CN108342343A

CN108342343A - 一种农产品产地生物修复微生物菌剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN108342343A
Application number: CN201810250587.XA
Authority: CN
Inventors: 冯霞; 刘义; 陈麒名; 王宪斌; 张蓓蓓; 朱英
Original assignee: Sichuan Food Fermentation Industry Research and Design Institute
Current assignee: Sichuan Food Fermentation Industry Research and Design Institute
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-07-31
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: CN108342343B

Abstract

本发明涉及微生物菌剂制备技术领域，具体为一种农产品产地生物修复微生物菌剂及其制备方法和应用。该微生物菌剂为复合微生物菌剂，由芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871组成，各菌种菌液的体积比为1:1:1:1:1，每种菌液中有效活菌数≥1.0亿（cfu）/g。利用该微生物复合菌剂可以对同时具有Cd、Cr和Cu重金属污染的土壤，以及对土壤中氮和磷含量的降低具有较好的效果，对农产品产地环境中的PO₄‑P、NO₃‑N去除率≧60%；对Cr³⁺、Cd²⁺、C_u ²⁺等重金属离子的吸附率≧70%。

Description

一种农产品产地生物修复微生物菌剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及微生物菌剂制备技术领域，具体为一种农产品产地生物修复微生物菌剂及其制备方法和应用。

背景技术

农产品质量安全是食品安全的首要条件和重要基础，而产地环境安全则是农产品质量安全保障的最基本和最首要环节。长期食用重金属含量超标的食品会引起严重的疾病，损害人体器官及神经系统，给人类带来灾难性的影响。发达国家已投巨资对受污染的农产品产地环境进行修复，相关的修复技术在国外也得到了迅速开发。修复技术分为物理化学类型和生物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和低下现场生物修复等。物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，但是却严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高。相比较而言，生物修复技术就有着其独特的优势，它是以利用生物为主体的环境污染的治理技术。狭义上是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的有机物污染和重金属污染物，或是使污染物无害化的过程。微生物菌剂尤其是由多种微生物组成的复合微生物菌剂的研究和应用是近年来发展起来的应用微生物的一个重要内容。将几种具有不同降解功能和具有互生或共生关系的微生物以适当的比例进行组合或混合培养所配制的复合微生物菌剂应用于种植、养殖、环保等方面，可以调节生态平衡，保护生态环境，目前在污染物处理方面，其显著优势已得到了广泛认可。

因此，立足于目前由于环境污染而带来的食品安全问题，利用微生物协同发酵技术、固定化包埋缓释技术、冷冻干燥制备技术研制生物修复微生物菌剂，从源头上研究解决或降低农产品产地环境遭受有机物污染和重金属污染而带来的食品安全问题的方法。

发明内容

本发明基于以上技术问题，提供一种农产品产地生物修复微生物菌剂。该微生物菌剂可一次性用于农产品产地生物修复，该修复包括同时对土壤中重金属Cd、Cr、Cu污染的修复，使其含量符合国家规定，以及对土壤中氮含量的减少以及对土壤中磷的减少，使其也符合农产品产地对氮，对磷的要求。

本发明的另外一个发明目的是提供以上所述农产品产地生物修复微生物菌剂的制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案如下：

一种农产品产地生物修复微生物菌剂，该微生物菌剂为复合微生物菌剂，由芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910 和紫色红曲菌SICC3.871组成，各菌种菌液的体积比为1:1:1:1:1，每种菌液中有效活菌数≥1.0亿(cfu)/g。

农产品产地生物修复微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：将芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871分别单独培养，待菌体生长至对数期末，收集菌液，并将各菌液按照体积比1：1：1：1：1混合均匀。

混合后的菌液可快速通过冷冻干燥技术制作冻干菌粉，成活率为81％，有效活菌数≥1.0亿(cfu)/g。所述冷冻干燥技术中，保护剂为脱脂牛奶。冷冻干燥技术为现有技术。

以上所述的复合微生物菌剂可一次性用于农产品产地生物修复；具体包括对土壤中重金属Cd、Cr、Cu污染的修复，以及对土壤中氮含量的减少和对土壤中磷含量的减少。

该微生物菌剂的菌液对Cd²⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到55.4％，且随着Cd²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cd²⁺浓度时，吸附效率仍能高达44.3％；混合菌液对Cr³⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到38.4％，且随着Cr³⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cr³⁺浓度时，吸附效率仍能高达20.4％；混合菌液对Cu²⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到 61.2％，且随着Cu²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cu²⁺浓度时，吸附效率仍高达32.6％。

采用该复合微生物菌剂处理污染土地7d后，初始NH₃-N浓度由372.020 mg〃L^-1降低至的56.666mg〃L^-1，NH₃-N降解效果最为显著，降解率达到84.76％；初始NO₃-N浓度由283.865mg〃L^-1降低至的80.346mg〃L^-1，降解率达到71.70％。混合菌剂的降解率相对单一菌株分别提高了5.24％和8.17％，降解率提升显著。

该微生物菌剂处理污染土壤时，在前3天磷含量呈下降趋势，第4天都有一个上升趋势，然后再下降，降磷效果比例最佳的混合菌剂，经过6天的处理，磷含量由起始浓度940.000mg/L降至20.400mg/L，降幅达97.87％。

本发明的积极效果体现在：

(一)、解决农产品产地环境污染问题导致的食品安全问题，对污染的土壤、地下水、水产养殖水体进行生物修复。

(二)、制成的微生物菌剂有效活菌数拟达到≧1.0亿(cfu)/g，可处理污染土地中各重金属、氮和磷的浓度范围为：Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、NH₃-N的浓度分别为 ≤100mg/kg、100mg/kg、200mg/kg、500mg/kg；NO₃-N和PO₄-P不限。对农产品产地环境中的PO₄-P、NO₃-N去除率≧60％；对Cr³⁺、Cd²⁺、Cu²⁺等重金属离子的吸附率≧70％。

(三)、不仅去除了环境中的重金属离子，避免了农作物累积重金属离子和水产动物误食重金属带来的食品污染危害，同时还能不断絮凝污水中的其他杂质，净化水体，改善水产养殖环境质量，提高水产养殖产率和品质。

(四)、本项目利用协同发酵技术驯化能与γ-聚谷氨酸高产菌种-芽孢杆菌共生互补的高活性光合细菌复合菌剂，同时筛选具有对Pb²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺等多种重金属离子有吸附作用，并能降解三硝基甲苯(TNT)、苯酚、甲胺磷等污染物以及提高有机物降解速率的酵母菌，筛选能降解亚硝酸盐以及养殖废水和饲料中NO₂-N、PO₄-P、NO₃-N等的乳酸菌以及其他微生物。

(五)、利用协同发酵技术加入能与之协同发酵的高活性光合细菌。这种复合光合细菌为我院项目研究成果，对环境高浓度废水有明显的净化作用，污水中BOD、COD、TP、NH₄ ⁺-N等去除率已经达到70-80％，能明显减少气味以及亚硝酸盐含量。同时这种复合光合细菌营养异常丰富，除了降解土壤和养殖水体中的污染物，还能为环境和动物提供丰富的营养。同时能与之协同发酵利用的乳酸菌、酵母以及其他放线菌等的添加，不仅增加了微生物菌剂处理农产品产地环境的污染物的能力，还能促进土壤的有机质分解和光合作用、改善土壤的物理件状使之松软、透气、透水；同时抑制有害微生物繁殖，减少甚至不用化肥、农药，生产出真正的绿色食品。这也是本项目的一个创新之处，属于应用上的集成创新。

附图说明

图1为该修复微生物菌剂对不同浓度重金属离子的吸附作用结果图；

图2为该修复微生物菌剂中光合细菌降NH₃-N试验图；

图3为该修复微生物菌剂中光合细菌的降磷试验效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

芽孢杆菌SICC1.1023，光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871均购买于西南菌种保藏中心，为市售菌种。

实施例1：

农产品产地生物修复微生物菌剂，该微生物菌剂为复合微生物菌剂，由芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871组成，各菌种菌液的体积比为1:1:1:1:1，每种菌种中有效活菌数≥1.0亿(cfu)/g。

由于不同的微生物对生长环境有不同的要求，如pH、碳源、氮源、温度、生长周期等。试验中，乳酸菌对pH的要求很高，不能高于6.8，而光合细菌要求pH不能低于7，且光合细菌前期生长速度较慢，芽孢杆菌生长很快，混合培养时芽孢杆菌会强烈抑制光合细菌的生长，乳酸菌生长后期产生的乳酸对其他微生物的生长也强烈抑制。因此，很难将上述不同微生物进行混菌培养。为此，本项目更改思路，将不同微生物分别培养，最后将菌液合并制成冻干菌剂。

芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌、酵母以及放线菌菌种发酵工艺参数见下表1。

表1：几类单一菌种的不同培养条件如下：

农产品产地生物修复微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：将芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871分别单独培养，待菌体生长至对数期末，收集菌液并进行浓缩，将浓缩后的菌液按照体积比1：1：1：1：1混合均匀即可。也可快速通过冷冻干燥技术制作冻干菌粉，成活率为81％，有效活菌数≥1.0亿(cfu)/g。所述冷冻干燥技术中，保护剂为脱脂牛奶。冷冻干燥技术为现有技术。

实施例2：

由于土壤中通常同时具有多种重金属污染，以及氮和磷含量较高，采用单一菌种只能处理单一污染，无法全部进行处理，所以本申请采用复合微生物复合菌剂进行处理。现在采用复合微生物菌剂做Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺吸附实验，吸附液中Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺离子及氮磷的浓度分别按照GB15618-1995土壤环境质量标准二级调整，初始土壤符合污染土壤中重金属及氮磷的浓度要求，具体数据见表2、3、4。具体测试方法参照：GB7467-87：六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法；GB7475-87：水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法。结果见图1和表2。

表2中：编号1023、1584、151、910和871分别代表芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871，编号Cd10、Cd20、Cd100，Cr10、Cr20、Cr100，Cu10、Cu20、Cu100分别代表 Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺离子的三种不同浓度。复合微生物菌剂和单一菌株对重金属离子及氮磷污染的模拟初始液有三种，分别包含①Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、NH₃-N、NO₃-N 和PO₄-P的浓度分别为10mg/L、10mg/L、10mg/L、372.020mg/L、283.865mg/L 和940.000mg/L；②Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、NH₃-N、NO₃-N和PO₄-P的浓度分别为 20mg/L、20mg/L、20mg/L、372.020mg/L、283.865mg/L和940.000mg/L；③ Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、NH₃-N、NO₃-N和PO₄-P的浓度分别为100mg/L、100mg/L、 100mg/L、372.020mg/L、283.865mg/L和940.000mg/L；

由图1和表2可以看出，混合菌液对Cd²⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到55.4％，且随着Cd²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cd²⁺浓度时，吸附效率仍能高达44.3％；混合菌液对Cr³⁺的吸附效果显著，在10mg/L 时，达到38.4％，且随着Cr³⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的 Cr³⁺浓度时，吸附效率仍能高达20.4％；混合菌液对Cu²⁺的吸附效果显著，在 10mg/L时，达到61.2％，且随着Cu²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L 的Cu²⁺浓度时，吸附效率仍能高达32.6％。

总体来说，混合菌液相对单一菌液对重金属离子的吸附效果有显著提升，对Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺吸附效率分别提高了12.5％、6％和15.4％，混合菌液对重金属离子的吸附优势显著。

复合微生物菌剂的降氮效果测试：

由图2和表3可以看出，采用该复合微生物菌剂处理污染土壤7d后，初始 NH₃-N浓度由372.020mg〃L-1降低至的56.666mg〃L-1，NH₃-N降解效果最为显著，降解率达到84.76％；初始NO3-N浓度由283.865mg〃L-1降低至的80.346 mg〃L-1，降解率达到71.70％。单一菌株降NH₃-N和NO₃-N最显著的菌种 SICC1.151和SICC2.910的降解率分别为79.52％和63.53％，混合菌剂的降解率相对单一菌株分别提高了5.24％和8.17％，降解率提升显著。

表3中：编号1023、1584、151、910和871分别代表芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌 SICC3.871，分别测试了单一菌株和混合微生物菌剂培养液初始和7d后的NH₃-N 浓度及NO₃-N浓度，如下：

复合微生物菌剂的降磷效果测试：

表4中：编号1023、1584、151、910和871分别代表芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌 SICC3.871，分别测试了单一菌株和混合菌剂处理1d、2d、3d、4d、5d、6d后的 PO₄-P浓度，计算PO₄-P的去除率如下：

由图3和表4可以看出，复合微生物菌剂的降磷效果明显，在处理污染土壤的前3天磷呈下降趋势，第4天都有一个上升趋势，然后再下降，降磷效果比例最佳的混合菌剂，经过6天的处理，磷含量由起始浓度940.000mg/L降至 20.400mg/L，降幅达97.87％；其他单一菌株的降磷效果也很好，经过6天的处理，分别达到96.81％、95.74％、85.11％、93.62％和74.45％。

以上所述实例仅是本专利的优选实施方式，但本专利的保护范围并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利原理的前提下，根据本专利的技术方案及其专利构思，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。

Claims

1.一种农产品产地生物修复微生物菌剂，其特征在于该微生物菌剂为复合微生物菌剂，由芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871组成，各菌种菌液的体积比为1:1:1:1:1，每种菌液中有效活菌数≥1.0亿（cfu）/g。

2.如权利要求1所述农产品产地生物修复微生物菌剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将芽孢杆菌SICC1.1023、光合细菌SICC1.1584，乳酸菌SICC1.151，酵母菌SICC2.910和紫色红曲菌SICC3.871分别单独培养，待菌体生长至对数期末，收集菌液并进行浓缩，将浓缩后的菌液按照体积比1：1：1：1：1混合均匀。

3.如权利要求2所述制备微生物菌剂的方法，其特征在于：所述冷冻干燥技术中，保护剂为脱脂牛奶。

4.如权利要求1中所述微生物菌剂的应用，其特征在于：将该微生物菌剂用于农产品产地生物修复。

5.如权利要求4所述微生物菌剂的应用，其特征在于：所述的修复包括对土壤中重金属Cd、Cr、Cu污染的修复，对土壤中氮含量的减少以及对土壤中磷的减少。

6.如权利要求5所述农产品产地生物修复微生物菌剂的应用，其特征在于：该微生物菌剂的菌液对Cd²⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到55.4%，且随着Cd²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cd²⁺浓度时，吸附效率仍能高达44.3%；混合菌液对Cr³⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到38.4%，且随着Cr³⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cr³⁺浓度时，吸附效率仍能高达20.4%；混合菌液对Cu²⁺的吸附效果显著，在10mg/L时，达到61.2%，且随着Cu²⁺浓度升高吸附效率呈降低趋势，但在100mg/L的Cu²⁺浓度时，吸附效率仍高达32.6%。

7.如权利要求5所述农产品产地生物修复微生物菌剂的应用，其特征在于：该复合处理污染土地7d后，初始NH₃-N浓度由372.020 mg·L^-1降低至的56.666 mg·L^-1，NH₃-N降解效果最为显著，降解率达到84.76%；初始NO₃-N浓度由283.865 mg·L^-1降低至的80.346 mg·L^-1，降解率达到71.70%。

8.如权利要求5所述农产品产地生物修复微生物菌剂的应用，其特征在于：该微生物菌剂的菌液在处理污染土地的前3天磷呈下降趋势，第4天都有一个上升趋势，然后再下降，降磷效果比例最佳的混合菌剂，经过6天的处理，磷含量由起始浓度940.000mg/L降至20.400mg/L，降幅达97.87%。