CN105802885A - 一株柠檬色赤杆菌及其在水体除磷中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一株柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3‑1411，已于2016年3月29日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCC M 2016156。本发明的柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3‑1411具有广耐盐性，可以在盐度为0～12％(最佳1％～5％)的培养条件下生长，菌株的环境适应能力强，解决了现有的生物除磷菌的生长繁殖受限于水体中盐浓度的问题，活菌体能够最大限度的去除污水中的磷，对于高盐废水中磷的去除率可达75％以上；从而有效的防控水体富营养化或赤潮现象的发生。而且菌株还具有自絮凝和自组装的功能，菌株在降解水体中污染物的同时，还能够利用水体中的钙磷，合成纳米生物材料，实现了磷资源的循环利用。

Description

一株柠檬色赤杆菌及其在水体除磷中的应用
技术领域
本发明涉及一株柠檬色赤杆菌及其在水体除磷中的应用。
背景技术
磷是组成生命体的一种重要元素，同时也是生物生长必不可少的营养物质，然而，如果磷过度排放到水体中则会引起水体富营养化和赤潮等危害，影响水体质量与生态平衡，给我国的旅游业、工业、农业及水产业都带来极大的危害，因此有效降低废水中磷浓度是一个急需解决的水污染问题。
目前，国内外污水除磷技术主要有吸附法、化学沉淀法和生物法。其中，吸附法是利用某些多孔或大比表面积的固体物质对水中磷酸根离子的亲和力来实现除磷的过程。但吸附法除磷在吸附剂的抗干扰性、溶解损失和再生等方面还存在诸多问题。由于传统吸附剂吸附容量较低，吸附法作为单独除磷手段目前尚未得到广泛应用，经常作为辅助手段与其它除磷方法结合使用。化学沉淀法是利用金属阳离子与磷酸根结合生成沉淀的过程，但此方法会产生大量化学污泥造成二次污染，同时药剂费用较高导致处理成本较高，残留的金属离子浓度也较高，并且化学沉淀法不适用于低磷废水的处理。
与吸附法和化学沉淀法相比，生物除磷方法具有效率高，成本低及环境友好等优点。依赖于聚磷菌作用的强化生物除磷系统是目前应用最广泛的生物除磷方法。其原理是利用聚磷菌在厌氧条件下释磷、好养条件下过量摄磷，最后通过排泥的方式达到除磷的目的。但该方法只是将磷储存在了细胞内，仍需要进一步的厌氧消解、化学沉淀才能达到磷的稳定回收。而且当处理高盐度废水如海水冲厕废水时，高盐环境会对微生物会产生抑制作用，即使废水被稀释到盐度为1％时处理也很困难，且相比较硝化菌和反硝化菌而言，除磷菌对于盐度更加敏感，有文献报道当盐度从0％上升到0.4％时，盐度对氮的去除没有影响，而磷的去除率从85％下降到25％。因此传统的生物除磷方法在处理高盐废水时受到极大的限制，同时生物污泥又具有驯化周期长、启动困难等缺陷，因此筛选利用生长在高盐环境中具有耐盐性能的除磷菌株，探索其在磷的进一步去除中的应用具有重要的理论及现实意义。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一株柠檬色赤杆菌及其在水体除磷中的应用。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
根据本发明的第一方面，提供一株柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411，已于2016年3月29日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCCM 2016156。
该菌株可在15～30℃，pH值7～8，盐度为0～12％(最佳1％～5％)培养条件下生长，菌株的形态学特征为：革兰氏染色呈阴性，电子显微镜下观察为杆菌，单独、成双或短链状，有荚膜、无鞭毛。菌株固体LB培养24h菌落特征为圆形，光滑，黄色。
根据本发明的第二方面，提供一种菌剂，该菌剂的活性成分为柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411。
进一步的，所述菌剂还可包括载体；所述载体可以为固体载体或液体载体。所述固体载体或液体载体均为常规的载体材料，其中，固体载体可以选自粘土、滑石、高岭土、蒙脱石、白碳、沸石、硅石、玉米粉、豆粉、聚乙烯醇和/或聚二醇；液体载体可以为植物油、矿物油或水。
上述菌剂中，所述活性成分可以以被培养的活细胞、活细胞的发酵液、细胞培养物的滤液或细胞与滤液的混合物的形式存在。
所述菌剂的剂型可以为液剂、悬浮剂、粉剂、颗粒剂、可湿性粉剂或水分散粒剂等多种剂型。
上述菌株和/或菌剂可用于水体除磷；特别是用于高盐浓度的水体除磷。
上文中，所述高盐浓度的水体是指总盐质量分数在1％及以上的水体。在本发明的一个具体实施方式中，所述高盐浓度的水体为模拟的海水冲厕废水(其总盐含量为3％)；在本发明的另一个具体实施方式中，所述水体为模拟的生活废水(其总盐含量为0.05％)。
上述应用，步骤如下：
将柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411接种在LB培养基中，经活化培养后，制得活化菌液，将活化菌液按8-12％的体积分数加入到待处理的水体中；
或将柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411菌剂按5-20mg/L的加入量加入到待处理的水体中。
上述菌株和/或菌剂在制备污水处理剂中的应用也是本发明的保护范围。
根据本发明的第三方面，提供一种含有柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411的生物膜或生物膜反应器。
该生物膜具体是由人工填料或天然材料作为载体，柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411附着絮凝其表面形成的膜状物。
本发明的有益效果：
(1)本发明的菌株具有耐高盐性，可以在盐度为0～12％(最佳1％～5％)的培养条件下生长，菌株的环境适应能力强，解决了现有的生物除磷菌的生长繁殖受限于水体中盐浓度的问题，活菌体能够最大限度的去除污水中的磷，对于高盐废水中磷的去除率可达75％以上；从而有效的防控水体富营养化或赤潮现象的发生。
(2)传统的生物除磷是利用聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷原理来除磷的；而本发明的菌株是在纯好氧条件下高效去除磷，同时还能合成纳米羟基磷灰石。
(3)本发明的菌株还具有自絮凝和自组装的功能，菌株在降解水体中污染物的同时，还能够利用水体中的钙磷，合成纳米生物材料，实现了磷资源的循环利用。
附图说明
图1：菌株的革兰氏染色结果；
图2：菌体形态的AFM图片；
图3：菌体在模拟海水冲厕废水中自絮凝的电镜照片；
图4：菌株在模拟海水冲厕废水中对TP、COD、NH4 +-N和TN的去除效果；
图5：菌体在模拟海水冲厕废水中的合成纳米材料的透射电镜照片。
具体实施方式
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：菌株的分离和鉴定
1.菌株的分离
(1)将取自于中国南海的464株菌株在海水LB液体培养基中培养24h(200rpm、25℃)。然后静置15min，观察菌体是否能自絮凝。
(2)将能自絮凝的菌株在5000rpm下离心10min，弃去上清液，用去离子水清洗两遍菌体，然后在透射电镜下观察菌体表面是否有纳米级颗粒产生。
(3)筛选得到的能够自絮凝且菌体表面产生纳米级颗粒的菌株，将筛选的能够自絮凝且菌体表面产生纳米级颗粒的菌株按10％的接种量接种至模拟海水冲厕废水中，按时间点取样测定菌株对水体中TP和COD的去除效果，选择除磷速度和除磷率最优的菌株X3-1411即为目标菌株。
上述分离方法中，海水LB液体培养基的配方为：1％蛋白胨，0.3％酵母粉，陈海水配制。
上述模拟海水冲厕废水配方为(陈海水配制):
2.菌株的鉴定
菌株X3-1411的主要生物学特性为：革兰氏染色呈阴性(结果如图1所示)，电子显微镜下观察为杆菌，单独、成双或短链状，有荚膜、无鞭毛(结果如图2所示)。菌株固体LB培养24h菌落特征为圆形，光滑，黄色。
该菌株可在15～30℃，pH值7～8，盐度为0～12％(最佳1％～5％)培养条件下生长。
柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411的16s rDNA的序列如SEQ ID NO.1所示。具体如下：
将该序列在GenBank数据库进行BLAS(网址：http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)比对,结果该序列与Erythrobacter citreus菌株的相似性为99.26％。
基于菌株的生物学特性分析和16s rDNA的同源性比对结果，将菌株X3-1411鉴定为柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)，已于2016年3月29日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCC M 2016156。
实施例2：菌株X3-1411的除磷效果研究
1.菌株X3-1411对模拟海水冲厕废水的除磷效果研究
将实施例1分离筛选的菌株柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411在LB培养基上培养24h后，以10％的接种量接种到模拟海水冲厕废水中，25℃、200rpm进行培养，并按时间点取样，测定该菌株对TP、COD、NH4 +-N和TN的去除效果。结果如图4所示。
由图4可以看出，该菌株对TP和COD具有较高的去除效果，去除率分别为75.0％和83.6％，48h的去除速率分别为0.59mg/(L·h)和24.9mg/(L·h)。而该菌对NH4 +-N和TN的去除效果较差，只有17.2％和25.9％。
本实施例中模拟海水冲厕废水的配方组成同实施例1。
发明人在对菌株进行除磷研究的过程中发现，本发明的菌株在进行除磷的同时，还能够还能够利用水体中的钙磷，合成纳米生物材料，实现了磷资源的循环利用。本实施例中，菌体在模拟海水冲厕废水中合成的生物纳米材料的透射电镜图如图5所示。
2.菌株X3-1411对模拟生活废水的除磷效果研究
模拟生活废水的配方组成为(去离子水配制)：

Claims (10)

1.一株柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411，已于2016年3月29日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCC M 2016156。
2.一种菌剂，其活性成分为权利要求1所述的柠檬色赤杆菌。
3.如权利要求2所述的菌剂，其特征在于，所述菌剂还包括载体；所述载体为固体载体或液体载体。
4.如权利要求2所述的菌剂，其特征在于，所述菌剂的剂型为液剂、悬浮剂、粉剂、颗粒剂、可湿性粉剂或水分散粒剂。
5.权利要求1所述的柠檬色赤杆菌、权利要求2、3或4所述的菌剂在制备污水处理剂中的应用。
6.权利要求1所述的柠檬色赤杆菌、权利要求2、3或4所述的菌剂在水体除磷中的应用。
7.权利要求1所述的柠檬色赤杆菌、权利要求2、3或4所述的菌剂在高盐水体除磷并合成生物纳米材料中的应用。
8.如权利要求6或7所述的应用，其特征在于，步骤如下：
将柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411接种在LB培养基中，经活化培养后，制得活化菌液，将活化菌液按8-12％的体积分数加入到待处理的水体中；
或将柠檬色赤杆菌(Erythrobacter citreus)X3-1411菌剂按5-20mg/L的加入量加入到待处理的水体中。
9.含有权利要求1所述的柠檬色赤杆菌的生物膜或生物膜反应器。
10.权利要求9所述的生物膜或生物膜反应器在水体除磷中的应用。
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