一种基于草甘膦降解的重金属离子矿化修复的微生物方法

摘要

本发明公开了一种基于草甘膦降解的重金属离子矿化修复的微生物方法，其步骤为：分别将枯草芽孢杆菌、酵母菌、胶质芽孢杆菌接种至相应的培养基中培养，制备菌体浓度为106～107个/mL的浓缩菌液；将枯草芽孢杆菌浓缩菌液、酵母菌浓缩菌液、胶质芽孢杆菌浓缩菌液按照比例混匀制备复合浓缩菌液；将复合浓缩菌液加入含草甘膦、重金属离子的溶液中，搅拌均匀，静置4～5小时，产生沉淀后，对沉淀物进行洗涤、过滤、烘干，得到矿物磷酸盐、碳酸盐。结果表明复合浓缩菌液可有效降解草甘膦、矿化重金属，形成稳定的矿物磷酸盐、碳酸盐。

说明书

技术领域

本发明属于微生物学领域和环境科学领域的交叉科学技术，涉及一种基于草甘膦 降解的重金属离子矿化修复的微生物方法。

背景技术

近年来，重金属污染日益严重，污染面积不断扩大、污染程度不断加深、危害程度 不断加大，造成的经济损失也逐年增多。同时，农药草甘膦的大量使用，草甘膦残留量 逐年累积，造成受重金属污染土壤、湖泊的二次污染，存在巨大的安全隐患。目前中国 已有2667万公顷的耕地受到不同程度的重金属、草甘膦残留的污染，受污染耕地占到全 国耕地总面积的20％。传统的修复方法主要采用物理方法、化学方法，但能耗高、投资 大、操作复杂、易产生二次污染，不适宜大面积的污染修复。

微生物修复方法利用土壤中天然存在的多种微生物，将草甘膦降解为磷酸根、二氧 化碳、水等，其中二氧化碳通过微生物吸收、转化为碳酸根；草甘膦降解产生的磷酸根、 碳酸根用于矿化重金属离子，形成稳定的矿物磷酸盐、碳酸盐；最终产物大都是无害、 稳定的物质，不破坏植物生长所需的环境，可以使污染物完全从环境中去除，处理时间 短，并且投资少，不会产生二次污染，操作简单。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于草甘膦降解的重金属离子矿化修复的微生物方 法，微生物修复方法成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染，生态相容性 好。

技术方案：本发明基于草甘膦降解的重金属离子矿化修复的微生物方法，包括以 下步骤：

1.)分别将枯草芽孢杆菌、酵母菌、胶质芽孢杆菌接种至相应的培养基中培养， 制备菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL的浓缩菌液；

2.)将枯草芽孢杆菌浓缩菌液、酵母菌浓缩菌液、胶质芽孢杆菌浓缩菌液混匀制 备复合浓缩菌液；

3.)将复合浓缩菌液加入含草甘膦、重金属离子的溶液中，搅拌均匀，草甘膦在 枯草芽孢杆菌作用下降解产生磷酸根、小分子有机物，由草甘膦降解产生的小分子有 机物在酵母菌的作用下快速降解为二氧化碳和水，由草甘膦降解产生的二氧化碳在胶 质芽孢杆菌作用下吸收、转化为碳酸根；

4.)静置4～5小时，产生沉淀后，对沉淀物进行充分洗涤、过滤、烘干，得到矿 物磷酸盐、碳酸盐。

所述复合浓缩菌液由枯草芽孢杆菌浓缩菌液、酵母菌浓缩菌液、胶质芽孢杆菌浓 缩菌液按照体积比1﹕0.1～0.2﹕0.1～0.2制备。

所述的重金属离子为锌离子。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、与传统的物理方法、化学方法相比，开创性的利用草甘膦降解的产物进行重 金属离子的矿化，同时实现两种污染源的一次性修复。

2、在枯草芽孢杆菌的作用下，草甘膦降解产物为磷酸根和直链小分子有机物； 直链小分子有机物在酵母菌的作用下，最终产物为二氧化碳、水等；二氧化碳通过胶 质芽孢杆菌吸收、转化为碳酸根；碳酸根、磷酸根矿化重金属离子，形成矿物磷酸盐、 碳酸盐。

3、本发明采用的微生物方法，具有高效、环保等特点，形成的矿物性质稳定、 耐久性强，过程中产生的二氧化碳可有效捕获利用，减缓温室效应。

附图说明

图1为采用此方法形成的矿化产物XRD图，

图2为采用此方法形成的矿化产物能谱图，

图3a为采用此方法形成的矿化产物放大10000倍SEM图，

图3b为采用此方法形成的矿化产物放大20000倍SEM图，

图3c为采用此方法形成的矿化产物放大30000倍SEM图，

图3d为采用此方法形成的矿化产物放大100000倍SEM图，

图4为采用此方法形成的矿化产物IR图。

具体实施方式

本发明所采用的枯草芽孢杆菌、酵母菌、胶质芽孢杆菌均来源于中国工业微生物 菌种保藏中心。

本发明基于草甘膦降解的重金属离子矿化修复的微生物方法，方法步骤如下：

(1)获取枯草芽孢杆菌浓缩菌液：将枯草芽孢杆菌接种于灭菌后的培养基溶液， 每升培养基含有蛋白胨5～8g、牛肉浸取物3～5g，NaCl 5～6g、琼脂15～20g、MgSO₄  0.4～0.6g，并控制pH为7～8，于35～38℃下振荡培养24h，得到含有枯草芽孢杆菌的 菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除去上层培养基营养物质后 加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL。

(2)获取酵母菌浓缩菌液：将酵母菌接种于灭菌后的培养基溶液，培养基溶液 为5°麦芽汁1000ml，含琼脂15～20g，于28～30℃下振荡培养24h，得到含有酵母菌 的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除去上层培养基营养物质 后加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL。

(3)获取胶质芽孢杆菌浓缩菌液：将胶质芽孢杆菌接种于灭菌后的培养基溶液， 每升培养基含有蔗糖8～12g、Na₂HPO₄·12H₂O 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为7～8，于30～35℃下振荡培养24h， 得到含有胶质芽孢杆菌的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除 去上层培养基营养物质后加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL。

(4)复合浓缩菌液：将枯草芽孢杆菌浓缩菌液、酵母菌浓缩菌液、胶质芽孢杆 菌浓缩菌液按照体积比1﹕0.1～0.2﹕0.1～0.2制备复合浓缩菌液。

(5)将复合浓缩菌液加入含草甘膦、重金属离子的溶液中，搅拌均匀，使复合 浓缩菌液均匀分散在溶液中，静置4～5小时。产生沉淀后，对沉淀物进行充分洗涤， 避免有机物等杂质包裹在沉淀物中，影响分析测试结果，过滤、烘干后取样分析。

(6)性能测试：分析结果表明，复合浓缩菌液可有效降解草甘膦、矿化重金属， 形成稳定的矿物磷酸盐、碳酸盐。

图1显示采用本发明可实现基于草甘膦降解的重金属离子的矿化修复，形成性质 稳定的矿物磷酸盐、碳酸盐。

图2显示矿化产物的能谱分析结果

图3a、b、c、d显示不同放大倍数矿化产物的微观形态

图4显示矿化产物的官能团

实例：

(1)称取蛋白胨6g、牛肉浸取物4g，NaCl 5g、琼脂18g、MgSO₄ 0.5g溶于1000ml 去离子水中，并控制pH为7，125℃高温下灭菌30分钟后取出待冷却；将枯草芽孢杆 菌接种至冷却培养基溶液中，于37℃下振荡培养，振荡频率为170r/min，培养时间 24h；将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm，温度为4℃，去除上 层培养基营养物质，加去离子水100mL制成浓缩菌液。

(2)称取琼脂18g溶于1000ml5°麦芽汁中，125℃高温下灭菌30分钟后取出 待冷却；将酵母菌接种至冷却培养基溶液中，于30℃下振荡培养，振荡频率为170 r/min，培养时间24h；将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm，温 度为4℃，去除上层培养基营养物质，加去离子水100mL制成浓缩菌液。

(3)称取蔗糖10g、Na₂HPO₄·12H₂O 3g、MgSO₄ 0.5g、CaCO₃ 1g、KCl 0.1g、(NH₄)₂SO₄  0.4g溶于1000ml去离子水中，并控制pH为7，125℃高温下灭菌30分钟后取出待冷 却；将胶质芽孢杆菌接种于冷却后的培养基溶液，于35℃下振荡培养，振荡频率为 170r/min，培养时间24h；将培养好的菌液高速离心10min，离心机转速为8000rpm， 温度为4℃，去除上层培养基营养物质，加去离子水100mL制成浓缩菌液。

(4)将枯草芽孢杆菌浓缩菌液、酵母菌浓缩菌液、胶质芽孢杆菌浓缩菌液按照 体积比10ml、1ml、1ml混匀制备复合浓缩菌液。

(5)将12ml复合浓缩菌液加入含草甘膦、重金属锌离子的100ml溶液中(草甘 膦浓度500mg/L、重金属锌离子浓度150mg/L)，搅拌均匀，使复合浓缩菌液均匀分散在 溶液中，静置4小时。产生沉淀后，用去离子水对沉淀物洗涤三次，过滤、烘干后取样 分析。分析结果表明，复合浓缩菌液可有效降解草甘膦、矿化重金属，形成稳定的矿物 Zn₃(PO₄)₂·4H₂O、Zn(CO₃)(OH)₆·H₂O。