基于改性巴斯德杆菌的桥梁环境下细菌混凝土技术的研究

鲁 林，王兴赟，李 栋，李继德

(1.南华大学 铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南 衡阳 421001；2.南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001；3.南华大学 核资源工程学院，湖南 衡阳 421001；4.南华大学 机械工程学院，湖南 衡阳 421001)

基于改性巴斯德杆菌的桥梁环境下细菌混凝土技术的研究

鲁 林1,2，王兴赟1,2，李 栋3,2，李继德4,2

(1.南华大学 铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南 衡阳 421001；2.南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001；3.南华大学 核资源工程学院，湖南 衡阳 421001；4.南华大学 机械工程学院，湖南 衡阳 421001)

选择巴斯德杆菌进行培育及矿化实验，并在亚硝酸盐溶液的环境下对其进行改性，筛选出了适合混凝土环境、产生碳酸钙和胶质物最多的巴斯德杆菌菌株M102。然后进行粉砂固化能力的对照实验，扫描电镜分析结果表明新菌株M102对粉砂的固化能力远大于原始巴斯德杆菌。

巴斯德杆菌；改性菌株；桥梁环境；深度修复

1 巴斯德杆菌培养和矿化实验

本实验所用巴斯德杆菌来自国家菌种保藏中心。根据参考文献，制备合适的细菌培养基，培养基成分及相应浓度为：甘露醇40 g/L，大豆蛋白胨25 g/L，氯化铵3 g/L，氯化钠10 g/L，为了保证产生足量的碳酸钙和胶体，再加入0.5 mol/L(NH4)2CO3的溶液、0.5 mol/L CaCl2溶液、0.05 mol/LNa2SiO3溶液、0.05 mol/L氯化铁溶液、0.05 mol/L氯化镁溶液、0.05 mol/L氯化铝溶液等，为了提高尿素酶的热稳定性，最后再加入占总体积20%的甘油。使用所制备的培养基进行菌种培养，再将培养后的菌株进行细菌矿化，矿化过程结合设计，矿化结果如下图1所示。巴斯德杆菌培养实验进行14 d后，进行碳酸钙、细菌胶观测实验。实验结果显示选用的巴斯德杆菌如参考文献所述产生了球状碳酸钙晶体及细菌胶等修复剂，可以进入下一个实验。

2 巴斯德杆菌改性实验

(1)选择培养环境。想筛选出修复能力更强的巴斯德杆菌菌株，可采取诱变育种法，亚硝酸盐的培养环境下能够促使基因发生不定性的变异，有一定概率从中筛选出修复效果更强的菌株。综上，选择含微量亚硝酸盐的碱性培养液作为出发巴斯德杆菌的培养环境；

(2)分离细菌。先用API菌种鉴定系统检测出细菌团，再用离心机分离出细菌，给此时的菌种编号为MX(X=1,2，3……n)，分成X个细菌组；

(3)筛选优良菌株。用前面的巴斯德杆菌培养液培养14 d，观察产生碳酸钙和胶质物最多的细菌组。本实验中最终在第102组中观察到了单位时间内产生碳酸钙和胶质物最多的菌株，筛选出菌株M102。

用基因测序软件MEGA4.1编程证明是否产生新菌株。MEGA4.1软件是一种能提供以进化的角度从 DNA 和蛋白序列中提取有用的信息的工具，进而通过编程测算出DNA序列，判别出新菌株。本实验的MEGA4.1编程结果如图1所示。

图1 运用MEGA4.1编制证明M102是新菌株

采用MEGA4.1软件，邻位连接法显示菌株“M102”与相关种的16S rDNA序列系统发育树，进行1000次的相似度重复计算，图中发育树节点只显示Bootstrap值大于50%数值，上标的“T”表示模式菌株(A.,Anaerobacillus B., Bacillus)。本次程序结果可以确定从亚硝酸盐培养液中筛选出的菌株M102是一个新菌株，巴斯德杆菌改性实验成功，可以进入下一个实验。

3 固化粉砂的对照实验

选三组等量(25g)的粉砂，取新菌株M102与原始巴斯德杆菌进行固化粉砂对照试验，第一组只放入培养液(空白组)，第二组放入原始巴斯德杆菌菌株和培养液，第三组新菌株M102和培养液。利用扫描电镜放大250倍扫描14 d后各组粉砂的表观形貌。

固化实验前三组粉砂颗粒之间都存在有明显的缝隙。实验14 d后空白对照组粉砂颗粒之间的缝隙几乎无任何减小，说明培养液并不能使粉砂颗粒有效结合；而原始巴斯德杆菌与新菌株M102作用下粉砂颗粒之间的缝隙被大量的CaCO3晶体填充，使粉砂颗粒之间的缝隙明显减小，且第三组粉砂的致密程度明显大于第二组，说明新菌株M102对粉砂固化能力要大于原始巴斯德杆菌。

4 改性巴斯德杆菌桥梁裂缝修复实验

为确定菌株M102对桥梁裂缝的修复能力，本文采用素混凝土梁进行实验。首先加载素混凝土梁至其产生裂缝，记录产生裂缝的抗压强度并用混凝土裂缝宽度观测仪记录裂缝初始图像。然后用工业隔离膜将装有改性新菌固定液、培养液的聚亚安脂泡沫固定在混凝土梁裂缝处。将该梁置于桥梁环境下，进行修复实验，每隔2～3 d用混凝土裂缝宽度观测仪放大50倍观测裂缝修补情况。

可以看出，28 d后表观裂缝被完全修补。并将修复第28 d的混凝土梁进行抗压强度测试，结果表明抗压强度已达到断裂前92.4%，即已近似恢复梁断裂前的水平。

5 研究结论

(1)选择巴斯德杆菌进行培育并在亚硝酸盐溶液的环境中对其进行改性，可以分离出发生变异的新菌株；

(2)粉砂固化能力的对照实验表明新菌株M102对粉砂的固化能力远大于原始巴斯德杆菌，改性实验中分离出的新菌株在修复性能上得到了提升；

(3)桥梁环境下，新菌株M102能完全修补混凝土原本的裂缝，且修复后的素混凝土梁的抗压强度恢复到断裂前强度的92.4%，表明新菌株M102受环境影响较小，可以在桥梁环境下有效、深度修复裂缝，达到预防桥梁裂缝扩大的目的。

[1] 黄以凯,刘汉有. 有色灌注浆在桥梁裂缝处理中的应用[J].中国公路,2012,(7):117.

[2] 李中锡.细菌混凝土[J].工程质量学报,2009,27(12):76-78.

[3] 竹文坤,罗学刚.巴斯德芽孢杆菌培养基及培养条件的优化[J].食品工业科技, 2012,33(4):217-222.

2016-09-26

鲁林(1994-)，男，江西吉安人，主要从事道路桥梁与渡河工程专业相关的研究。

U442

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：1008-3383(2017)06-0130-02