CN108441451A - 复合微生物土壤修复剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合微生物土壤修复剂,包括节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌剂和复合酶;复合酶由甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶和β‑淀粉酶构成。本发明还公开了上述复合微生物土壤修复剂的制备方法和应用。本发明将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719用于土壤修复领域,且节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)以及甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶配合能够显著降低土壤中重金属砷、铅和镉的含量;与β‑淀粉酶配合能够高效降解土壤中石油烃,具有良好的应用前景。
Description
技术方案
本发明属于土壤修复技术领域,具体涉及一种复合微生物土壤修复剂及其制备方法和应用。
背景技术
土壤是人类赖以生存的资源,是生态***中物质、能量循环的重要场所。土壤环境和生态安全是可持续发展的重要保证。随着经济的快速发展,尚未得到有效处理的生产和生活废水、废气、废渣及其它废弃物急剧增加,不少有害物质源源不断地进入土壤并积累,土壤污染的总体形势严峻,对生态环境、农业安全和可持续发展产生较大影响。其中,矿冶活动是农田及农产品重金属超标的重要原因之一,矿产资源的开发利用导致矿区及其周边地区的土壤、地下水和作物的砷、铅和镉等重金属污染。污染物通过饮水和食物链传递危及居民健康,重金属污染事件呈高发态势。尽管可以罗列的土壤污染修复技术很多,但能实际进行土壤污染修复的方法很少。由于污染,土壤的营养功能、净化功能、缓冲功能和有机物支持功能正在丧失,迫切需要修复和治理。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效降低土壤中重金属含量,降解土壤中石油烃的复合微生物土壤修复剂。
本发明的另一目的在于提供上述复合微生物土壤修复剂的制备方法和应用。
技术方案:本发明提供一种复合微生物土壤修复剂,包括节杆菌(Arthrobactersp.)LHM7719菌剂、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌剂和复合酶;复合酶由甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶构成。
为了使复合微生物土壤修复剂能够高效降解、吸收土壤中的石油烃和重金属,使复合微生物土壤修复剂中,节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂、枯草芽孢杆菌菌剂和复合酶的质量比为1∶0.6~1.5∶0.2~0.5;复合酶中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶的重量比为1∶2~5;复合微生物菌剂中,节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂的活菌含量为5×108~1.0×1010cfu/g,枯草芽孢杆菌菌剂的活菌含量为1.0×109~1.0×1010cfu/g。
优选地,复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15~18U/mg,β-淀粉酶的浓度为25~35U/mg。
甘油醛-3-磷酸脱氢酶的酶活定义为:在pH 7.6,25℃,3-磷酸甘油酸磷酸激酶存在条件下,每分钟将1.0μmol磷酸甘油酸还原为D-甘油醛-3-磷酸的酶量定义为一个酶活单位;甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15~18U/mg是指,每毫克复合微生物土壤修复剂中包含15~18个酶活单位的甘油醛-3-磷酸脱氢酶。
β-淀粉酶的酶活定义为:在pH 6.0,60℃,每分钟水解1.0μmol淀粉释放出麦芽糖所需的酶量为一个酶活力单位;B-淀粉酶的浓度为25~35U/mg是指,每毫克复合微生物土壤修复剂中包含25~35个酶活单位的β-淀粉酶。
本发明另一方面提供一种制备上述复合微生物土壤修复剂的方法,包括以下步骤:
1)将节杆菌(Arthrobacter sβ.)LHM7719菌剂和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)菌剂按照1∶0.6~1.5的质量比混合均匀;
2)向步骤1)制得的复合菌剂中加入所述复合酶,混合均匀,即得所述复合微生物土壤修复剂。
上述节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂的制备方法包括:将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719培养到对数期,然后按培养基体积2%~5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,25~37℃下,摇床震荡120~180rpm,培养40~48小时,加入吸附剂,干燥,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂;上述吸附剂为硅藻土、草炭、发酵后的油枯或活性炭的一种或几种,吸附剂的加入质量优选为所述发酵液质量的15%~50%。
上述节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心CGMCC,保藏编号为CGMCC NO.8181,该菌种已在公开号为CN103555620A、申请号为201310505522.2的在先专利中公开。
上述枯草芽孢杆菌菌剂可按照常规的方法制备得到,例如,将购买得到的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)接种到种子培养基上培养得到种子培养物,将种子培养物接种到发酵罐中的发酵培养基中发酵,发酵完成后加入粉碎的吸附剂,得到枯草芽孢杆菌固体菌剂。上述枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)优选为枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403菌株(购买自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,菌种编号CGMCC No.9377)。具体地,可通过以下方法制备:
将枯草芽孢杆菌培养到对数期,然后按培养基体积2%~5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB液体培养基中,25~37℃下,摇床震荡120~180rpm,培养24~48小时,加入吸附剂,干燥,制得枯草芽孢杆菌菌剂;上述吸附剂为硅藻土、草炭、发酵后的油枯或活性炭的一种或几种,吸附剂的加入质量优选为所述发酵液质量的15%~50%。
本发明另一方面提供上述复合微生物土壤修复剂在土壤修复中的应用。
有益效果:本发明首次将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719用于土壤修复领域,并通过长时间的实验筛选,发现节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)以及甘油醛-3-磷酸脱氢酶配合能够显著降低土壤中重金属砷、铅和镉的含量;另外,与β-淀粉酶配合能够高效降解土壤中石油烃,具有良好的应用前景。
具体实施方式
实施例1
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂:
取节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719,将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719置于装有种子培养基础的三角瓶中,在pH 7.2、30℃的条件下进行种子培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,pH 7.0、30℃下,摇床震荡180rpm,培养48小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的硅藻土混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂。
2)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,35℃下,摇床震荡120rpm,培养24小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的草炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
3)将步骤1)制得的节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和步骤2)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂按照1:0.6的质量比混合均匀,加入甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶,制得复合微生物土壤修复剂。得到的复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15U/mg,β-淀粉酶的浓度为35U/mg。
实施例2
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂:
取节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719,将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719置于装有种子培养基础的三角瓶中,在pH 7.2、30℃的条件下进行种子培养到对数期,然后按培养基体积3%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,pH 7.0、35℃下,摇床震荡180rpm,培养40小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量15%的活性炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂。
2)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,35℃下,摇床震荡180rpm,培养36小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量15%的活性炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
3)将步骤1)制得的节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和步骤2)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403菌剂按照1∶1的质量比混合均匀,加入甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶,制得复合微生物土壤修复剂。得到的复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为18U/mg,β-淀粉酶的浓度为30U/mg。
实施例3
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂:
取节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719,将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719置于装有种子培养基础的三角瓶中,在pH 7.2、30℃的条件下进行种子培养到对数期,然后按培养基体积5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,pH 7.0、35℃下,摇床震荡180rpm,培养45小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量40%的活性炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂。
2)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,37℃下,摇床震荡180rpm,培养24小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量40%的草炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
3)将步骤1)制得的节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和步骤2)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂按照1∶1.5的质量比混合均匀,加入甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶,制得复合微生物土壤修复剂。得到的复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为16U/mg,β-淀粉酶的浓度为25U/mg。
对比例1
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂:
取节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719,将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719置于装有种子培养基础的三角瓶中,在pH 7.2、30℃的条件下进行种子培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,pH 7.0、30℃下,摇床震荡180rpm,培养48小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的硅藻土混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂。
2)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,35℃下,摇床震荡120rpm,培养24小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的草炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
3)将步骤1)制得的节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和步骤2)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂按照1∶0.6的质量比混合均匀,制得复合微生物土壤修复剂。
对比例2
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,35℃下,摇床震荡120rpm,培养24小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的草炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
2)向步骤1)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂中加入甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶,制得复合微生物土壤修复剂。得到的复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15U/mg,β-淀粉酶的浓度为35U/mg。
对比例3
复合微生物土壤修复剂的制备方法如下:
1)制备节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂:
取节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719,将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719置于装有种子培养基础的三角瓶中,在pH 7.2、30℃的条件下进行种子培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,pH 7.0、30℃下,摇床震荡180rpm,培养48小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的硅藻土混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂。
2)制备枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂:
将活化的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403接种于LB液体培养基中,37℃下培养到对数期,然后按培养基体积2%的接种量将培养到对数期的菌种接种到另一LB液体培养基中,35℃下,摇床震荡120rpm,培养24小时,得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)LM3403发酵液,向该发酵液中加入占发酵液质量30%的草炭混合均匀,干燥除去得到的混合物中的水分,即得枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂。
3)将步骤1)制得的节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和步骤2)制得的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)LM3403菌剂按照1:0.6的质量比混合均匀,加入甘油醛-3-磷酸脱氢酶,制得复合微生物土壤修复剂。得到的复合微生物土壤修复剂中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15U/mg。
实施例4
复合微生物土壤修复剂对土壤中重金属的降解能力测试:
1)取冶炼石废渣堆周边污染土壤,风干,捣碎,过20目筛,充分混合均匀后置于聚丙烯塑料袋,置于高压灭菌锅中,110℃灭菌100分钟,冷却后备用。
2)将步骤1)灭菌后的土壤平均分成18份分别置于消毒后的容器中,将18份灭菌后的土壤分成6组,每组3份。取实施例1~3和对比例1~3制得的复合微生物土壤修复剂,每个实施例/对比例制得的复合微生物土壤修复剂对应加入到其中一组土壤中,混合均匀,其中份土壤中加入的复合微生物土壤修复剂的质量占土壤质量的0.5%。
3)两个月后检测经处理后的土壤中重金属的可交换态物质的量含量,每组3份取平均值,结果如表1所示。
表1
复合微生物土壤修复剂对土壤中石油烃的降解能力测试:
1)取加油站污染土壤,破碎,筛分,去除污染土壤中植物根系和大石块等杂质,同时将大块土进行破碎,将土壤pH调整到6.5~7.5的范围内。
2)将步骤1)处理后的土壤平均分成18份分别置于消毒后的容器中,将18份灭菌后的土壤分成6组,每组3份。取实施例1~3和对比例1~3制得的复合微生物土壤修复剂,每个实施例/对比例制得的复合微生物土壤修复剂对应加入到其中一组土壤中,混合均匀,其中份土壤中加入的复合微生物土壤修复剂的质量占土壤质量的0.5%。
3)一个月后检测经处理后的土壤中VPH、EPA和TPH去除率。VPH相当于汽油,主要为C5~C10的脂肪烃、芳烃、烯烃和环烷烃;EPH相当于柴油,主要为C10~C40间能被二氯甲烷萃取且不被硅酸镁吸附的有机物总和;TPH为总石油烃(VPH和EPH之和)。每组3份取平均值,结果如表2所示。
表2
Claims (9)
1.一种复合微生物土壤修复剂,其特征在于,该复合微生物土壤修复剂包括节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌剂和复合酶;所述复合酶由甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶构成。
2.根据权利要求1所述的复合微生物土壤修复剂,其特征在于,所述复合微生物土壤修复剂中,节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂、枯草芽孢杆菌菌剂(Bacillussubtilis)和复合酶的质量比为1∶0.6~1.5∶0.2~0.5。
3.根据权利要求1所述的复合微生物土壤修复剂,其特征在于,所述复合酶中,甘油醛-3-磷酸脱氢酶和β-淀粉酶的重量比为1∶2~5。
4.根据权利要求1所述的复合微生物土壤修复剂,其特征在于,所述复合微生物菌剂中,节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719的活菌含量为5×108~1.0×1010cfu/g,枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的活菌含量为1.0×109~1.0×1010cfu/g。
5.根据权利要求1所述的复合微生物土壤修复剂,其特征在于,所述复合微生物菌剂中,所述甘油醛-3-磷酸脱氢酶的浓度为15~18U/mg,B-淀粉酶的浓度为25~35U/mg。
6.一种制备权利要求1~5中任意一项所述的复合微生物土壤修复剂的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌剂按照1∶0.6~1.5的质量比混合均匀;
2)向步骤1)制得的复合菌剂中加入所述复合酶,混合均匀,即得所述复合微生物土壤修复剂。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂的制备方法包括:将节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719培养到对数期,然后按培养基体积2%~5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB培养基中,25~37℃下,摇床震荡120~180rpm,培养40~48小时,得到节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719发酵液,向该发酵液中加入吸附剂,干燥,即得节杆菌(Arthrobacter sp.)LHM7719菌剂;所述吸附剂为硅藻土、草炭、发酵后的油枯或活性炭的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌剂的制备方法包括:将枯草芽孢杆菌培养到对数期,然后按培养基体积2%~5%的接种量将培养到对数期的菌种接种到LB液体培养基中,25~37℃下,摇床震荡120~180rpm,培养24~48小时,加入吸附剂,干燥,制得枯草芽孢杆菌菌剂;所述吸附剂为硅藻土、草炭、发酵后的油枯或活性炭的一种或几种。
9.权利要求1~5中任意一项所述的复合微生物土壤修复剂在土壤修复中的应用。
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