一种促进龙葵去除水中微量镉污染的微生物及其去除镉污染的方法

摘要

本发明提供了一种促进龙葵去除水中微量镉污染的微生物及其去除镉污染的方法，利用超累积植物龙葵对镉的高效吸收特性来净化受到镉污染的饮用水。采用水培方式培养龙葵，通过接种金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03促进其根部生长。净化饮用水时将龙葵植株的根部浸入含有镉污染的饮用水中，每株龙葵在一个净化周期内对应净化约1-1.2升饮用水，根据水样中镉离子浓度的高低(不高于200μg/L)，所需的净化时间从2小时至12小时不等，龙葵植株在其培养周期的第45-80天内净化水样的能力最佳。该方法针对饮用水中镉污染的去除效果好、操作简便、适用范围广，在饮用水净化方面具有很大的应用潜力。

说明书

技术领域

本发明涉及微量镉污染饮用水的生物学净化方法，具体涉及利用龙葵去除水中微量镉污染的方法及其采用的微生物。

背景技术

工业发展往往伴随的环境污染的产生，“工业三废”中的废水废渣排放引起的水体重金属污染问题越来越严重，不仅破坏生态环境，而且直接或间接危害人们的身体健康。重金属镉污染主要来自印染、农药、矿石开采、冶炼等行业，长期摄入微量镉，会严重损害人体的肝、肾等器官，进而引发多种疾病。欧洲和日本因镉污染引发的骨痛病，是镉污染区域镉中毒的常见病。

常用的去除饮用水中镉污染的方法主要有：絮凝剂过滤法、石灰沉淀法、离子交换法、电解法等，但这些方法在处理过程中存在着产生二次污染、费用过高、重复利用性不强、工艺复杂等缺陷。因此研究出一种高效，环保，低成本的方法是目前科技发展的趋势，本发明采用的生物学净化方法，就会解决现有方法出现的一系列问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种促进龙葵去除水中微量镉污染的微生物及其去除镉污染方法，该方法操作简单、经济高效、环境友好。

一种促进龙葵去除水中微量镉污染的微生物，为金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03，保藏号为CCTCC NO：M 2010236。

应用所述的微生物促进龙葵去除水中微量镉污染的方法，将龙葵种子表面灭菌后在金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03菌液中浸泡1-3小时，取出播种，两周后转入水培；再过30天后的龙葵植株用于净化水。

所述的龙葵种子经75％酒精溶液浸泡15秒进行表面灭菌，清水冲洗3次，晾干后用于内生菌菌液浸泡。

所述的菌液配置过程如下：挑取金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03菌种接种至100ml液体LB培养基中扩大培养12小时，4000转/分钟离心5分钟，倒去上清，用100ml 1/4浓度的改良霍格兰溶液重悬细菌菌体，即得到内生菌接种菌液。

所述的播种是将蛭石铺于托盘中，厚度4-6厘米，用1/4浓度的改良霍格兰溶液浇透，龙葵种子播种于其中。

所述的水培是采用1/4浓度的改良霍格兰溶液作为水培营养液，4-6天换一次营养液，并不断补充。

所述的1/4浓度的改良霍格兰溶液配方为：KNO₃ 125mg/L；KH₂PO₄ 35mg/L；NH₄H₂PO₄20mg/L；MgSO₄·7H₂O 125mg/L；Ca(NO₃)₂·4H₂O 235mg/L；FeSO₄·7H₂O 10mg/L。

所述的龙葵植株用于净化水的时间为30-40天。

所述的龙葵植株根部与水体接触来净化水。

所述的龙葵用于处理镉离子浓度为不高于200μg/L的饮用水；所述的龙葵植株经过一轮2-12小时净水处理后，继续水培培养24小时，龙葵将大部分吸收的金属镉从根部运输到叶片和茎秆保存，恢复净水能力，可进行下一轮净水处理。每株龙葵对应净化1-1.2升镉污染的水。

经处理后水样均达到国家制定的生活饮用水水质标准(GB5749-85)，一般均低于3μg/L。

龙葵完成循环净水后的处理：龙葵植株内部所吸收的镉可通过机械压榨的方式提取出来，提取率接近80％；压榨后的植物残渣经烘干、粉碎，可以用于工业废水的重金属吸附去除。

本发明针对饮用水中微量镉污染的去除效果好、操作简便、适用范围广，在饮用水净化方面具有很大的应用潜力。

菌种分离自湖南省衡阳水口山矿区尾砂矿附近采集的龙葵植株，为龙葵内生菌。将采集的整株龙葵植株用清水冲洗干净，分别取部分根、茎、叶于2％(v/v)的次氯酸溶液中浸泡3分钟用于表面消毒，然后在无菌水中漂洗5次去除植物表面残留的次氯酸。表面灭菌后的植物用无菌研钵研磨至糊状，用1％(m/v)氯化钠稀释10-10000倍分别涂布在固体LB培养基平面上，培养48小时。根据菌落形态的差异挑取内生菌单菌落进行扩大培养。在经过重金属耐受性、促植物生长因子等检测后，选取了编号为LKS03的内生菌进行植物接种。LKS03具有较高的生产ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)脱氨酶和IAA(吲哚乙酸)的能力，在Cd 2mM、Zn5mM、Pb 5mM的培养条件下其生长不受明显影响，菌种活力正常。

LKS03为革兰氏阳性菌，适宜生长温度为25-30℃，高于38℃则生长明显受到抑制。在固体LB培养基上涂布、30℃培养2天后，其菌落直径为1-1.5mm，呈黄色，表面光滑、凸起、湿润。根据LKS03的16SrDNA序列测序结果(GenBank ID：HQ331133)，结合菌落形态和生理特性分析，表明其为金黄杆菌属的细菌，将其命名为金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03。

附图说明

图1为龙葵净化不同镉浓度的模拟污染饮用水时间曲线图；

图2为培养周期第45天和80天的龙葵净水时间曲线图；

图3为接种金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵与未接种的龙葵净水能力的比较；

图4为本发明接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵连续4次净水处理效果图；

图5为几种金属离子对本发明接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵净水能力的影响。

具体实施方式

下面结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

龙葵种子的萌发、接种金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03和植株的水培培养：

1.龙葵种子经75％酒精溶液浸泡15秒进行表面灭菌，清水冲洗3次，晾干后用于金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03接种。

2.将灭菌后的龙葵种子浸泡于金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03接种菌液中2小时，取出即用于播种。

3.蛭石铺于托盘中，厚度约5厘米，用1/4浓度的改良霍格兰溶液浇透，龙葵种子播种于其中。2-3天左右即发芽，2周左右龙葵可长至10厘米高并转入水培。

4.1/4浓度的改良霍格兰溶液同样作为水培营养液，5天换一次营养液，并不时补充。再过30天后的龙葵植株用于净化水。

实施例2

Chryseobacterium sp.LKS03具有较高的生产ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)脱氨酶和IAA(吲哚乙酸)的能力，可以促进植物根部的生长。在生长周期的第45天和第80天，接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03植株与没有接种的植株各采集5株样本，测定根长和根重，结果如表2所示：

表2

接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵植株在生长周期的第45天，根长和根重与未接菌的龙葵相比，分别增加了21.8％和25.8％；在第80天，根长和根重则分别增加了25.7％和38.8％。实验结果表明，接种Chryseobacteriumsp.LKS03对龙葵的根部生长有显著的促进作用。

实施例3

采用自来水添加重金属离子来模拟污染饮用水，模拟污染饮用水中镉浓度为50μg/L，比较接菌的龙葵和未接菌龙葵净化模拟污染饮用水的能力。1升模拟污染饮用水注入水槽中，龙葵固定于水槽上方，根部与水体接触，跟踪检测16个小时内水体中镉浓度的变化，镉浓度由原子分光光度计进行测定，净水效果如图3所示：由实验结果可看出，接种Chryseobacteriumsp.LKS03的龙葵3小时内将饮用水中镉含量降低至国标以下(＜10μg/L)，未接种内生菌的龙葵则需要4.5个小时，处理效率提高了近33％。由此可见接种内生菌后，龙葵根部吸收镉离子的速度更快，净水效率更高。

实施例4

采用自来水添加重金属离子来模拟污染饮用水，模拟污染饮用水中镉浓度为100μg/L，1升模拟污染饮用水注入水槽中，接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵固定于水槽上方，根部与水体接触，跟踪检测16个小时内水体中镉浓度的变化，镉浓度由原子分光光度计进行测定。净化处理完成后龙葵继续水培，24小时后继续进行饮用水净化处理。连续进行4个周期的饮用水净化处理，净水效果如图4所示：由图4可看出，龙葵的连续净水能力相当稳定。

实施例5

采用自来水添加重金属离子来模拟污染饮用水，镉浓度为100μg/L，同时分别加入几种2价金属阳离子，浓度为Zn 1000μg/L、Mn 500μg/L、Fe 1000μg/L、Ca 500mg/L、Mg 500mg/L，用以检测水中各种常见阳离子对接种了金黄杆菌Chryseobacterium sp.LKS03的龙葵净水能力的影响。跟踪检测12个小时内水体中镉浓度的变化，镉浓度由原子分光光度计进行测定。净水效果如图5所示：由图5可以看出，各种金属2价阳离子对龙葵净水影响很小，龙葵净水的适应范围很广。