهش جذب نشان داده است. البته، میزان کاهش در تیمارهایی که تحت تأثیر ‏‏سدیم‏آزید قرار گرفته‏اند، اندکی بیشتر است. این دو ترکیب باعث متوقف شدن فعالیت‏های متابولیکی سلول باکتریایی می‏شود، اما سلول‏های باکتریایی که تحت تأثیر ‏‏تیمار حرارتی اتوکلاو قرار گرفتند، به میزان 63 درصد نسبت به سلول‏های باکتریایی که چنین تیماری بر روی آن‏ها انجام نشده، کاهش جذب نشان دادند، زیرا اتوکلاو باعث از بین رفتن ساختار سطحی سلول باکتری می‏شود و به دنبال آن، جایگاه اتصال فلز نیکل به سلول باکتریایی از بین می‏رود. در نتیجه، جذب فلز نیکل توسط باکتری مورد نظر حدود 63 درصد به‏صورت غیر‏فعال و حدود 37 درصد به‏صورت فعال انجام می‏شود. در مقابل آزمایش‏های مربوط به جذب فلز نیکل به‏وسیله‏باکتری گرم منفی سودوموناس،‏ در نهایت به این نتیجه رسیده است، که میزان جذب بصورت غیر فعال حدود 48 درصد و میزان جذب فعال در حدود 52 درصد بوده است. این میزان نشان می‏‏دهد، در باکتری گرم مثبت باسیلوس جذب غیر فعال بسیار بالاتر از گرم منفی سودوموناس است و شاید به‏علت حضور اگزو پلی‏ساکارید در سطح باسلوس باشد که نقش اصلی را در جذب غیر فعال نیکل دارد.

 

شکل 4- تأثیر سدیم‏آزید، اتوکلاو،‏ 2و4‏ دی‏نیترو‏فنل بر جذب فلز نیکل به‏وسیله‏ باسیلوس و سودوموناس

 

استفاده مجدد از باکتری گرم مثبت و منفی با به‏کار بردن عوامل رهاساز

در جریان مطالعه، جداسازی[16] نیکل از سودوموناس و باسیلوس، ‏بالاترین درصد جداسازی به‏وسیله عامل رهاساز نیتریک ‏اسید‏‏‏، و اتیلن دی آمین تترا استیک اسید در سیکل اول برابر 44 درصد و 74 درصد بوده است. در این آزمایش، بیش‏ترین میزان جذب معادل 12/0 و 71/0 میلی‏مول بر گرموزن توده سلولی برابر 100 است. کاهش میزان جذب با این مقادیر مقایسه شده است. این میزان در سیکل‏های بعدی کاهش می‏یابد.این نتایج نشان داد که پس از سه تا چهار بار تکرار فرآیند‏‏‏ اتصال جداسازی[17]، میزان جذب به‏وسیله سودوموناس و باسیلوس کاهش قابل ملاحظه‏ای را نشان می‏دهد. یافته‏ها در شکل 5 نشان داده شده است. علت جدا‏سازی‏‏‏ بیشتر در باکتری گرم مثبت باسیلوس به این علت است که جایگاه اتصال نیکل در باسیلوس اگزوپلی‏ساکارید سطح باکتری است.‏ به علت این اتصال سطحی و سست بین فلز نیکل و باکتری میزان جداسازی بیشتر است، در حالی که در باکتری گرم منفی اتصال فلز نیکل به سطح دیواره سلولی بوده، از استحکام بیشتری برخوردار است و در نتیجه، میزان جداسازی فلز از باکتری کمتر است. لذا از این دیدگاه در استفاده‏های صنعتی برای استفاده مجدد از باکتری ‏باسیلوس گرم مثبت مقرون به صرفه‏تر است (13).

 

شکل 5- جداسازی یون نیکل از سودوموناس و باسیلوس به‏وسیله نیتریک‏ اسید و اتیلن دیامین تترا‏ استیک‏ اسید

 

بحث

استفاده از تکنولوژی جذب زیستی ارزان‏تر بوده، با کارایی بیشتر و بهتری عمل می‏‏کند (12). در سال 2008، احمدی و همکاران جذب فلز نیکل را در جلبک قهوه‏ای فوکوس سراتوس[18] بررسی کردند. بیش‏ترین میزان جذب نیکل در این جلبک حدود 94/0 میلی‏مول بر گرم و این عدد در سودوموناس و باسیلوس مورد مطالعه 12/0 و 71/0 میلی‏مول بر گرم بوده است (10 و 11). مسعود حسین و همکاران در سال 2006 از باکتری باسیلوس سوبتیلیس[19] برای حذف فلز سرب از محلول‏های آبی استفاده کرده، نشان دادند که این باکتری توانایی جذبی معادل 97 درصد از سرب را از محلول ‏دارد (12). شایان ذکر است، باکتری‏های مورد مطالعه در مقایسه با جاذب‏های زیستی دیگر دارای کارآیی بالاتری بوده، همچنین، در مقایسه با جلبک‏ها دارای ویژگی‏های مثبت دیگری جز کارآیی پایین‏تر هستند. از این باکتری‏ها می‏توان به‏عنوان یک جاذب مناسب برای زدودن فلز سمّی نیکل از پساب‏های آلوده استفاده کرد. آزمایش‏ها نشان می‏دهد که جذب در باکتری گرم مثبت و گرم منفی مورد مطالعه دو فازی است. در مورد باکتری باسیلوس قسمت بسیار زیادی از این جذب مربوط به فرآیند‏‏‏ جذب غیر‏وابسته به متابولیسم است. استفاده‏های صنعتی و کاربردی از این باکتری به‏عنوان یک مزیت تلقی می‏شود، چون در این روش محدودیت‏های استفاده از سلول زنده وجود نخواهد داشت، در حالی‏که، در سودوموناس بیش‏ترین میزان جذب مربوط به فرآیند‏‏‏ وابسته به متابولیسم باکتری است و فعال بودن باکتری مهم است، در نتیجه، در استفاده‏های صنعتی یک ویژگی منفی تلقی می‏‏شود (13).

از دیدگاه اثرات اسیدیته‏، شایسته‏ یادآوری است که در اسیدیته‏‏های پایین،‏ پروتون‏ها می‏توانند بر روی دیواره سلولی باکتری سودوموناس و باسیلوس تثبیت شوند و رقابتی بین یون فلزی نیکل و پروتون در محلول رخ می‏دهد. در نتیجه، جایگاه‏های سطحی دیواره سودوموناس و اگزو پلی‏ساکارید‏ها‏ی باسیلوس به‏وسیله پروتون‏ها اشغال می‏شود (14 و 15). بعلاوه، این زمان نشان می‏دهد، مدت مورد نیاز برای باکتری برای حذف فلز از محلول آبی مناسب و در استفاده‏های صنعتی ارزشمند است.

استفاده مجدد از جاذب زیستی می‏تواند برای کاربردهای صنعتی در رآکتورهای پیوسته مهم باشد. در این میان، اثر رهاساز‏ها نشان داد، م‍ؤثرترین رهاساز در باسیلوس اتیلن دی آمین تترا استیک‏ اسید، اما در سودوموناس نیتریک ‏اسید مؤثرترین است. بعلاوه، این میزان جدا‏سازی‏‏‏ در باسیلوس قابل ملاحظه‏تر است. همچنین، با بررسی گروه‏های سطحی باسیلوس با استفاده از اسپکتروفتومتر مادون قرمز[20]، ‏شامل هیدروکسیل، آمین، متیل و سیانید است، اما در مورد سودوموناس، مهم‏ترین گروه اصلی در اتصال به فلز نیکل،‏ گروه کربوکسیل سطح دیواره سلولی است (16).

 

نتیجه‏گیری

بررسی مطالعات سایر محققان نشان می‏دهد که جذب زیستی روش مناسبی برای جداسازی فلزات سمّی و سنگین از آب و فاضلاب بوده است. این تحقیق نشان داد، جذب فلز نیکل به‏وسیله‏ باکتری، به ویژه باکتری گرم مثبت از کارآیی و مزایای بیش‏تری برخوردار است. با توجه به نتایج حاصل از این مطالعه، استفاده از باسیلوس برای حذف نیکل در سطح صنعتی پیشنهاد می‏شود.

 

تشکر و قدر‏دانی

از سرکار خانم اسلام نیا، ‏دانشجوی کارشناسی ارشد که در انجام این پروژه کمک‏های فراوانی نموده‏اند، صمیمانه تشکر و قدردانی می‏شود.

 

 

 

 

 

 




[1]- Soltan ES. 2001

[2]-Pseudomonas aeruginosa

[3]- Cooksey D.A, Azad H.R. 1992

[4]- Pseudomonas syngeri

[5]- Palmaria palmate

[6]- Bacillus sp. strain MGL-75

[7]- Pseudomonas sp.AEJ-89

[8]- batch reactor

[9]- Glucose mineral salts(GMS)

[10]-Atomic Absorption Spectrometer (Chem., Tech, Analytical CTA 2000),

[11]-NaOH

[12]- HCL

[13]-Uuncoupling agents

[14]-Inhibitor

[15]-ATP

[16]-Desorption

[17]-Biosorption-desorption

[18]- Fucus serratus

[19]- Bacillus subtilis

[20]- Fourier transforms infrared spectroscopy( FT-IR)

 

 

 

 

References

(1)Lu WB, Shi Wang JJ and chang JS. Biosorption of lead, copper and cadmium by an indigenous isolate Enterobacter sp. J1 possessing high heavy-metal resistance. J.Hazard.Mater. 2006; B134: 80-6

(2) Ginn BR, Fein JB. The effect of species  diversity on metal adsorption onto bacteria. Geochim. Cosmochim. Acta .2008; 72: 3939-48

(3) Romera E, Gonzalez F, Ballester A, Blazquez M.L. and Munoz J.A. Biosorption of heavy metal by Fucus spiralis. Bioresource Technology. 2008; 99: 4684- 93

(4) Wang J, Chen C. Biosorbents for heavy metals removal and their future. Biotechnol. Adv. 2009; 27: 195-226

(5) Soltan ES., Isolation and Characterization of antibiotic and heavy metal resistance P. Stutzeri. Biometals 2001; 7: 30-40.

(6) Cooksey DA, Azad HR, Accumulation of copper and other metals by copper-resistant plant pathogenic and saprophytic pseudomonas. Appl Enrivon Microbiol; 1992; 58(1): 274-248

(7) Xu J, Song XC, Zhang Q, Pan H, Liang Y. Characterization of metal removal of immobilized Bacillus strain CR-7 biomass from aqueous solutions. Journal of Hazardous Materials. 2011; 187: 450-58

(8) Malkoc E., Nuhoglu Y. Investigations of nickel (II) removal from aqueous solutions using tea factory waste. Journal of Hazardous Materials. 2005; 127: 120-8

(9) Prasher SO, Beaugeard M, Hawari J, Bera P, Patel RM and Kim SH. Biosorption of heavy metal by red algae (Palmaria palmate). Environmental Technology, 2004; 25:1097-106

(10) Ahmady-Asbchin S, Bahrami AM, Nickel biosorption by immobilized of Bacillus sp. from aqueous solutions. Advances in Environmental Biology, 2011, 7: 1656-62.

(11) Ahmady-Asbchin S, Andrès Y, Gérente C, Le Cloirec P, Biosorption of Cu (II) from aqueous solution by Fucus serratus. Bioresource Technology.2008; 99: 6150-55

(12) Reddad Z, Gérante C, Andres Y, Le Cloirec P, Adsorption of several metal ions onto a low cost biosorbent: Kinetic and Equilibrium Studies. Environ. Sci. Technol. 2002; 36: 2067-73

(13) Ahmady-Asbchin s, Andres Y, Malekzadeh F, Biosorption and Optimization of Condition Uptake of Cesium by Bacterium .water and wastewater.2011; 4: 50-5

(14) Aksu Z, Balibek E. Chromium (VI) biosorption by dried Rhizopus arrhizus: Effect of salt (NaCl( concentration on equilibrium and kinetic parameters. J Hazard Mater, 2007;145(1-2): 210–20.

(15) Dogru M, Gul-Guven R, Erdogan S. The use of Bacillus subtilis immobilized on Amberlite XAD-4 as a new biosorbentin trace metal determination. J Hazard Mater, 2007; 149(1):166–73.

(16) Jingjing, X. Changxiong, Z. Dongyuan, S. Ping, G. Yunlong, T. Removal of ammonium-N from ammonium-rich sewage using an immobilized Bacillus subtilis AYC bioreactor system. Journal of Environmental Sciences, 2011; 23(8): 1279–1285.