CN107164351A - 一种通电促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙的方法 - Google Patents

一种通电促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通电促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙的方法。本发明方法为通电培养巴氏芽孢杆菌的方法，通电电压为0.4‑1.6V。通过通电培养可以促进巴氏芽孢杆菌产生更多的脲酶，其培养液在含氯化钙和尿素的体系中诱导产生的碳酸钙的速率也会相应提高，因此通电培养巴氏芽孢杆菌可用于诱导沉积碳酸钙，以应用于多孔介质材料的堵漏、松散砂颗粒的固化以及其他与MICP技术有关的实际应用中。将本发明与电渗灌浆法相结合具有良好的发展前景。

Description

一种通电促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙的方法
技术领域
本发明涉及微生物诱导沉积碳酸钙技术，具体涉及一种通电促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙的方法。
背景技术
微生物固化是一种新型环保固化方法，其中利用一些特定的微生物（主要是高产脲酶菌），通过为其提供丰富的Ca2+及含氮源的营养盐，快速析出具有优异胶结作用的方解石型碳酸钙结晶的微生物诱导碳酸盐沉积（microbial induced calcite precipitation，以下简称MICP）技术已经被成功应用于多孔介质材料的堵漏以及松散砂颗粒的固化。巴氏芽孢杆菌是现阶段研究和使用比较成熟的高产脲酶菌种。钱春香等使用微生物诱导碳酸盐沉积技术对混凝土裂缝进行了修复，在0.5mm以下的裂缝中取得了不错的修复效果（陈怀成，钱春香，任立夫．基于微生物矿化技术的水泥基材料早期裂缝自修复[J]．东南大学学报（自然科学版），2016,46(3),606-610．）。赵茜开展了巴氏芽孢杆菌催化尿素水解进行MICP固化砂土的研究，当使用可以使溶液自由通过的柔性模具时固化效果最好（赵茜．微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化土壤实验研究[D]．中国地质大学(北京)，2014．）。这些研究表明碳酸钙的生成量直接影响MICP技术的使用效果，在一定的界限内碳酸钙生成量越多，固化效果越好。现阶段提高碳酸钙生成量的方法主要是增加浓度、添加量，以及多次注浆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进巴氏芽孢杆菌产生脲酶的方法，以及该方法在诱导沉积碳酸钙中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种促进巴氏芽孢杆菌产生脲酶的方法，为通电培养巴氏芽孢杆菌的方法，优选在0.4-1.6V电压下进行培养。更优选的，在1.2V电压下进行培养。在通电条件下培养巴氏芽孢杆菌，能够促进巴氏芽孢杆菌产生更多的脲酶。
所述的通电培养巴氏芽孢杆菌使用的培养基的成分优选为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，水1L，pH 7.3。
通电培养巴氏芽孢杆菌能够促进菌种产生更多的脲酶，其培养液在含氯化钙和尿素的体系中诱导产生碳酸钙的速率也会相应提高。因此，通电培养巴氏芽孢杆菌的方法能够用于诱导沉积碳酸钙，快速产生更多的碳酸钙，以应用于多孔介质材料的堵漏、松散砂颗粒的固化以及其他与MICP技术有关的实际应用中。
上述巴氏芽孢杆菌优选为巴氏芽孢杆菌ATCC 11859，购买于美国菌种保藏中心。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：本发明能够促进巴氏芽孢杆菌产生更多的脲酶，进一步加速碳酸钙的生成，与电渗灌浆法相结合具有良好的发展前景。
附图说明
图1是通电电压与生成碳酸钙质量的关系曲线图。
具体实施方式
以下实施例用于进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
由于微生物的耐受电压一般在0-2V之间，因此在0-2V之间每隔0.2V设置一个梯度对巴氏芽孢杆菌进行通电培养。
用接种针将巴氏芽孢杆菌（ATCC 11859）接种到100mL液体培养基中，在30℃恒温摇床中，用各电压通电培养24h。其中，培养基成分为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，水1L，pH 7.3。
配制尿素和氯化钙的混合液（两者浓度都为1mol/L）作为钙盐溶液。取各电压下通电培养的菌液1mL，分别与15mL钙盐溶液混和，震荡均匀后在30℃下静置20min，测量生成的碳酸钙质量。
结果如图1所示，当通电电压为1.2V时，所培养得到的巴氏芽孢杆菌菌液与钙盐溶液反应诱导生成的碳酸钙量最多。
实施例2
通电培养促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙，其实就是促进了尿素的分解，从而生成了更多的碳酸钙。巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程会产生脲酶将尿素水解，形成铵根离子和碳酸根离子，反应过程为：CO(NH2)2+2H2O→（脲酶催化）→CO3 2-+2NH4+。这就使原本不导电的尿素水解成可导电的铵根离子和碳酸根离子，从而使溶液电导率上升，所测每分钟溶液电导率的变化值与酶分解尿素的速度成正比，因此可以用单位时间溶液电导率的变化率来反映通电对巴氏芽孢杆菌产生脲酶的促进作用。
测量方法为：取1mL实施例1中各电压条件下培养24h得到的巴氏芽孢杆菌菌液，与9mL 1.1mol/L尿素溶液混合，用电导率仪测量混合溶液5min内电导率的变化，所测5min内平均电导率变化值（ms/cm·min）乘以稀释倍数（10倍），即为菌液酶活性（单位mmol/L·min），此值可反映菌液水解尿素的能力。没有通电的菌液酶活性为6.2mmol/L·min左右，通电的菌液酶活性与未通电相比均有提升，其中电压为1.2V时菌液酶活性为9.6mmol/L·min，相比其它电压酶活提升最为明显。
通过上述结果可知，通电条件下培养巴氏芽孢杆菌，可以促进巴氏芽孢杆菌脲酶的产生，进而促进巴氏芽孢杆菌诱导沉积碳酸钙。当通电电压为1.2V时，这种促进作用最为明显。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种促进巴氏芽孢杆菌产生脲酶的方法，其特征在于：所述的方法为通电培养巴氏芽孢杆菌的方法。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通电培养的电压为0.4-1.6V。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通电培养的电压为1.2V。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通电培养巴氏芽孢杆菌使用的培养基的成分为：胰蛋白胨15g，蛋白胨5g，NaCl 5g，尿素20g，水1L，pH7.3。
5.根据权利要求1所述的方法其特征在于：所述的巴氏芽孢杆菌为巴氏芽孢杆菌ATCC11859。
6.权利要求1-5任一项所述的方法在诱导沉积碳酸钙中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：包括多孔介质材料的堵漏、松散砂颗粒的固化。
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