发明内容
本发明的目的在于利用已经筛选获得的对水体和底泥中有机质、氨氮和硝酸态氮等主要污染物均具有降解和消解作用的多功能解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992为菌种,提供用于湖泊、水库、养殖池塘底泥修复的污染水体修复剂的制备方法。
本发明的整体技术构思是:
一种解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens),该菌种16S rDNA序列为:
TCCCTGATGT TAGCGGCGGA CGGGTGAGTA ACACGTGGGT AACCTGCCTG TAAGACTGGG
ATAACTCCGG GAAACCGGGG CTAATACCGG ATGGTTGTCT GAACCGCATG GTTCAGACAT
AAAAGGTGGC TTCGGCTACC ACTTACAGAT GGACCCGCGG CGCATTAGCT AGTTGGTGAG
GTAACGGCTC ACCAAGGCGA CGATGCGTAG CCGACCTGAG AGGGTGATCG GCCACACTGG
GACTGAGACA CGGCCCAGAC TCCTACGGGA GGCAGCAGTA GGGAATCTTC CGCAATGGAC
GAAAGTCTGA CGGAGCAACG CCGCGTGAGT GATGAAGGTT TTCGGATCGT AAAGCTCTGT
TGTTAGGGAA GAACAAGTGC CGTTCAAATA GGGCGGCACC TTGACGGTAC CTAACCAGAA
AGCCACGGCT AACTACGTGC CAGCAGCCGC GGTAATACGT AGGTGGCAAG CGTTGTCCGG
AATTATTGGG CGTAAAGGGC TCGCAGGCGG TTTCTTAAGT CTGATGTGAA AGCCCCCGGC
TCAACCGGGG AGGGTCATTG GAAACTGGGG AACTTGAGTG CAGAAGAGGA GAGTGGAATT
CCACGTGTAG CGGTGAAATG CGTAGAGATG TGGAGGAACA CCAGTGGCGA AGGCGACTCT
CTGGTCTGTA ACTGACGCTG AGGAGCGAAA GCGTGGGGAG CGAACAGGAT TAGATACCCT
GGTAGTCCAC GCCGTAAACG ATGAGTGCTA AGTGTTAGGG GGTTTCCGCC CCTTAGTGCT
GCAGCTAACG CATTAAGCAC TCCGCCTGGG GAGTACGGTC GCAAGACTGA AACTCAAAGG
AATTGACGGG GGCCCGCACA AGCGGTGGAG CATGTGGTTT AATTCGAAGC AACGCGAAGA
ACCTTACCAG GTCTTGACAT CCTCTGACAA TCCTAGAGAT AGGACGTCCC CTTCGGGGGC
AGAGTGACAG GTGGTGCATG GTTGTCGTCA GCTCGTGTCG TGAGATGTTG GGTTAAGTCC
CGCAACGAGC GCAACCCTTG ATCTTAGTTG CCAGCATTCA GTTGGGCACT CTAAGGTGAC
TGCCGGTGAC AAACCGGAGG AAGGTGGGGA TGACGTCAAA TCATCATGCC CCTTATGACC
TGGGCTACAC ACGTGCTACA ATGGACAGAA CAAAGGGCAG CGAAACCGCG AGGTTAAGCC
AATCCCACAA ATCTGTTCTC AGTTCGGATC GCAGTCTGCA ACTCGACTGC GTGAAGCTGG
AATCGCTAGT AATCGCGGAT CAGCATGCCG CGGTGAATAC GTTCCCGGGC CTTGTACACA
CCGCCCGTCA CACCACGAGA GTTTGTAACA CCCGAAGTCG GTG。
解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens),已于2010年7月2日提交中国微生物保藏管理委员会普通微生物保藏中心保藏,该菌种是从河北省唐海县养虾池底泥中分离获得的,暂命名为Tb301。
该菌种的形态特征是:
所述的Tb301解淀粉芽孢杆菌在营养琼脂平板上,菌落初期隆起,湿润,近似圆形,白色,不透明,边缘整齐,老龄菌落表面干皱有颗粒,中央凹陷,边缘不规则,菌落灰白或灰黄色,菌落直径4.0-7.5mm;菌体周生鞭毛,有运动性,细胞直径小于1.0μm;芽孢中生,椭圆。
其生理生化和生长特征如表1
特征 |
描述 |
特征 |
描述 |
革兰氏染色反应 |
+ |
生长条件 |
|
伴孢晶体 |
- |
肉汤:pH6.8 |
+ |
接触酶 |
+ |
pH5.7 |
+ |
厌氧生长 |
- |
NaCl:2% |
+ |
V.P.反应 |
+ |
5% |
+ |
从D-葡萄糖产酸 |
+ |
7% |
- |
从L-阿拉伯糖产酸 |
+ |
温度:5℃ |
± |
从D-木糖产酸 |
+ |
10℃ |
+ |
从D-葡萄糖产气 |
- |
30℃ |
+ |
水解酪蛋白 |
+ |
40℃ |
+ |
水解明胶 |
+ |
50℃ |
+ |
水解淀粉 |
+ |
55℃ |
- |
利用柠檬酸盐 |
+ |
|
|
利用丙酸盐 |
- |
|
|
卵磷脂酶 |
- |
|
|
产生吲哚 |
- |
|
|
表1
一种采用解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)为菌种制备污染水体修复剂的方法,包括如下工艺步骤:
A、将活化后的解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)经扩大培养后接种到含有碳源的培养基中,添加必要的氮源及营养物质;
B、采用液体深层通气搅拌发酵+固体载体吸附的方法或固体发酵的方法进行发酵;
C、将步骤B获得的发酵物料干燥,制得污染水体修复剂。
本发明中的具体技术步骤及工艺参数还有:
所述的培养基中的碳源选自葡萄糖、麸皮、玉米粉、腐殖酸中的一种或其混合物。于所述的步骤A中的菌种活化工艺步骤如下:
将解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)接种至牛肉膏蛋白胨培养基试管斜面上,在温度28℃-30℃条件下培养48小时,反复转接2-3次,使菌种活化。
所述的步骤A中的扩大培养是将活化后的解淀粉芽孢杆菌菌种CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)接种于灭菌后的种子培养基中,在温度25℃-30℃、自然pH条件下,摇瓶培养24-48小时;其中种子培养基由下列质量百分数的原料组成:
胰蛋白胨0.2-0.5 葡萄糖0.2-0.5 酵母膏0.2-0.5
磷酸氢二钾0.2-0.4 硫酸锰0.03
余量为水。
所述的步骤B中的固体发酵是将扩培后的解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)按体积百分数为1%-10%的接种量接入发酵罐或反应釜中,在温度为25℃-30℃条件下通气培养48小时,其中固体发酵培养基由下列质量百分数的原料组成:
碎麸皮10-30 粉粒状沸石70-90 玉米粉0.5-1.0
磷酸氢二钾0.03 硫酸铵0.25 腐殖酸1.0
余量为水。
所述的粉粒状沸石的颗粒直径为0.1mm-2mm。
所述的步骤B中的液体深层通气搅拌发酵+固体载体吸附的发酵方法是将扩培后的解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)按照体积百分数为3%-10%的比例接种于发酵罐中液体培养基,在温度25℃-30℃、自然pH条件下,通气搅拌培养72小时后终止发酵,将发酵液中加入1-1.5倍体积的粉粒状麦饭石或沸石和0.5-1倍体积的草炭粉吸附;其中液体培养基由下列质量百分数的原料组成:
胰蛋白胨0.2-0.5 葡萄糖0.2-0.5 酵母膏0.2-0.5
磷酸氢二钾0.2-0.4 硫酸锰0.03
余量为水。
所述的物料干燥是将步骤B中的吸附后的发酵物料或发酵物料在40℃-100℃干燥至含水量的质量百分数不超过12%。
本发明所制备的污染水体修复剂是这样使用的:
解淀粉芽孢杆菌污染水体修复剂应用示例1(在池塘养殖上应用)
1、污染水体修复剂用量:水深1米的池塘,1000g-2000g/亩。
2、用法:用50倍体积的池塘水(淡水或海水)浸泡,使菌体复苏,活化2-4小时,边搅拌,边全池泼洒。
3、周期:养殖全过程均可使用,视水质状况,每月使用1-3次,若水体恶化严重,可适当增加用量。
解淀粉芽孢杆菌污染水体修复剂应用示例2(在湖泊或湿地上应用)
1、污染水体修复剂用量:水深1米,500g-1000g/亩。
2、用法:用50倍体积的水浸泡菌剂,使菌体复苏,活化2-4小时。边搅拌,边全池泼洒。
3、施用周期:一般在5月-10月,撒施,视水质状况,每月1-2次,若水体污染严重,可适当增加用量。
一、试验基本情况
试验地点:河北省唐海县淡水对虾养殖场
制剂:解淀粉芽孢杆菌Tb301制备的污染水体修复剂
实验时间:2007年7月18日-7月27日,为期10天。
池塘面积:处理和对照的水面面积均为5亩,水深1米。对虾品种均为南美对虾。
检测:试验开始的前一天及以后每天定时测定水体COD、氨氮、亚硝酸盐氮、溶解氧含量和pH值。
二、结果与分析
1、对池塘污染物的降解效果
从表1结果可见,在试验期间内,对照池的COD值呈逐渐上升趋势,从开始的12.13mg/L上升到13.99mg/L;应用解淀粉芽孢杆菌Tb301制备的污染水体修复剂后,COD含量呈逐渐下降趋势,在第7天降到最低,为6.86mg/L,相对降解率为64.41%,之后略有上升。在氨氮降解方面,对照池的氨氮水平呈缓慢上升趋势,从0.47mg/L上升到0.62mg/L,而试验池则逐渐下降,在第5天达到了检测限以下。亚硝酸盐氮水平的变化趋势基本与氨氮一样,对照池从0.52mg/L上升到0.62mg/L,试验池在第5天达到了检测限以下。
表1对池塘污染物的降解效果
单位:mg/L
注:“-”表示污染物含量在最低检出浓度以下。
2、对养殖水体溶解氧、pH值的影响
实验过程测定了水体溶解氧和pH值的变化。从表2可见,对照池溶解氧波动较大,这可能与对照池有机质过多有关。试验池溶解氧波动较小且溶解氧达5mg/L以上,这对南美对虾的健康生长是有力的。与对照池相比,试验池pH值波动较小,波动范围7.54-7.86,对照池pH值波动较大,范围波动7.56-8.13。据文献报道,虾池pH值以7.5-8.8为最适,日波动应小于0.5。两池pH值均在正常范围内,但使用解淀粉芽孢杆菌Tb 301制备的污染水体修复剂后,水体pH基本稳定,波动较小。
表2对养殖水体溶解氧和pH值的影响
3、结论
综上可见,污染水体修复剂对淡水对虾池塘COD、氨氮和亚硝酸盐氮具有显著的降解作用,并可提高水体溶氧量,稳定水体pH值。
解淀粉芽孢杆菌Tb301制备的污染水体修复剂
对白洋淀底泥的修复试验报告
一、基本情况
试验地点:保定市安新县东田庄(白洋淀淀中村)
制剂:污染水体修复剂
实验时间:2009年6月10日-7月10日,为期30天。
试验设置:处理区和对照区均设在同等条件下,水面面积各0.7ha。
污染水体修复剂用量:3g/M3水,试验周期30天。
样品采集:采用S布点取样法,采集10cm以上底泥样品,风干后待检测。
检测指标:COD、全磷、全氮、全钾、氨氮、速效磷、可培养细菌总数。取样间隔:10天。
二、结果与分析
对底泥样品在30天内的变化进行了采样检测,结果见下表。
结果表明,施用污染水体修复剂30天后,底泥中污染物的消解十分显著,30天后底泥中的速效磷、氨氮和全氮的消除率分别达到了74.38%、49.60%和36.34%,有机质、全磷和全钾的消除率分别达到了14.75%、9.03%和11.85%。由于所测样品是采集表层10cm以上的底泥,而污染水体修复剂撒施后最多沉降于0-5cm范围,因此污染水体修复剂对施入环境的实际消除率应更高。
此外,撒施污染水体修复剂后,底泥微生物总量高于对照,相比增加19.79%,底泥中微生物总量的增加,有利于对污染物的长期稳定消减。
由于整个水面面积较大,且处于流动或对流状态,因此本实验没有对覆盖水中的污染指标进行检测。
本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于:
本发明以湖泊、河流和池塘养殖水体污染现状为背景,在进一步探明污染成因和主要污染物构成的基础上,提出了对养殖水体和底泥中有机质、氨氮、硝态氮等关键污染物质为消解对象,实施系统净化的研究思路。以对水体和底泥中主要污染物均具消解作用的多功能解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)为菌种,提供一套适于解淀粉芽孢杆菌生长的液体和固体发酵物料配方和工艺,其中污染水体修复剂制备过程所选物料具有菌体增值和菌体吸附两种功能,实现了有效活菌数和产芽孢率高、杂菌污染少、发酵周期短的技术要求,且制备的污染水体修复剂撒入水体后,菌体可均匀分布到水体和底泥中,使应用效果更加稳定,持久。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述,但不应理解为对本发明的限定,本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准,任何根据本发明的说明书所作出的等效技术手段替换,均不脱离本发明的保护范围。
实施例1
采用解淀粉芽孢杆菌为菌种制备污染水体修复剂的方法,该方法包括如下工艺步骤:
A、将活化后的解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)经扩大培养后接种到含有碳源的培养基中,添加必要的氮源及营养物质;
B、采用液体深层通气搅拌发酵+固体载体吸附的方法进行发酵;
C、将发酵完成后的物料发酵物料干燥,制得污染水体修复剂。
步骤A中的菌种的活化工艺步骤如下:
将解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)接种至牛肉膏蛋白胨培养基试管斜面上,在温度28℃-30℃条件下培养48小时,反复转接2-3次,使菌种活化。
扩大培养是将活化后的解淀粉芽孢杆菌菌种CGMCCNo.3992(Bacillusamyloliquefaciens)接种于灭菌后的种子培养基中,在温度25℃-30℃、自然pH条件下,摇瓶培养24-48小时;其中种子培养基由下列质量百分数的原料组成:
胰蛋白胨0.5 葡萄糖0.5 酵母膏0.5
磷酸氢二钾0.4 硫酸锰0.03
余量为水。
扩大培养的培养基的灭菌条件为:121℃高压灭菌20分钟,冷却至室温。
步骤B中的液体深层通气搅拌发酵+固体载体的发酵方法是将扩培后的解淀粉芽孢杆菌CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens)按照体积百分数为3%-10%的比例接种于发酵罐中液体培养基,在温度25℃-30℃、自然pH条件下,通气搅拌培养72小时后终止发酵,将发酵液中加入1.5倍体积的粉粒状麦饭石或沸石和0.5倍体积的草炭粉吸附;其中液体培养基由下列质量百分数的原料组成:
胰蛋白胨0.5 葡萄糖0.5 酵母膏0.5
磷酸氢二钾0.4 硫酸锰0.03
余量为水。
液体培养基的灭菌条件与扩大培养基的灭菌条件相同。
步骤B中的吸附后的发酵物料或发酵物料在低于100℃下风干至含水量的质量百分数不超过12%。
实施例2
本实施例的步骤A与实施例1步骤A相同;
步骤A、B中的培养基由质量百分数分别为0.2%胰蛋白胨、0.2%葡萄糖、0.2%酵母膏、0.4%磷酸氢二钾、0.03%硫酸锰和余量的水组成,发酵培养的条件与实施例1相同。终止发酵后在发酵液中加入1.0倍体积的粉粒状沸石和1.0倍体积的草炭粉吸附,低于100℃下风干至物料含水量的质量百分数在12%以下,制得污染水体修复剂。
实施例3
步骤A的菌种活化步骤同实施例1,扩大培养中扩大培养基由质量百分数分别为0.3%胰蛋白胨、0.3%葡萄糖、0.3%酵母膏、0.4%磷酸氢二钾、0.03%硫酸锰和余量的水组成,自然pH。分装于三角瓶中,扩大培养基的灭菌条件为121℃高压灭菌30分钟,冷却至25℃-35℃,接种解淀粉芽孢杆菌菌种CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens),在25℃-30℃下,摇瓶培养48小时;
步骤B中的固体发酵培养基由质量百分数分别为10%的碎麸皮,88%的粉粒状麦饭石(颗粒直径0.1-2mm)、1.0%玉米粉、0.03%的磷酸氢二钾、0.25%硫酸铵、1.0%的腐殖酸和余量的水组成。固体发酵培养基的灭菌条件为:121℃高压灭菌60分钟。待物料冷却至30℃左右,按5%的体积百分比接入步骤A制得B的液体菌种,搅拌均匀,分装于无菌曲盘(或用固体发酵罐,采用原位灭菌和培养工艺),25℃-30℃条件下,通气培养48小时,40℃-100℃干燥至物料含水量的质量百分数在12%以下,制得污染水体修复剂。
实施例4
步骤A的菌种活化步骤同实施例1,扩大培养中扩大培养基由质量百分数分别为0.4%胰蛋白胨、0.4%葡萄糖、0.4%酵母膏、0.4%磷酸氢二钾、0.03%硫酸锰和余量的水组成,自然pH。分装于三角瓶中,扩大培养基的灭菌条件为:121℃高压灭菌30分钟,冷却至25℃-35℃,接种解淀粉芽孢杆菌菌种CGMCCNo.3992(Bacillus amyloliquefaciens),在25℃-30℃下,摇瓶培养48小时;
C、解淀粉芽孢杆菌的固体发酵
固体发酵物料由质量百分数分别为30%的碎麸皮,78%的粉粒状沸石(颗粒直径0.1mm-2mm)、0.5%玉米粉、0.03%的磷酸氢二钾、0.25%硫酸铵、1.0%的腐殖酸和其余的水组成。121℃高压灭菌60分钟,待物料冷却至30℃左右,按10%的体积比例接入步骤制得B的液体菌种,搅拌均匀,分装于无菌曲盘(或用固体发酵罐,采用原位灭菌和发酵工艺),25℃-30℃条件下,通气培养48小时,低于100℃干燥至物料含水量的质量百分数在12%以下,制得污染水体修复剂。