一種基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微生物學領域和環境科學領域的交叉科學技術，涉及一種基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法。
【背景技術】
[0002]近年來，重金屬污染日益嚴重，污染面積不斷擴大、污染程度不斷加深、危害程度不斷加大，造成的經濟損失也逐年增多。同時，農藥草甘膦的大量使用，草甘膦殘留量逐年累積，造成受重金屬污染土壤、湖泊的二次污染，存在巨大的安全隱患。目前中國已有2667萬公頃的耕地受到不同程度的重金屬、草甘膦殘留的污染，受污染耕地占到全國耕地總面積的20%。傳統的修復方法主要采用物理方法、化學方法，但能耗高、投資大、操作復雜、易產生二次污染，不適宜大面積的污染修復。
[0003]微生物修復方法利用土壤中天然存在的多種微生物，將草甘膦降解為磷酸根、二氧化碳、水等，其中二氧化碳通過微生物吸收、轉化為碳酸根；草甘膦降解產生的磷酸根、碳酸根用于礦化重金屬離子，形成穩定的礦物磷酸鹽、碳酸鹽；最終產物大都是無害、穩定的物質，不破壞植物生長所需的環境，可以使污染物完全從環境中去除，處理時間短，并且投資少，不會產生二次污染，操作簡單。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明提供一種基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，微生物修復方法成本低、效果顯著、環境友好，不會產生二次污染，生態相容性好。
[0005]技術方案:本發明基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，包括以下步驟:
[0006]1.)分別將枯草芽孢桿菌、酵母菌、膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為16?10 7個/mL的濃縮菌液；
[0007]2.)將枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液混勻制備復合濃縮菌液；
[0008]3.)將復合濃縮菌液加入含草甘膦、重金屬離子的溶液中，攪拌均勻，草甘膦在枯草芽孢桿菌作用下降解產生磷酸根、小分子有機物，由草甘膦降解產生的小分子有機物在酵母菌的作用下快速降解為二氧化碳和水，由草甘膦降解產生的二氧化碳在膠質芽孢桿菌作用下吸收、轉化為碳酸根；
[0009]4.)靜置4?5小時，產生沉淀后，對沉淀物進行充分洗滌、過濾、烘干，得到礦物磷酸鹽、碳酸鹽。
[0010]所述復合濃縮菌液由枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液按照體積比1: 0.1?0.2: 0.1?0.2制備。
[0011]所述的重金屬離子為鋅離子。
[0012]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0013]1、與傳統的物理方法、化學方法相比，開創性的利用草甘膦降解的產物進行重金屬離子的礦化，同時實現兩種污染源的一次性修復。
[0014]2、在枯草芽孢桿菌的作用下，草甘膦降解產物為磷酸根和直鏈小分子有機物；直鏈小分子有機物在酵母菌的作用下，最終產物為二氧化碳、水等；二氧化碳通過膠質芽孢桿菌吸收、轉化為碳酸根；碳酸根、磷酸根礦化重金屬離子，形成礦物磷酸鹽、碳酸鹽。
[0015]3、本發明采用的微生物方法，具有高效、環保等特點，形成的礦物性質穩定、耐久性強，過程中產生的二氧化碳可有效捕獲利用，減緩溫室效應。
【附圖說明】
[0016]圖1為采用此方法形成的礦化產物XRD圖，
[0017]圖2為采用此方法形成的礦化產物能譜圖，
[0018]圖3a為采用此方法形成的礦化產物放大10000倍SEM圖，
[0019]圖3b為采用此方法形成的礦化產物放大20000倍SEM圖，
[0020]圖3c為采用此方法形成的礦化產物放大30000倍SEM圖，
[0021]圖3d為采用此方法形成的礦化產物放大100000倍SEM圖，
[0022]圖4為采用此方法形成的礦化產物IR圖。
【具體實施方式】
[0023]本發明所采用的枯草芽孢桿菌、酵母菌、膠質芽孢桿菌均來源于中國工業微生物囷種保減中;L1、。
[0024]本發明基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，方法步驟如下:
[0025](I)獲取枯草芽孢桿菌濃縮菌液:將枯草芽孢桿菌接種于滅菌后的培養基溶液，每升培養基含有蛋白胨5?8g、牛肉浸取物3?5g，NaCl 5?6g、瓊脂15?20g、MgSO4
0.4?0.6g，并控制pH為7?8，于35?38°C下振蕩培養24h，得到含有枯草芽孢桿菌的菌液，在4°C下經6000?8000rpm高速離心10?15min后，除去上層培養基營養物質后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為16?10 7個/mL。
[0026](2)獲取酵母菌濃縮菌液:將酵母菌接種于滅菌后的培養基溶液，培養基溶液為5°麥芽汁1000ml，含瓊脂15?20g，于28?30°C下振蕩培養24h，得到含有酵母菌的菌液，在4°C下經6000?8000rpm高速離心10?15min后，除去上層培養基營養物質后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為16?10 7個/mL。
[0027](3)獲取膠質芽孢桿菌濃縮菌液:將膠質芽孢桿菌接種于滅菌后的培養基溶液，每升培養基含有蔗糖 8 ?12g、Na2HPO4.12H20 2 ?3g、MgSO4 0.4 ?0.6g、CaCO3 0.5 ?
1.5g、KCl 0.1 ?0.2g、(NH4)2SO4 0.4 ?0.6g，并控制 pH 為 7 ?8，于 30 ?35°C下振蕩培養24h，得到含有膠質芽孢桿菌的菌液，在4°C下經6000?8000rpm高速離心10?15min后，除去上層培養基營養物質后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為16?10 7個/mL。
[0028](4)復合濃縮菌液:將枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液按照體積比1: 0.1?0.2: 0.1?0.2制備復合濃縮菌液。
[0029](5)將復合濃縮菌液加入含草甘膦、重金屬離子的溶液中，攪拌均勻，使復合濃縮菌液均勻分散在溶液中，靜置4?5小時。產生沉淀后，對沉淀物進行充分洗滌，避免有機物等雜質包裹在沉淀物中，影響分析測試結果，過濾、烘干后取樣分析。
[0030](6)性能測試:分析結果表明，復合濃縮菌液可有效降解草甘膦、礦化重金屬，形成穩定的礦物磷酸鹽、碳酸鹽。
[0031]圖1顯示采用本發明可實現基于草甘膦降解的重金屬離子的礦化修復，形成性質穩定的礦物磷酸鹽、碳酸鹽。
[0032]圖2顯示礦化產物的能譜分析結果
[0033]圖3a、b、c、d顯示不同放大倍數礦化產物的微觀形態
[0034]圖4顯示礦化產物的官能團
[0035]實例:
[0036](I)稱取蛋白胨6g、牛肉浸取物4g，NaCl 5g、瓊脂18g、MgS04 0.5g溶于1000ml去離子水中，并控制PH為7，125°C高溫下滅菌30分鐘后取出待冷卻；將枯草芽孢桿菌接種至冷卻培養基溶液中，于37°C下振蕩培養，振蕩頻率為170r/min，培養時間24h ;將培養好的菌液高速離心lOmin，離心機轉速為8000rpm，溫度為4°C，去除上層培養基營養物質，加去離子水10mL制成濃縮菌液。
[0037](2)稱取瓊脂18g溶于1000ml5°麥芽汁中，125°C高溫下滅菌30分鐘后取出待冷卻；將酵母菌接種至冷卻培養基溶液中，于30°C下振蕩培養，振蕩頻率為170r/min，培養時間24h ;將培養好的菌液高速離心lOmin，離心機轉速為8000rpm，溫度為4°C，去除上層培養基營養物質，加去離子水10mL制成濃縮菌液。
[0038](3)稱取蔗糖 10g、Na2HPO4.12H20 3g、MgSO4 0.5g、CaCO3 lg、KCl 0.lg、(NH4)2SO4
0.4g溶于1000ml去離子水中，并控制pH為7，125°C高溫下滅菌30分鐘后取出待冷卻；將膠質芽孢桿菌接種于冷卻后的培養基溶液，于35°C下振蕩培養，振蕩頻率為170r/min，培養時間24h ;將培養好的菌液高速離心lOmin，離心機轉速為8000rpm，溫度為4°C，去除上層培養基營養物質，加去離子水10mL制成濃縮菌液。
[0039](4)將枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液按照體積比10ml、lml、Iml混勻制備復合濃縮菌液。
[0040](5)將12ml復合濃縮菌液加入含草甘膦、重金屬鋅離子的10ml溶液中(草甘膦濃度500mg/L、重金屬鋅離子濃度150mg/L)，攪拌均勻，使復合濃縮菌液均勻分散在溶液中，靜置4小時。產生沉淀后，用去離子水對沉淀物洗滌三次，過濾、烘干后取樣分析。分析結果表明，復合濃縮菌液可有效降解草甘膦、礦化重金屬，形成穩定的礦物Zn3(PO4)2.4Η20、Zn (CO3) (OH)6.H2O0
【主權項】
1.一種基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)分別將枯草芽孢桿菌、酵母菌、膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為16?10 7個/ml的濃縮菌液； 2)將枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液混勻制備復合濃縮菌液； 3)將復合濃縮菌液加入含草甘膦、重金屬離子的溶液中，攪拌均勻，草甘膦在枯草芽孢桿菌作用下降解產生磷酸根、小分子有機物，由草甘膦降解產生的小分子有機物在酵母菌的作用下快速降解為二氧化碳和水，由草甘膦降解產生的二氧化碳在膠質芽孢桿菌作用下吸收、轉化為碳酸根； 4)靜置4?5小時，產生沉淀后，對沉淀物進行充分洗滌、過濾、烘干，得到礦物磷酸鹽、碳酸鹽。2.根據權利要求1所述的基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，其特征在于，所述復合濃縮菌液由枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液按照體積比1: 0.1?0.2: 0.1?0.2制備。3.根據權利要求1所述的基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，其特征在于，所述的重金屬離子為鋅離子。
【專利摘要】本發明公開了一種基于草甘膦降解的重金屬離子礦化修復的微生物方法，其步驟為：分別將枯草芽孢桿菌、酵母菌、膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為106～107個/mL的濃縮菌液；將枯草芽孢桿菌濃縮菌液、酵母菌濃縮菌液、膠質芽孢桿菌濃縮菌液按照比例混勻制備復合濃縮菌液；將復合濃縮菌液加入含草甘膦、重金屬離子的溶液中，攪拌均勻，靜置4～5小時，產生沉淀后，對沉淀物進行洗滌、過濾、烘干，得到礦物磷酸鹽、碳酸鹽。結果表明復合濃縮菌液可有效降解草甘膦、礦化重金屬，形成穩定的礦物磷酸鹽、碳酸鹽。
【IPC分類】C09K101/00, C09K17/00, B09C1/10
【公開號】CN104998899
【申請號】CN201510393343
【發明人】錢春香, 詹其偉
【申請人】東南大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月7日