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利用水霉菌检测水中重金属之研究
壹、摘要
重金属在台湾污染极为普遍，虽然多数检验方式较为费时、费工，对今日标榜「快速」的时代而言，是极为不便的。而研究报告显示水霉菌对重金属非常敏感，故本研究之主要目的即在探讨利用水霉菌作为检测重金属污染程度的可能性。我们在CA培养基内分别加入不同浓度的锌、铜、铅等重金属，再将水霉菌菌株移至此些培养基上培养。由实验结果得知，培养基内含500 ppm硫酸锌、40 ppm硫酸铜与500ppm硝酸铅时，皆会使水霉无法生长；而含有450 ppm硫酸锌、30 ppm硫酸铜与450ppm硝酸铅时，水霉虽生长不佳，但仍可生长、繁殖。由于水霉菌在适当湿度、温度并提供适量光照的环境下生长十分快速，约1～2日，所以可以十分快速检验水中重金属的含量，加上菌株容易取得、培养材料十分便宜，因此，利用水霉或检测水中水霉含量即可作为检测重金属污染程度一项十分经济、快速、简便且准确的参考指标之一。至于有关水霉菌对各种重金属的灵敏度与如何推广应用水霉来检测水中，甚至土壤中重金属污染程度则有待进一步试验和改善。
贰、 研究动机
在生物第十章菌物界中介绍水霉菌为原生菌物界，令人好奇的是一样是霉菌，但它与其它霉菌究竟有何不同；而在第十二章介绍环境污染时提到：工厂、农业生产及家庭排放的废水中常含有毒的重金属或有机化合物，会影响水中生物的土长，甚至造成死亡。近几年来，台湾由于工业发达，加上不肖商人为节省成本而将含重金属之废水任意排放，导致河川、溪流等水源，甚至是灌溉渠道、田地等皆遭受到重金属的污染，如：桃园的「镉米事件」及曾文溪及后劲溪等流域两岸工厂的排放水，引起当地水产养殖生物的死亡。渐渐的，这些过量的重金属，无知的或有意的经由食物链的过程，也在人体内不断堆积(生物累积)，而引起许多现代的文明病。目前政府虽有检测的方法及仪器，但费用昂贵、费工且需较长的检验时间(约2周)。部分研究报告显示水霉菌对重金属很敏感，而由政府公布的统计资料得知：目前重金属污染以锌、铜、铅较为普遍；工业废水中排放量前三名分别为锌、铜与铅，所以，我们想利用水霉菌作为实验菌株，探讨锌、铜、铅等重金属对水霉菌生长的影响及临界浓度，进而评估利用水霉菌作为检测水中重金属污染程度之可能性，以避免重金属污染对生物及环境造成更大的影响。
参、研究目的
一、探讨水中含锌对水霉菌生长的影响及其临界浓度。
二、探讨水中含铜对水霉菌生长的影响及其临界浓度。
三、探讨水中含铅对水霉菌生长的影响及其临界浓度。
肆、研究材料及设备
一、材料：鸟麻种子(Cannabis，俗称：大麻、火麻)、洋菜粉、硝酸铅、硫酸铜、硫酸锌、乙醇。
二、设备：宝特瓶、培养皿、高温高压灭菌釜(Autoclave)、自制无菌操作台(附录 )、显微镜、相机、日平、量筒、秤药纸、滤纸、三角锥形瓶、酒精灯、烧杯、移植针（环）、镊子、铝箔纸、研钵及杵。
伍、研究过程及方法
一、重金属锌对水霉菌生长影响之测试
(一)配制含有100 ppm、200 ppm、250 ppm、300 ppm、400 ppm、450 ppm、500 ppm、1000 ppm硫酸锌的CA培养基 (附录一)。
(二)将水霉菌移入上述培养基平板培养，并每隔1日测量及记录水霉菌生长之情形。
(三)重复上述实验2~3次。
二、重金属铜对水霉菌生长影响之测试
(一) 将水霉菌培养在10 ppm、20 ppm、30 ppm、40 ppm、50 ppm、100 ppm、200 ppm、500 ppm、1000 ppm硫酸铜的CA培养基平板，并每隔1日测量及记录水霉菌生长之情形。
(二)重复上述实验2~3次。
三、重金属铅对水霉菌生长影响之测试
(一) 将水霉菌培养在含有100 ppm、200 ppm、250 ppm、300 ppm、350 ppm、400 ppm、450 ppm、500 ppm、1000 ppm硝酸铅的CA培养基平板，并每隔1日测量及记录水霉菌生长之情形。
(二)重复上述实验2~3次。
陆、研究结果
一、重金属锌对水霉菌生长影响之测试
(一)将水霉菌移至含不同浓度硫酸锌的CA培养基中培养，每隔1日观察，其结果如表1，可得知在培养一日后，除了200 ppm外，水霉菌可在含有100～450 ppm的CA培养基上生长。
(二)观察至第四日时，水霉菌可在含有100～450 ppm的CA培养基上生长，而在含有500ppm的CA培养基上，即使观察至第五日，水霉菌仍无法生长。
(三)水霉菌在含有100～450 ppm CA培养基上之生长，以300 ppm者生长最佳，在第四日的菌落生长半径甚至比对照组(0 ppm)还好
(四)所以，经由实验结果可得知当CA培养基含有500 ppm硫酸锌时，会抑制水霉菌的生长，但含有450ppm时则否。
表1. 重金属锌对水霉菌生长半径的影响 (单位:公分)
|
浓度 培养时间 |
0 ppm |
100 ppm |
200 ppm |
250 ppm |
300 ppm |
400 ppm |
450 ppm |
500 ppm |
1000 ppm |
|
一日 |
1.7 |
0.4 |
0 |
0.8 |
1.4 |
0.6 |
0.5 |
0 |
0 |
|
二日 |
2 |
1.7 |
1.5 |
1 |
1.7 |
1 |
0.8 |
0 |
0 |
|
三日 |
3 |
2.2 |
2 |
1.7 |
2.1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
|
四日 |
3.3 |
2.7 |
2.7 |
2 |
3.7 |
2.2 |
1.5 |
0 |
0 |
|
五日 |
3.8 |
Nd1 |
Nd |
Nd |
Nd |
Nd |
Nd |
0 |
0 |
1 Nd：not detection
图2. 左图为对照组(不含重金属)；右图为水霉菌在含硫酸锌500 ppm.CA培养基生长之情形。
二、重金属铜对水霉菌生长影响之测试
(一)将水霉菌移至含不同浓度硫酸铜的CA培养基中培养，每隔1日观察，其结果如表2，可得知在培养一日后，水霉菌即可在含有20 ppm硫酸铜的CA培养基上生长。
(二)在培养二日后，水霉菌可在含有10～30 ppm硫酸铜的CA培养基上生长。
(三)观察至五日时，水霉菌在含有40 ppm硫酸铜的CA培养基上仍无法生长。
表2. 重金属铜对水霉菌生长半径的影响 (单位:公分)
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浓度 培养时间 |
0 ppm |
10 ppm |
20 ppm |
30 ppm |
40 ppm |
50 ppm |
100 ppm |
200 ppm |
500 ppm |
1000 ppm |
|
一日 |
1.7 |
1 |
0.6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
二日 |
2 |
1.5 |
1.5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
三日 |
3 |
2.5 |
2.5 |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
四日 |
3.3 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
五日 |
3.8 |
3.5 |
3.2 |
2.8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
图4. 左图为对照组(不含重金属)；右图为水霉菌在含硫酸铜40 ppm.CA培养基生长之情形。
三、重金属铅对水霉菌生长影响之测试
(一)将水霉菌移至含不同浓度硝酸铅的CA培养基中培养，每隔1日观察，其结果如表3，可得知在培养一日后，水霉菌可在含有200～450 ppm硝酸铅的CA培养基上生长。
(二)培养四日后，水霉菌可在含有100～450 ppm硝酸铅的CA培养基上生长，而在含有500ppm的CA培养基上，即使观察至第五日，水霉菌仍无法生长。
(三)水霉菌在含有100～450 ppm硝酸铅的CA培养基上之生长，以200 ppm者生长最佳，在培养三日及四日后的菌落生长半径甚至比对照组(0 ppm)还好
(四)所以，经由实验结果可得知当CA培养基含有500 ppm硝酸铅时，会抑制水霉菌的生长，但含有450ppm时则否。
表3. 重金属铅对水霉菌生长半径的影响 (单位:公分)
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浓度 培养时间 |
0 ppm |
100 ppm |
200 ppm |
250 ppm |
300 ppm |
350 ppm |
400 ppm |
450 ppm |
500 ppm |
1000 ppm |
|
一日 |
1.7 |
0 |
1 |
1.2 |
1 |
0.7 |
0.5 |
0.5 |
0 |
0 |
|
二日 |
2 |
Nd1 |
1.8 |