CN101880639B - 一株巴斯德葡萄球菌及其在脱色中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一株巴斯德葡萄球菌及其在脱色中的应用。该菌株为巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431。具有广谱的偶氮染料脱色能力,并且能够适应极端环境,在强碱性条件下仍然能够对偶氮染料进行脱色。该菌株可解决已有技术中存在的问题,提高常规废水处理方法的效率,具有工业化应用前景。

Description

一株巴斯德葡萄球菌及其在脱色中的应用
技术领域
本发明涉及一株巴斯德葡萄球菌及其在脱色中的应用,特别是涉及一株巴斯德葡萄球及其在脱除生产、污水等体系中的偶氮染料中的应用。
背景技术
随着化学工业的发展,各种染料在纺织、印染、造纸和印刷等行业中广泛应用。全球每年染料的产量大约为109kg,大约有10%~15%的染料在使用过程中被释放到环境中,造成严重的污染,其中70%为偶氮染料。人工合成的偶氮染料含有偶氮键和复杂的芳香环结构,化学稳定性高、生物可降解性低,且多数染料及其代谢中间产物具有致突变性、致癌性和其它毒性,并能在环境中长期存在,对人体健康危害极大,因此含偶氮化合物废水的处理成为国内外环境污染控制中急需解决的一大难题。
偶氮染料废水具有色度大、有机物浓度高、组分复杂、难降解物质多、碱度和盐度高等特点,属于典型的难处理工业废水。处理染料废水的常用的方法有物化法和生物法。目前物化脱色技术有吸附法、氧化还原法、离子交换法、膜法、混凝法等等,但是物化法处理染料废水的过程中整体存在着诸如二次污染、处理费用过高、技术要求高、操作不方便等缺点。常规的生物法处理含染料废水也有明显的不足,微生物对营养物质、pH、温度等条件有一定要求,难以适应染料废水碱性大、含盐量高、水质波动大、染料种类多、毒性高的特点。主要表现为:
1、大多数单株脱色菌的广谱性较差,只能作用少数结构简单的染料分子;
2、对环境的适应能力较弱。染料废水通常呈碱性,pH有时达10-12,大多数脱色菌株在此pH范围不能良好的生长和有效的对染料脱色。
因此,获得具有一定耐碱能力和偶氮染料脱色能力的高效菌株解决染料废水生物处理效果不佳的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一株能在碱性极端环境下降解偶氮染料的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)菌株及其应用。偶氮染料中的偶氮键“-N=N-”是主要的发色基团,该菌株主要用细菌所产生的偶氮还原酶还原偶氮键,将染料降解。
本发明所提供的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)菌株,是通过对浙江某印染厂的废水处理系统的活性污泥进行分离、纯化,得到一株耐碱的巴斯德葡萄球菌,并且具有广谱的偶氮染料脱色能力,从而达到实现本发明的目的。该菌株是巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)菌株Y1,该菌株已于2009年11月09日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCCNo.3431。
巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)菌株Y1在固体培养基上,该菌菌落为淡黄色,边缘整齐,表面光滑,凸状隆起。在显微镜下观察,菌体呈球状,直径约为0.5-1.5μm,成对和不规则堆状,无芽孢,无荚膜,革兰氏染色阳性。该菌的16srDNA序列见序列表中序列1。
本发明所提供的上述巴斯德葡萄球菌的应用,是所述的巴斯德葡萄球菌在对含偶氮染料的体系进行脱色中的应用。含偶氮染料的体系可为纺织废水、印染废水及其与染料生产和使用相关的工业废水等体系。
所述应用中,所述偶氮染料可为酸性大红GR和/或酸性黑ATT和/或刚果红和/或直接耐晒黑SA和/或直接紫N和/或活性黑KN-B和/或碱性橙和/或碱性棕和/或直接大红C和/或直接橙S和/或Cibacron Brilliant Red 3B-A(汽巴克隆艳红3B-A)和/或Reactive red 120(活性红120)和/或Procion Red MX-5B(普施安红MX-5B)。
所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度可为1000mg/L以下,优选为50-1000mg/L,特别优选为50-500mg/L,最优选为50-300mg/L。
所述脱色的方法是将所述的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCCNo.3431接种于含偶氮染料的体系中,在温度条件为30-39℃,厌氧条件下进行培养。温度培养条件优选为37℃。
所述含偶氮染料的体系中还含有细菌生长必须的营养组分,如含有酵母提取物、蛋白胨和NaCl。具体的量足够维持细菌生长繁殖即可,比如可以参照LB培养基的组分添加营养组分,该体系中可含有酵母提取物的量为5g/L,蛋白胨的量为10g/L,NaCl的量为10g/L。
所述含偶氮染料的体系的pH值可为pH6-pH12,优选为pH10-pH12。
所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为为1-6天。既可达到脱色的效果,也可以有一个较大脱色速率。
本发明的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431用于纺织废水、印染废水及其与染料生产和使用相关的工业废水的脱色。该菌株可以在高pH下(pH=10-12)染料废水发挥有效的脱色作用。
实验证明,本发明提供的Staphylococcus pasteuri Y1 CGMCC No.3431在pH自然,染料浓度为50mg/L的条件下,30h内对多种偶氮染料如单偶氮染料碱性橙、双偶氮染料酸性大红GR、刚果红、四偶氮染料直接耐晒黑SA等的脱色率达85-90%(如图2),3d后可以实现完全脱色。对结构更为复杂的单偶氮染料如CibacronBrilliant Red 3B-A、双偶氮染料Reactive red 120在30h内脱色率为55-60%,130h内可以实现100%的完全脱色。对偶氮染料的耐受度为1000mg/L。
本发明提供的Staphylococcus pasteuri Y1CGMCC No.3431在pH=10-12的强碱性条件下仍然具有对偶氮染料的脱色能力。实验证明,Staphylococcus pasteuri Y1CGMCC No.3431在pH=12的条件下,40h内对酸性大红GR的脱色率达到90%以上,139h内对Cibacron Brilliant Red 3B-A的脱色率达到92%,对Reactive red 120染料的脱色率达到74%。
本发明为纺织废水和印染废水的处理提供了一株具有广谱的偶氮染料脱色能力,并且能够适应极端环境,在强碱性条件下仍然能够对偶氮染料进行脱色的高效菌株Staphylococcus pasteuri Y1 CGMCC No.3431。该菌株可解决已有技术中存在的问题,提高常规废水处理方法的效率,具有工业化应用前景。
附图说明
图1为Staphylococcus pasteuri Y1 CGMCC No.3431菌株对不同浓度酸性大红GR的脱色(48h)
图2为Staphylococcus pasteuri Y1 CGMCC No.3431菌株对不同结构的偶氮染料的脱色(30h)
具体实施方式
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和生物材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
下述实施例中,LB培养基的组分为酵母提取物的量为5g/L,蛋白胨的量为10g/L,NaCl的量为10g/L。
实施例1、巴斯德葡萄球菌(Staphylococcu spasteuri)Y1 CGMCC No.3431的分离、纯化及鉴定。
本发明提供的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)的筛选过程为从浙江某印染厂的活性污泥分离、纯化得到,具体的筛选步骤如下:
从浙江某印染厂废水池中提取污泥,称量1g用玻璃珠打散后以100ml无菌水搅匀,取3-4ml的液体接入灭过菌的并且pH值为12的选择性培养基中,37℃、170转培养12h,将富集样品制成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7共7个稀释度,每个稀释度吸取0.2ml涂布于染料培养基平板上在37℃静置培养24h,挑取有脱色圈的菌落并在染料培养基平板上纯化三次,纯化后获得单菌株。将挑取的脱色菌株接种于含50mg/L酸性大红GR的液体LB培养基中在37℃静置培养3d,每隔2h取样测定脱色率,挑取在液体培养基中能完全脱色并且菌体不吸附染料的菌株并对其进行鉴定。
上述的选择性培养基成分为:酵母粉5g/L,蛋白胨10g/L,NaCl 5g/L,pH12。
所述液体染料培养基为添加了50mg/L酸性大红GR的LB培养基。
所述染料固体培养基为染料培养基的成分中加入琼脂。
结果获得一株细菌菌株,将其命名为Y1,在固体培养基上,该菌菌落为淡黄色,边缘整齐,表面光滑,凸状隆起。在显微镜下观察,菌体呈球状,直径约为0.5-1.5μm,成对和不规则堆状,无芽孢,无荚膜,革兰氏染色阳性。
16s rDNA的获得方法:将获得的菌种用细菌16SrDNA的通用引物PCR扩增,获得该菌的16s rDNA片段,然后测定其序列。该菌的16s rDNA序列如序列表中序列1所示。将测定的16srDNA序列在Genbank数据库中进行比对,结果表明该序列与巴斯德葡萄球菌同源性为99%,因此可以认定为该菌株为巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)。
巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1已于2009年11月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC,地址为:北京市朝阳区大屯路,中国科学院微生物研究所),保藏登记号为:CGMCC No.3431。
实施例2、巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCC No.3431对酸性大红GR的脱色效果验证
从保存巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCC No.3431的斜面接种至LB培养基,37℃,150rpm条件下摇床活化菌体12-16h,将菌体培养至对数期。按5%(v/v)的接种量将活化菌液接种至染料培养基中,37℃静置厌氧培养(厌氧条件即在接完菌的血清瓶内充氮气5min,将瓶内的空气排出),pH 6.8,培养时间30h-3d。培养结束后,取一定量的培养液加入离心管中,13000rpm离心10min,取上清液在分光光度计上测定在染料最大吸收波长510nm处酸性大红GR的吸光值,并以不接菌液的染料培养基为对照,计算脱色率。
脱色率(%)=(A1-A2)/A1×100
A1-脱色前染料培养基的OD值,A2-脱色后染料培养基的OD值
上述染料培养基为含50mg/L酸性大红GR的LB培养基,所述培养基均在21℃、0.1Mpa下灭菌20min。
酸性大红GR的结构式如(式I)所示。
Figure GSA00000011028400051
实验结果表明,培养30h后,染料酸性大红GR的脱色率为93%,3天后基本完全脱色。
将染料培养基中的染料浓度从50mg/L逐渐提高至300mg/L,染料浓度如图1所示,按照上述的培养方法接种巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCCNo.3431后培养1-3天。结果表明,不同染料浓度48h内的脱色率均达到92-96%(如图1所示),3天后基本完全脱色。
实施例3、高pH条件下巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCCNo.3431对酸性大红GR的脱色
按照实施例2的方法,将活化的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1CGMCC No.3431菌液分别接种至pH=11和pH=12的酸性大红GR(50mg/L)染料培养基中,37℃静置厌氧培养40h。按照实施例2的方法检测和计算脱色率。
pH=11或pH=12的酸性大红GR(50mg/L)染料培养基:添加了50mg/L酸性大红GR的LB培养基(先用NaOH将培养基调至pH值为11或12,然后添加酸性大红GR)。
实验结果表明,pH=11条件下,该菌株对酸性大红GR的脱色率为91%,pH=12条件下,该菌株对酸性大红GR的脱色率为92%。
实施例4、巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCC No.3431对染料Cibacron Brilliant Red 3B-A和Reactive red 120的脱色
按照实施例2的方法,将巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCCNo.3431培养至对数期的菌液按5%(v/v)的接种量(培养16h后的菌液按5%(v/v)的接种量)分别接种至Cibacron Brilliant Red 3B-A染料培养基(pH=12)和Reactive red120染料培养基(pH=12)中,37℃静置厌氧培养1-6天。培养结束后,取一定量的培养液加入离心管中,13000rpm离心10min,取上清液在分光光度计上分别测定染料Cibacron Brilliant Red 3B-A最大吸收波长516nm处以及Reactive red 120染料最大吸收波长512nm处的吸光值,并以不接菌液的染料培养基为对照,计算脱色率。
实验结果表明,培养139h后,该菌株对Cibacron Brilliant Red 3B-A染料的脱色率为93%,对Reactive red 120染料的脱色率为74%。
上述染料培养基为含有染料的LB培养基,染料浓度为50mg/L,pH=12。Cibacron Brilliant Red 3B-A的结构式如(式II)所示
Reactive red 120的结构式如(式III)所示
Figure GSA00000011028400062
实施例5、巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCC No.3431对各种染料的脱色
按照实施例2的方法,将巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)Y1 CGMCCNo.3431培养至对数期,按5%(v/v)的接种量分别接种至含不同的偶氮染料(图2所示)的LB培养基(pH6.8)中,37℃静置厌氧培养1-6天小时。培养结束后,取一定量的培养液加入离心管中,13000rpm离心10min,取上清液在分光光度计上分别测定染料最大吸收波长处的吸光值,并以不接菌液的染料培养基为对照,计算脱色率。
结果如图2所示,实验证明,本发明提供的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcuspasteuri)Y1 CGMCC No.3431在pH6.8,染料浓度为50mg/L的条件下,30h内对多种偶氮染料(图2所示)如单偶氮染料碱性橙,双偶氮染料酸性大红GR、刚果红,四偶氮染料直接耐晒黑SA等的脱色率达85-90%(如图2),3d后可以实现完全脱色。对结构更为复杂的单偶氮染料如Cibacron Brilliant Red 3B-A、双偶氮染料Reactive red 120在30h内脱色率为55-60%,130h内可以实现100%的完全脱色。30h内对其他染料如直接橙S和酸性黑ATT脱色率分别达到83.3%和80%,对ProcionRed MX-5B的脱色率为34%。
                              序列表
<160>1
<210>1
<211>1433
<212>DNA
<213>巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)
<400>1
ggcaaaatgc aagtcgagcg aaagataagg agcttgctcc tttgacgtta gcggcggacg    60
ggtgagtaac acgtggataa cctacctata agactgggat aacttcggga aaccggagct    120
aataccggat aacatattga accgcatggt tcaatagtga aaggcggctt tgctgtcact    180
tatagatgga tccgcgccgt attagctagt tggtaaggta acggcttacc aaggcaacga    240
tacgtagccg acctgagagg gtgatcggcc acactggaac tgagacacgg tccagactcc    300
tacgggaggc agcagtaggg aatcttccgc aatgggcgaa agcctgacgg agcaacgccg    360
cgtgagtgat gaaggtcttc ggatcgtaaa actctgttat cagggaagaa caaatgtgta    420
agtaactgtg cacatcttga cggtacctga tcagaaagcc acggctaact acgtgccagc    480
agccgcggta atacgtaggt ggcaagcgtt atccggaatt attgggcgta aagcgcgcgt    540
aggcggtttt ttaagtctga tgtgaaagcc cacggctcaa ccgtggaggg tcattggaaa    600
ctggaaaact tgagtgcaga agaggaaagt ggaattccat gtgtagcggt gaaatgcgca    660
gagatatgga ggaacaccag tggcgaaggc gactttctgg tctgtaactg acgctgatgt    720
gcgaaagcgt ggggatcaaa caggattaga taccctggta gtccacgccg taaacgatga    780
gtgctaagtg ttagggggtt tccgcccctt agtgctgcag ctaacgcatt aagcactccg    840
cctggggagt acgaccgcaa ggttgaaact caaaggaatt gacggggacc cgcacaagcg    900
gtggagcatg tggtttaatt cgaagcaacg cgaagaacct taccaaatct tgacatcctt    960
tgaccgctct agagatagag tcttcccctt cgggggacaa agtgacaggt ggtgcatggt    1020
tgtcgtcagc tcgtgtcgtg agatgttggg ttaagtcccg caacgagcgc aacccttaag    1080
cttagttgcc atcattaagt tgggcactct aagttgactg ccggtgacaa accggaggaa    1140
ggtggggatg acgtcaaatc atcatgcccc ttatgatttg ggctacacac gtgctacaat    1200
ggacaataca aagggcagct aaaccgcgag gtcaagcaaa tcccataaag ttgttctcag    1260
ttcggattgt agtctgcaac tcgactacat gaagctggaa tcgctagtaa tcgtagatca    1320
gcatgctacg gtgaatacgt tcccgggtct tgtacacacc gcccgtcaca ccacgagagt    1380
ttgtaacacc cgaagccggt ggagtaacca tttatggagc agcctcaagt gaa           1433

Claims (49)

1.一株巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)菌株Y1,其在中国普通微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.3431。
2.权利要求1所述的巴斯德葡萄球菌在对含偶氮染料的体系进行脱色中的应用;所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为1000mg/L以下。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:所述偶氮染料为酸性大红GR和/或酸性黑ATT和/或刚果红和/或直接耐晒黑SA和/或直接紫N和/或活性黑KN-B和/或碱性橙和/或碱性棕和/或直接大红C和/或直接橙S和/或Cibacron Brilliant Red3B-A和/或Reactive red 120和/或Procion Red MX-5B。
4.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-1000mg/L。
5.根据权利要求3所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-1000mg/L。
6.根据权利要求4所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-500mg/L。
7.根据权利要求5所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-500mg/L。
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-300mg/L。
9.根据权利要求7所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中所述偶氮染料浓度为50-300mg/L。
10.根据权利要求2-9中任一所述的应用,其特征在于:所述脱色的方法是将权利要求1所述的巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431接种于含偶氮染料的体系中,在温度条件为30-39℃,厌氧条件下进行培养。
11.根据权利要求10所述的应用,其特征在于:所述温度条件为37℃。
12.根据权利要求10所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中还含有酵母提取物、蛋白胨和NaCl。
13.根据权利要求11所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中还含有酵母提取物、蛋白胨和NaCl。
14.根据权利要求12所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中含有酵母提取物的量为5g/L,蛋白胨的量为10g/L,NaCl的量为10g/L。
15.根据权利要求13所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系中含有酵母提取物的量为5g/L,蛋白胨的量为10g/L,NaCl的量为10g/L。
16.根据权利要求2-9中任一所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
17.根据权利要求10所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
18.根据权利要求11所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
19.根据权利要求12所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
20.根据权利要求13所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
21.根据权利要求14所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为为pH6-pH12。
22.根据权利要求15所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH6-pH12。
23.根据权利要求16所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
24.根据权利要求17所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
25.根据权利要求18所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
26.根据权利要求19所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
27.根据权利要求20所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
28.根据权利要求21所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
29.根据权利要求22所述的应用,其特征在于:所述含偶氮染料的体系的pH值为pH10-pH12。
30.根据权利要求10所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
31.根据权利要求11所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
32.根据权利要求12所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
33.根据权利要求13所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
34.根据权利要求14所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
35.根据权利要求15中所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
36.根据权利要求16所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
37.根据权利要求17所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
38.根据权利要求18所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
39.根据权利要求19所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
40.根据权利要求20所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
41.根据权利要求21所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
42.根据权利要求22所述的应用,其特征在于:所述巴斯德葡萄球菌(Staphylococcus pasteuri)CGMCC No.3431的培养时间为1-6天。
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