孟　静　尹继龙

(交通运输部天津水运工程科学研究院　水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室，天津　300456)



海洋潮间带混凝土结构表面微生物群落组成研究★

孟静尹继龙

(交通运输部天津水运工程科学研究院水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室，天津300456)

通过对天津港海域水位变动区部位的混凝土进行钻芯取样，分析了混凝土表面生物膜的主要成分，并从蛋白质含量、多糖含量、核酸含量、腐殖质四方面进行了定量分析，探讨了混凝土表面生物群落的基本架构，为后续生物膜对混凝土耐久性影响奠定了基础。

海洋环境，混凝土，生物膜，钻芯取样

处于海洋环境中的结构物，特别是处于潮间带的部分总是会被各种各样的生物所覆盖，形成一层类似于防护层的膜结构，称为“生物膜”[1]。在以往混凝土结构耐久性研究中，很少考虑这种膜对氯离子在混凝土结构中的渗透影响[2]。文章通过提取一定量的样品，从微观角度进行成分分析，探讨了混凝土表面生物群落的基本架构，为后续研究生物膜对氯离子在混凝土渗透中的作用，建立合理的氯离子渗透模型具有重要的意义。

1　工程概况

天津港地处渤海湾西端，位于海河下游及其入海口处，年平均气温12.3 ℃，年平均最高气温16.2 ℃，年平均最低气温9.1 ℃，极端最高气温39.9 ℃，极端最低气温-18.3 ℃，累积年平均相对湿度为65%。以该海域水工建筑物表面附着生物膜为研究对象，通过微观角度来分析其组成。

研究对象选取该海域高桩码头桩帽位置混凝土。由于其处于水位变动区，上面长满了各种生物，除常见的牡蛎，藤壶等，还有许多肉眼不可见的微生物[3，4]，且码头服役时间越长，附着量越明显，这些生物附着在混凝土表面，生物本身及其代谢物和分泌物，形成了一层厚厚的膜，即为生物膜。由于位于码头下方，很多牡蛎表面都附着有厚厚的黑色油脂，用手使劲一掰，就能掰下部分牡蛎壳，大部分活牡蛎都紧密的粘在混凝土表面，用锤子砸，可见鲜活的牡蛎肉，其外壳密密麻麻、层层叠叠的粘在混凝土表面，粘结力十分强，需用工具才能将其“铲下”，且还不能完全清除。从现场近距离来看，膜在混凝土表面的覆盖程度也是不均匀的，但从常识来判断，即使是表面看起来“干净”的部位，只要处于水位变动区，其上面肯定也是生活了许多微生物及其分泌、代谢产物。从生物在混凝土的空间分布来看，以水位变动区中间位置开始，向上、向下均呈现出逐渐减少的趋势，详见图1。

2　钻芯取样

混凝土芯样按照CECS 03—2007钻芯法检测混凝土强度技术规程的规定[5]进行，取直径为±10 mm，长度±20 mm的圆柱体芯样。另外，为了采集到大量的生物膜信息，在取芯样的同时，用工具将其附近生物膜强行整体剥落。

3　样品生物膜成分测定

3.1实验方法

对混凝土表面生物膜分析，包括蛋白质、多糖、核酸、腐殖质等四个方面的测定。

1)样品处理。将样品用干净的刷子及一定体积的蒸馏水反复冲刷，超声15 min后，离心取上部清液，即为待测溶液。

2)蛋白质含量测定。蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法(Bradford法)：其原理是蛋白质与考马斯亮蓝G-250可定量结合，结合后，其对可见光的最大吸收峰从465 nm变为595 nm。在考马斯亮蓝G-250过量且浓度恒定的情况下，溶液中的蛋白质浓度不同时，就会有不同量的考马斯亮蓝G-250从吸收峰465 nm转变成吸收峰为595 nm，且该转变有一定的数量关系。一般情况，当溶液中的蛋白质浓度增加时，显色液在595 nm处的吸光度基本能保持线性增加。该染色法简单迅速，干扰物质少，灵敏度高，已广泛应用于蛋白质含量的测定，结果如图2所示。

3)多糖含量测定。多糖含量的测定方法为苯酚—硫酸法，主要利用多糖在硫酸的作用下会水解为单糖，单糖会迅速脱水生成糖醛衍生物，再与苯酚生成橙黄色化合物的特性，用紫外可见分光光度计在490 nm下测定吸光度值，结果如图3所示。

表1　测定结果汇总

4)核酸含量测定。核酸含量测定是利用核酸、核苷酸及其衍生物都有共轭双键，具有紫外吸收的特性，且RNA和DNA的紫外吸收峰均为260 nm，使用微量核算蛋白分析仪在260 nm下可直接

读出核酸含量。

5)腐殖质的测定。腐殖质测定方法为改进的Lowry法，其原理是在Lowry法测蛋白质含量的基础上稍加修改，测定添加和不添加硫酸铜时颜色的变化所引起的500 nm下吸光度值的变化。添加硫酸铜时颜色变化是由于腐殖酸化合物和显色氨基酸共同产生的。不添加硫酸铜时由牛血清白蛋白(BSA)而产生的颜色降低到20%，但腐殖酸的并没有减少。根据式(1)～式(4)进行计算：

Atotal=Aprotein+Ahumic

(1)

Ablind=0.2Aprotein+Ahumic

(2)

Aprotein=1.25(Atotal-Ablind)

(3)

Ahumic=Ablind-0.2Aprotein

(4)

其中，Atotal为添加硫酸铜时的总吸光度；Ablind为未添加硫酸铜时的总吸光度；Ahumic为腐殖酸化合物产生的吸光度；Aprotein为蛋白质产生的吸光度。

3.2测定结果

测定结果汇总见表1。

4　结语

通过比较不同批次样品的蛋白质含量，多糖含量，核酸含量，腐殖质的差异可以比较得出：1)3月3日样品生物膜成分含量较高，3月16日样品次之，而其余三个批次的样品生物膜成分含量较少，说明可能前两个批次样品产胞外聚合物的微生物较多；2)同时从整体来说，生物膜成分含量偏低，分析是由于季节原因，微生物活力较低，且生物膜分布不均匀；3)为以后的不同季节生物膜成分分析提供了有效的方法，此外，已经分析得出的生物膜成分架构为后续的生物膜对混凝土耐久性影响的研究提供科研数据。

[1]谭智军.海洋生物膜对海洋混凝土抗氯离子渗透性的影响[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[2]朱志伟.氯离子侵蚀下带裂缝钢筋混凝土结构耐久性分析方法研究[D].天津：天津大学，2013.

[3]吕建福.长期暴露的海工混凝土性能与显微结构分析[J].中国矿业大学学报，2010，39(4)：528-533.

[4]乐建新.混凝土中微生物的侵蚀机理及其控制的研究[J].山东建材，2007(5):61-63.

[5]CECS 03—2007，钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].

On concrete structure surface microbial community composition in the ocean intertidal zone★

Meng JingYin Jilong

(TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineering,MOTKeyLaboratoryofHarbor&MarineStructureSafety,MinistryofCommunications,Tianjin300456,China)

Through carrying out concrete drill core sampling of Tianjin harbor water level fluctuating parts, the paper analyzes major concrete surface biological membrane compositions, carries outs quantitative analysis from aspects of protein content, polysaccharide content, nucleic acid content and humus, and explores basis concrete structure surface microbial community frame, which has laid a foundation for studying the impaction of continuous biological membrane upon concrete durability.

ocean environment, concrete, biological membrane, drill core sampling

1009-6825(2016)19-0023-02

2016-04-25★：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(项目编号：TKS13014)

孟静(1981- )，女，副研究员

TV331

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