一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌dr的方法及其應用

一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌dr的方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及鈾污染水體的生物修復處理領域，具體是利用一種生物表面活性劑對耐輻射奇球菌DR進行功能化修飾的新方法，及其在鈾污染水體修復中的應用。
【背景技術】
[0002]環境是人類賴以生存的空間，是人類進行生產活動的物質基礎和必要條件。人與自然環境之關系的和諧是社會持續穩定發展的基本保證。隨著社會經濟的不斷發展和人類開發創造能力的不斷提高，對自然環境的改造力度和影響程度也越來越大。
[0003]核工業的發展、核技術的廣泛應用以及其他工業、農業、能源、軍事、交通、醫療衛生等領域內的活動使人類周圍生態環境的放射性核素本底值不斷增加，進入環境中的放射性核素會在大氣、水和土壤中迀移，隨食物鏈進入人和動物體內，產生輻射損傷，部分核素還將影響人體的生理生化反應及代謝過程。鈾是一種重要的放射性核素，同時兼有化學污染毒性和放射性，在水體和土壤中大多以鈾酰離子(UO22+)形式存在，可以通過采礦作業、核試驗、核燃料、核武器和意外泄露等方式釋放到土壤、沉積物和地下水中，造成土壤和地下水中的鈾污染，危害人類賴以生存的環境。
[0004]目前，我國處理含鈾廢水的方法主要有化學沉淀法、離子交換法、混凝沉淀法、萃取法、氧化還原法、沉降-結晶法、凝結-絮凝法、膜分離法、蒸發濃縮法、浮選法、電化學處理法、滲析法、反滲透法和吸附法。這些傳統方法雖然在一定程度上取得了較好的效果，但是普遍存在工藝流程冗長、后續工藝復雜，成本高、投資大，能耗高、效率低、操作困難、易產生二次污染，特別對于處理低含量鈾污染水體時，其操作成本相對過高。
[0005]近年來發展的生物修復法，以其成本低廉、效率高、成本低、安全、環保等特點，成為鈾污染水體修復技術的一個研究熱點，吸引了眾多學者進行了大量研究，并取得了很多可喜的研究成果，它利用生物體的生命代謝活動降低鈾礦冶含鈾廢水中鈾的濃度或使其完全無害化，使其部分或完全恢復到原始狀態。但是，很多生物在修復鈾礦冶含鈾廢水時，由于其對輻射比較敏感，因此它們修復鈾污染水體的能力受到較大限制。
[0006]耐福射奇球菌(Deinococcus Rad1durans，DR菌)是迄今為止地球上發現的福射抗性最強的生物之一，能夠在60 Gy/h的環境中正常生長，而且能在超過15 kGy的急性γ輻照環境下不出現致死或發生誘變，一直倍受核環境工程界的廣泛關注和重視。
[0007]然而，目前國內外開展耐輻射奇球菌DR修復鈾污染水體的研究鮮有報道。另外，耐輻射奇球菌DR在含鈾廢水溶液中容易以懸浮態生長，菌體與水的密度差較小，難于與水分離，導致影響其修復鈾污染水體的實際效果。因此，通過對耐輻射奇球菌DR進行功能化修飾，以增強其化學穩定性和機械強度，是實現耐輻射奇球菌DR對鈾污染水體修復的有效途徑。

【發明內容】

[0008]為了克服現有技術中的問題，本發明的目的是提供一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR的方法，該方法既具有取材方便、成本低廉、環境友好，修復效率高(尤其是對鈾含量在0.5 mg/L的低濃度含鈾廢水效果更佳)，又具有操作步驟簡單，水體環境適中(pH值接近中性，適宜溫度范圍寬)，環境風險小等多重特點。
[0009]一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR的方法，其具體措施是:首先將稻谷秸桿和谷殼埋入農田土壤中堆肥，在低溫條件下經過富集培養、發酵培養和平板化學培養初篩，得到一種生物表面活性劑菌株液體，將其代替傳統的化學試劑對耐輻射奇球菌DR進行功能化修飾，得到一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑，并將其應用于鈾污染水體修復中。
[0010]具體步驟如下:
(I)耐輻射奇球菌DR菌體的制備
將保存在實驗室的耐輻射奇球菌DR劃線接種在預先配制好的固體TGY培養基上，使用接種環挑取單株耐輻射奇球菌DR接種于三角瓶中搖瓶培養至對數生長早期，然后按一定比例的接種量接種轉至大瓶的培養基中，在一定溫度下繼續培養一段時間。待耐輻射奇球菌DR細胞培養穩定后，離心收集耐輻射奇球菌DR菌體，經7000 r/min離心10 min后，收集得到新鮮的耐輻射奇球菌DR菌體。然后使用pH值為7的磷酸緩沖溶液將菌體重新懸浮，充分振蕩后，再次離心收集耐輻射奇球菌DR菌體，經8000 r/min離心15 min后，然后將收集的耐輻射奇球菌DR菌體置于真空冷凍箱中-20 °C條件下冷凍12 h，在-80 1條件下繼續冷凍12h。最后將冷凍的耐輻射奇球菌DR菌體置于真空冷凍干燥機中干燥，得到干燥的耐輻射奇球菌DR菌體。
[0011 ] (2)生物表面活性劑菌株液體的制備
取10 g處理后的堆肥樣品，置于裝有90 mL無菌水的250 mL三角瓶中振蕩25 min后，靜置30 min，得到土壤懸液。吸取2 mL土壤懸浮液接種到富集培養基中，放入溫度為25 °C、轉速為220 r/min的恒溫培養箱中進行振蕩培養5 d。吸取上述I mL富集培養液接種于發酵培養基中，放入溫度為30 °C、轉速為220 r/min的恒溫培養箱中進行振蕩培養，直至觀測到乳化現象。取I mL稀釋至10—3之后，以該稀釋發酵液I mL涂布于平板培養基上，于37 °C恒溫靜置培養3 d。挑選平板長勢良好的菌落進行劃線分離，按照上述方法進行再次發酵培養、馴化2次，即可得到馴化后的菌株。將馴化后的菌株在富集培養液中繼續培養I d后，吸取I mL菌液按4.5%的接種量接種于發酵培養基中，調節pH值為6.5，在溫度為25 °C、轉速為200 r/min的恒溫培養箱中，繼續進行振蕩培養2 d后，即為生物表面活性劑菌株液體。
[0012](3)生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR
稱取一定質量干燥的耐輻射奇球菌DR菌體置于300 mL帶塞三角瓶中，加入一定體積生物表面活性劑菌株液體，再加入50 mL去離子水，超聲分散30 min，將三角瓶放在恒溫水浴箱中磁力攪拌，待混合液混合均勾后，經8000 r/min離心15 min后，再分別用無水乙醇和去離子水洗滌3次，置于真空冷凍干燥機中干燥，得到一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑。
[0013](4)生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑對鈾的吸附
量取50 mL不同濃度的鈾標準溶液，裝入150 mL的錐形瓶中，隨后加入一定質量的生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑，調節溶液的pH值。然后將其放入恒溫水浴箱中進行恒溫振蕩。待吸附反應完成后，經6000 r/min離心15 min后，取上清液并采用三氯化鈦還原/釩酸銨氧化滴定法測定鈾的剩余濃度，并根據吸附前后溶液中鈾的濃度計算生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑對鈾的吸附率P (%)。
[0014]所述的步驟(I)中耐輻射奇球菌DR菌體的制備，使用的固體TGY培養基組成是:胰蛋白胨5 g;酵母提取物3 g;葡萄糖I g;瓊脂15 g;去離子水1000 mL；pH= 7.0。
[0015]所述的步驟(I)中耐輻射奇球菌DR菌體的制備，菌株接種量為0.5?1.5%;培養溫度為25?35 °C;培養時間為20?30 h;真空冷凍干燥溫度為-50?-60 °C;真空冷凍干燥時間為28?30 ho
[0016]所述的步驟(2)中生物表面活性劑菌株液體的制備，使用的富集培養基組成是:氯化鉀1.5 g;硫酸銨12 g;氯化鈉1.2 g;七水硫酸亞鐵3 X 10—5 g;磷酸氫二鉀3.5 g;三水磷酸氫二鉀0.65 g；EDTA 1.1 g;酵母浸膏0.6 g;植物油5 g;去離子水1000 mL。
[0017]所述的步驟(2)中生物表面活性劑菌株液體的制備，使用的發酵培養基組成是:氯化鉀1.5 g;硫酸銨12 g;氯化鈉1.2 g;七水硫酸亞鐵3 X 10—5 g;磷酸氫二鉀3.5 g;三水磷酸氫二鉀0.65 g;硫酸鎂0.6 g;氯化鈣0.25 g;硫酸鋅0.3 g;硫酸銅0.3 g；EDTA 1.1 g；酵母浸膏0.6 g;植物油5 g;去離子水1000 mL。
[0018]所述的步驟(2)中生物表面活性劑菌株液體的制備，使用的平板培養基組成是:葡萄糖20 g;蛋白胨5 g;酵母浸膏0.25 g;瓊脂20 g;去離子水1000 mL。
[0019]所述的步驟(3)中生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR，使用的干燥的耐輻射奇球菌DR菌體質量為1.5?2.5 g;生物表面活性劑菌株液體體積為20?30 mL，功能化修飾溫度為40?50 °C;功能化修飾時間為4?5 h;真空冷凍干燥溫度為70?80 °C;真空冷凍干燥時間為2 - 3 ho
[0020]所述的步驟(4)中生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR吸附劑對鈾的吸附，鈾標準溶液的濃度為0.45?0.5 mg/L;吸附劑的質量為I?2 g;溶液的pH值為3?8;反應溫度為25?50 °C;吸附時間為20?70 min。
[0021 ]本發明所述的一種生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR的方法及其應用，相比現有的技術，具有以下顯著優點:
(I)在生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR的過程中，使用自制的生物表面活性劑代替傳統方法中使用的化學試劑，從而避免了有毒有害的化學物質排入到環境中，真正做到了對環境友好。
[0022](2)本發明使用的耐輻射奇球菌DR對鈾污染水體具有較好的耐輻射性能，克服了常用吸附生物的耐輻射抗性問題。
[0023](3 )本發明在使用生物表面活性劑功能化修飾耐輻射奇球菌DR過程中，制備工藝簡單，反應條件溫和，不需要任何加壓等化工設備，加熱條件也容易實現，能耗低。
[0024](4)本發明使