CN104862256B - 一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌fnxj1‑2‑3及其应用 - Google Patents

一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌fnxj1‑2‑3及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一株耐铝材电镀镍槽液的优势富镍真菌——蜡样芽孢杆菌FNXJ1‑2‑3的筛选及其应用。所述蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）FNXJ1‑2‑3，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏日期2014年9月19日，保藏编号为CGMCC No.9683。本发明提供的菌株能耐受pH为4.2～4.5的碱度，并能表现出优良的富镍能力和生长活性，在铝型材电镀镍槽液的生物净化中具有良好的应用前景。

Description

一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3及其 应用
技术领域
本发明属于微生物应用技术领域，涉及一株活性污泥中的兼性好氧耐铝型材电镀镍槽液的优势富镍细菌蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的筛选及其应用。
背景技术
铝型材成品是由原材料铝与镁、硅、铜、铁、锌等金属元素配比熔炼成铝合金，铝合金再经挤压而制成。截至2011年末，全球铝型材产能约在2,638万吨左右。全球铝型材的消耗量由2007年的约13,200,000吨增长至2011年的约19,490,000吨(其中工业型材占33％，建筑型材占67％)。2011年，中国为全球铝型材消耗量最大的市场，约占全球铝型材产品消耗量的58％，我国铝型材工业已有50多年，尽管近20年进步显著，但铝型材在熔铸、挤压、表面处理、废料回收再生技术方面仍有进一步改善的空间。
铝是地壳中一种含量最多并且十分活泼的金属，占7％(质量分数)以上，为阻遏其表面氧化或受周围环境的影响而造成缺陷，铝型材使用前需要进行表面处理。铝型材表面处理主要有氟碳喷涂、粉沫喷涂、阳(阴)极氧化、电泳、电镀等。经过处理便可在铝型材表面形成一层甚至多层保护膜，显得美观,并且耐腐蚀，可提高机械强度并延长使用寿命，成为具有优良力学性能的复合材料。
利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程叫电镀。铝型材的电镀可分为镀锌、镀镍、镀铜、镀锡、镀银/金等，其中镀镍因使表面更接近于金属的自然光泽而最为常用。铝型材电镀镍槽液为硫酸和硼酸的高镍溶液，其所含重金属成分复杂，且呈强酸性，若不慎排入自然界，势必造成严重污染和危害，同时还导致大量的资源浪费。另一方面，电镀镍铝型材废水和废渣中也含有一定数量的镍，若能将其回收，则既能减轻环境污染，又能提高经济效益。
微生物因具有很强的重金属吸附和富集作用而被广泛用于各类重金属废液和废渣的生物法处理中。生物法处理各类重金属废液和废渣的前提是获得纯的优势富镍菌株，这是本领域目前有待解决的关键问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一个目的是提供一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3。
本发明的第二个目的是提供述上述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在处理铝型材电镀镍槽液中的用途。
本发明的第三个目的是提供一种处理铝型材电镀镍槽液的方法。本发明的第四个目的是提供蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在制备用于铝型材电镀镍槽液的生物降解剂中的用途。
本发明的第五个目的是提供蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在构建用于处理铝型材电镀镍槽液的工程菌中的用途。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3，其分类命名为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)，该菌株已于2014年9月19号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101，保藏编号为CGMCC No.9683。
上述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在处理铝型材电镀镍槽液中的用途。
将上述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3接种于用铝型材电镀镍槽液配制的发酵培养液中进行培养。
上述铝型材电镀镍槽液为硫酸和硼酸的镍金属液，镍含量为11.3～11.5g/L，pH4.2～4.5。
上述发酵培养液配方为：K2HPO4 4.35g，KH2PO4 1.7g，NH4NO3 1.05g，MgSO4·7H2O0.2g，MnSO4 0.05g，FeSO4·7H2O 0.001g，铝型材电镀镍槽液1000ml，pH4.2～4.5。
上述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为1.0×107～8.0×107个菌株/ml所述发酵培养液。优选为2.0×107～5.0×107个菌株/ml所述发酵培养液，更优选为2.0×107～4.0×107个菌株/ml所述发酵培养液。
在发酵培养液中培养菌株使其发挥作用时，本发明菌株的培养条件为32～37℃，150～160r/min；培养液的瓶装量为30～40％(V/V)。
一种处理铝型材电镀镍槽液的方法，上述方法包括，将上述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3接种于发酵培养液中进行培养。
上述铝型材电镀镍槽液的镍含量为11.3～11.5g/L，所述铝型材电镀镍槽液的pH为4.2～4.5。
优选地，所述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为1.0×107～8.0×107个菌株/ml所述发酵培养液，优选为2.0×107～5.0×107个菌株/ml所述发酵培养液，更优选为2.0×107～4.0×107个菌株/ml所述发酵培养液；培养条件为32～37℃，150～160r/min，培养液的瓶装量为30～40％(V/V)。
上述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在制备用于铝型材电镀镍槽液的生物降解剂中的用途。
上述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在构建用于处理铝型材电镀镍槽液的工程菌中的用途。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：本发明获得了一株能耐铝型材电镀镍槽液的优势富镍真菌。对于铝型材电镀镍槽液(为硫酸和硼酸的镍金属液，镍含量为11.337g/L，pH4.2)，实验证明，本发明提供的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3能在用铝型材电镀镍槽液配制的发酵培养液中生长，并显著富集镍，由此证明该菌株可以耐受pH为4.2的碱度，并能表现出优良的镍富集能力和生长活性。并且对于该发酵培养液，其中，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在好氧条件下的镍富集率和含菌量分别达44.8％和4.5×108个菌株/ml；在厌氧条件下的富镍率和含菌量分别达39.4％和3.18×108个菌株/ml。这说明，在高酸度条件以及厌氧或好氧条件下，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3均表现出了优良的镍富集能力和生长活性。因此，作为耐铝型材电镀镍槽液的优势富镍真菌，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在铝型材电镀镍槽液的生物净化中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为TEM电镜下蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的鞭毛(×18500)；
图2为TEM电镜下蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的芽孢(×37000)；
图3为蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的系统发育树。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，铝型材电镀镍槽液采自辽宁永壮铝塑集团有限公司铝型材电镀镍槽，活性污泥采自江苏省盐城市城东污水自来水厂回流池。
实施例1：蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的分离、纯化及鉴定
1.分离及纯化
富集培养：取未铝型材电镀镍槽液污染的江苏省盐城市城东污水自来水厂回流池中的活性污泥(含水量为16.94±1.47％，pH为5.09±0.21，土壤有机质为304.85±6.95g/kg，全氮为41.90±3.10g/kg，全磷为24.95±2.05g/kg)，封装于无菌袋中置于4℃冰箱保存。分别将用蒸馏水稀释为1倍、1/2倍、1/3倍、1/4倍、1/5倍、1/10倍和1/20倍的100mL铝型材电镀镍槽液与采集的活性污泥约10L一起放入装有玻璃珠的250mL锥形瓶中，另外，用双蒸水按相同方法做一对照。分别于33℃、160r/min的恒温摇床中进行好氧培养和液体石蜡液封厌氧培养7-15d，得富集培养液。
初筛：取1ml富集培养液涂布于孟加拉红琼脂培养基上，于33℃的生化培养箱中培养2天，将长出的菌落逐一挑出，并按照菌株分离纯化的常规方法，获得多株纯菌株。将这些纯菌株逐一挑入事先装有约130μL选择性培养基(牛肉膏5g/L、蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、1倍铝型材电镀镍槽液1000mL)的96孔平板上，培养1天后，用6mm无菌滤纸片吸收培养液后贴于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基上，每皿均匀地贴6个，分别于32～35℃的生化培养箱中培养1-2天，根据滤纸片周围生长圈大小，判断菌株的降解能力，挑取出生长圈较大的多个优势好氧/厌氧菌株。最终得到5株初筛优势富镍好氧细菌，分别命名为FNXJ1-1-4、FNXJ1-2-1、FNXJ1-2-2、FNXJ1-2-3和FNXJ1-4-2。
复筛：将初筛菌株活化后用无菌水稀释成适当浓度的菌悬液，FNXJ1-1-4、FNXJ1-2-1、FNXJ1-2-2、FNXJ1-2-3和FNXJ1-4-2的含菌量分别为6.91×108个菌株/ml、7.28×108个菌株/ml、7.73×108个菌株/ml、6.22×108个菌株/ml和7.18×108个菌株/ml，以10％(V/V)接种量接入100mL发酵培养液中，分别于32～35℃水浴恒温振荡器培养4天，测定发酵培养液中镍含量和含菌量，并计算富镍率，如表1所示。选对铝型材电镀镍槽液有较高富镍能力的菌株作为优势富镍菌株，结果为“FNXJ1-2-3”。
表1初筛菌株发酵培养4天的复筛结果
2.鉴定
对筛选出的富镍细菌进行形态学观察(鞭毛形态和芽孢形态)，同时委托生工生物工程(上海)股份有限公司进行16S rDNA序列分析，测序结果见序列表中的SEQ ID NO:1。
形态学观察发现，FNXJ1-2-3菌株的菌落较小，圆形，光滑，隆起，边缘整齐，在培养基正、反面颜色均为黄色。该菌细胞呈直杆状，直杆两端圆头，细胞大小约为0.5～1.2×1.2～2.8μm，长有大荚膜和数根鞭毛，中生Φ0.15～0.25μm短圆形芽孢。革兰氏阳性，V.P试验阴性，甲基红试验阳性，吲哚试验阳性，能水解明胶和淀粉。委托扬州大学测试中心用TEM(透射电子显微镜)观察FNXJ1-2-3菌株的细胞形态、鞭毛和芽孢形态见图1和图2。
获得FNXJ1-2-3的16S rDNA序列，将其与Genbank中的基因序列进行同源性比较，发现其属于芽孢杆菌(Bacillus)属，然后通过系统发育树的建立(图3)，判断FNXJ1-2-3可能为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。结合形态学观察结果(图1和图2)，最终确定FNXJ1-2-3为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。
3.兼性好氧性
将蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3涂布于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基上，分别于32～35℃的生化好氧培养箱中和厌氧培养箱中培养1～2天，每天观察菌苔生长情况。结果表明，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在好氧和厌氧条件下均能正常生长，且好氧培养较厌氧培养生长更为旺盛，结合初筛结果，确定蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3为兼性好氧菌。
实施例2：蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在有氧和无氧条件下的铝型材电镀镍槽液处理作用
取铝型材电镀镍槽液1000ml，向其中依次添加K2HPO4 4.35g，KH2PO4 1.7g，NH4NO31.05g，MgSO4·7H2O 0.2g，MnSO4 0.05g，FeSO4·7H2O 0.001g，用1mol/L的HCl调至pH4.2，得发酵培养液。
将实施例1获得的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3用无菌水稀释成适当浓度的菌悬液，接种100mL的发酵培养液中，使蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为3.38×107个菌株/ml发酵培养液，然后于35℃水浴恒温振荡器培养4天。所做培养分成有氧组和无氧组，其中有氧组为160r/min振荡培养，培养液的瓶装量为35％(V/V)，无氧组为在培养液表面加约1cm的液体石蜡，其它条件与有氧组相同。
上述实验平行进行2组，分别为试1和试2，同时将不接种蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的培养液作为空白对照，培养4天后测定培养液中含菌量和镍含量，计算富镍率(％)，结果如表2所示。
表2Bacillus cereus FNXJ1-2-3发酵培养4天的试验结果
结果表明，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在发酵培养液中能正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于该发酵培养液，其中，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在好氧条件下的富镍率达44.95％，含菌量达4.24×108个菌株/ml；在厌氧条件下的富镍率达40.77％，含菌量达3.87×108个菌株/ml。这证明，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3可以耐受高酸度，同时在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材电镀镍槽液的生物净化中具有良好的应用前景。
实施例3考察蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3不同接种量的铝型材电镀镍槽液处理作用
与实施例2基本一样，所不同的在于，分别考察了蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为1.0×107个菌株/ml发酵培养液，2.0×107个菌株/ml发酵培养液，4.0×107个菌株/ml发酵培养液，5.0×107个菌株/ml发酵培养液，8.0×107个菌株/ml发酵培养液时候铝型材电镀镍槽液处理情况；培养条件为35℃，160r/min；培养液的瓶装量为35％。
培养4天后测定培养液中含菌量和镍含量，计算富镍率(％)，结果如表3所示。
表3不同接种量的Bacillus cereus FNXJ1-2-3发酵培养4天的试验结果
结果表明，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在接种量为1.0×107～8.0×107个菌株/ml发酵培养液时均能在发酵培养液中正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于接种量为2.0×107～5.0×107个菌株/ml发酵培养液，其中，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在好氧条件下的富镍率为39.0～42.4％，含菌量达2.1～5.0×108个菌株/ml；在厌氧条件下的富镍率达33.5～39.8％，含菌量达1.8～4.4×108个菌株/ml。更优地，对接种量为2.0×107～4.0×107个菌株/ml发酵培养液，其中，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在好氧条件下的富镍率为40.4～42.4％，含菌量达2.1～4.8×108个菌株/ml；在厌氧条件下的富镍率达36.36～39.8％，含菌量达1.8～4.2×108个菌株/ml。这证明，蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的最优接种量为2.0×107～4.0×107个菌株/ml发酵培养液，同时在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材电镀镍槽液的生物净化中具有良好的应用前景。
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种耐铝型材电镀镍槽液的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3，其特征在于，其分类命名为蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus），该菌株已于2014年9 月19号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.9683。
2.权利要求1所述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在处理铝型材电镀镍槽液中的用途。
3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，将所述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3接种于用铝型材电镀镍槽液配制的发酵培养液中进行培养。
4.根据权利要求2或3所述的用途，其特征在于，所述铝型材电镀镍槽液为硫酸和硼酸的镍金属液，镍含量为11.3～11.5 g/L，pH4.2～4.5。
5.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述发酵培养液配方为：K2HPO4 4.35 g，KH2PO4 1.7 g，NH4NO3 1.05 g，MgSO4•7H2O 0.2 g，MnSO4 0.05 g，FeSO4•7H2O 0.001 g，铝型材电镀镍槽液1000 ml，pH4.2~4.5。
6.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为1.0×107~8.0×107个菌株/ml所述发酵培养液。
7.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3的接种量为2.0×107~5.0×107个菌株/ml所述发酵培养液。
8.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述发酵培养条件为28~30℃，150～160r/min；培养液的瓶装量为30~40%（V/V）。
9.权利要求1所述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在制备用于铝型材电镀镍槽液的生物降解剂中的用途。
10.权利要求1所述的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在构建用于处理铝型材电镀镍槽液的工程菌中的用途。
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