CN110317764B - 一种复合微生物菌剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合微生物菌剂及其应用,属于微生物应用技术领域,所述复合微生物菌剂包括短小芽孢杆菌SEM‑7、芽孢杆菌SEM‑2和巨大芽孢杆菌OP6;所述短小芽孢杆菌SEM‑7、芽孢杆菌SEM‑2和巨大芽孢杆菌OP6的质量比为(4~6):(7~9):(5~7);所述复合微生物菌剂中的总活菌浓度大于(2~3)×109cfu/mL或大于(2~3)×1011cfu/g;所述复合微生物菌剂能够有效降低土壤中的重金属镉和铬,溶解土壤中的钾长石,并且能够抑制镰刀菌,防治植物枯萎病。

Description

一种复合微生物菌剂及其应用
技术领域
本发明属于微生物应用技术领域,尤其涉及一种复合微生物菌剂及其应用。
背景技术
目前,世界都面临着重金属污染的难题,国内外治理土壤重金属污染的途径主要是将重金属从土壤中去除,以及改变重金属在土壤中的价态和形态,降低其在环境中的迁移以及生物有效性。前者主要适用于重金属污染严重的土壤,后者主要适用于轻、中度重金属污染的土壤。重金属的治理和修复方法主要有化学修复法、物理修复技术、生物修复技术、农业生态修复技术、联合修复技术等。
生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法,利用生物削减净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。生物修复包括植物修复技术和微生物吸附技术,目前已成为当前环境保护工程科学和技术研究的一个新热点。微生物修复是利用微生物(细菌、藻类和酵母等)来减轻或消除重金属污染,微生物修复的机理包括:①通过微生物作用,改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性;②通过微生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。与物理、化学修复方法相比,应用环境生物修复技术处理污染物时,最终产物大都是无害、稳定的物质,不破坏植物生长所需的土壤环境,可以使污染物完全从环境中去除,处理时间短,并且投资少,不会产生二次污染,操作简单。
但是目前单一微生物修复重金属的作用单一、效果不理想、稳定性差。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种复合微生物菌剂及其应用,所述复合微生物菌剂能够有效降低土壤中的重金属镉和铬,同时能够溶解土壤中的钾长石,解钾效果好,并且能够抑制镰刀菌,防治植物土传枯萎病。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供了一种复合微生物菌剂,包括短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6;
所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的质量比为(4~6):(7~9):(5~7);
所述复合微生物菌剂中的总活菌浓度大于(2~3)×109cfu/mL或大于(2~3)×1011cfu/g;
所述短小芽孢杆菌SEM-7的保藏编号为CDMCC No:60106;所述芽孢杆菌SEM-2的保藏编号为CDMCC No:60039;所述巨大芽孢杆菌OP6的保藏编号为CGMCC No.11837。
优选的,所述复合微生物菌剂为液体制剂或固体制剂。
优选的,当所述复合微生物制剂为固体制剂时,所述复合微生物菌剂中还包括载体。
优选的,所述载体为轻质碳酸钙。
本发明提供了所述的复合微生物菌剂在吸附土壤重金属中的应用。
优选的,所述重金属包括镉和铬。
本发明提供了所述的复合微生物菌剂在溶解钾长石中的应用。
优选的,所述复合微生物菌剂溶解钾长石的温度为28~32℃。
本发明提供了所述的复合微生物菌剂在防治植物枯萎病中的应用。
优选的,所述复合微生物通过拮抗镰刀菌实现植物枯萎病的防治。
本发明的有益效果:本发明提供了一种复合微生物菌剂,包括短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6;本发明将上述三种微生物按照比例复配获得的复合微生物菌剂,能够吸附土壤中的重金属,处理重金属污染土壤,同时能够溶解钾长石,可作为微生物钾肥使用;所述复合微生物菌剂还可以抑制镰刀菌,防治植物枯萎病;所述复合微生物菌剂应用范围广,效果稳定,具有非常高的应用价值。
附图说明
图1为镰刀菌单独培养时显微镜观察菌丝生长状态;
图2为镰刀菌与本发明复合微生物菌剂共培养时显微镜观察菌丝生长状态。
生物保藏说明
本发明提供的短小芽孢杆菌SEM-7(Bacillus pumilus)保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC NO:60106,保藏日期为2016年11月14日,保藏地址为中国广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,邮政编码为510075。
本发明提供的芽孢杆菌SEM-2(Bacillus sp.)保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC),保藏编号为GDMCC NO.60039,保藏日期为2016年5月16日,保藏地址为中国广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,邮政编码为510075。
本发明提供的巨大芽孢杆菌OP6(Bacillus magaterium)保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心,保藏编号为CGMCC No.11837,保藏日期为2015年12月7日,保藏地址为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,邮政编码为100101。
具体实施方式
本发明提供了一种复合微生物菌剂,包括短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6;所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的质量比为(4~6):(7~9):(5~7);所述复合微生物菌剂中的总活菌浓度大于(2~3)×109cfu/mL或大于(2~3)×1011cfu/g;所述短小芽孢杆菌SEM-7的保藏编号为CDMCC No:60106;所述芽孢杆菌SEM-2的保藏编号为CDMCC No:60039;所述巨大芽孢杆菌OP6的保藏编号为CGMCCNo.11837。
在本发明中,所述短小芽孢杆菌SEM-7是从蚕沙中分离纯化后得到,所述短小芽孢杆菌SEM-7的菌落形态如下:菌落淡黄色,圆形,表面光滑,不透明,边缘整齐。本发明所述短小芽孢杆菌SEM-7为革兰氏阳性菌株,菌体椭圆形,短杆状。本发明所述短小芽孢杆菌SEM-7的16srDNA的部分可变区序列测序结果通过NCBI/blast比对后发现与T246株的16s序列同源性最高,达99.79%以上,确定为短小芽孢杆菌。在本发明中,所述短小芽孢杆菌SEM-7能够有效的吸附重金属镉和铬,降低土壤或水体中镉和铬的含量;所述短小芽孢杆菌SEM-7还能够溶解钾长石,能够以钾长石为唯一钾源生长繁殖,将钾长石中的难溶钾转化为可溶性钾,所述短小芽孢杆菌SEM-7的解钾能力远高于市售的解钾菌肥。
在本发明中,所述芽孢杆菌SEM-2是从蚕沙中分离纯化后得到,菌落形态为乳白色,圆形,表面皱褶,不透明,边缘不整齐;扫描电镜观察发现芽孢杆菌SEM-2的菌体为杆状,长度约1.4μm。所述芽孢杆菌SEM-2的基因组测序比对分析:SEM-2的全基因组序列经Illumina Hiseq4000平台测序分析发现,基因组大小为4,083,029bp,GC含量43.64%,共20个scaffold,34个contig。基因组组分分析后发现,芽孢杆菌SEM-2的基因组含有4,246个基因,总长度为3,600,030bp,平均长度848bp,占基因组全长的88.18%;芽孢杆菌SEM-2的基因组含有tRNA 72个,rRNA 5个;经分析发现芽孢杆菌SEM-2的基因组序列内含有Bacillaene、Fengycin、Bacillibactin、Subtilosin_A、Surfactin及Bacilysin等抗菌物质的合成基因簇;所述芽孢杆菌SEM-2能够有效的抑制镰刀菌。
在本发明中,所述巨大芽孢杆菌OP6是从蚕沙中分离纯化后得到,菌落乳白色,圆形,表面光滑稍突,不透明,边缘整齐;经油镜观察发现芽饱椭圆形,菌体为长杆状。巨大芽孢杆菌OP6菌株耐高温性好,在60℃高温下培养和运输均可以存活,在土壤微生物菌剂制备方面具有相当的优势;所述巨大芽孢杆菌OP6菌株可以高效分解土壤中无机磷和矿物质钾。
在本发明中,所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的质量比为(4~6):(7~9):(5~7),优选为5:8:6;所述复合微生物菌剂中的总活菌浓度大于(2~3)×109cfu/mL或大于(2~3)×1011cfu/g.在本发明中,所述复合微生物菌剂中短小芽孢杆菌SEM-7的活芽孢数优选的大于等于0.8~1.2×109cfu/mL;芽孢杆菌SEM-2的活芽孢数优选的大于等于1.0~1.5×109cfu/mL;巨大芽孢杆菌OP6的活芽孢数优选的大于等于0.6~1.0×109cfu/mL。
在本发明中,所述复合微生物菌剂优选为液体制剂或固体制剂。当所述复合微生物制剂为固体制剂时,所述复合微生物菌剂中还包括载体。在本发明中,所述载体优选为轻质碳酸钙;所述轻质碳酸钙与短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6总的质量比优选为3:100。在本发明中,当所述复合微生物菌剂为液体制剂时,优选的通过将发酵后的短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的发酵液按比例混合获得。在本发明中,当所述复合微生物菌剂为固体制剂时,优选的分别将所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的发酵液制备为固体菌粉后,按比例混合。
在本发明中,所述固体菌粉的制备方法优选为包括以下步骤:将所述菌种活化后进行连续两级发酵、浓缩获得浓缩菌液;将所述浓缩菌液与载体混合后喷雾干燥获得所述固体菌粉。
在本发明中,将菌种接种于NB液态培养基中培养12~16h获得一级种子液;所述培养的温度优选为37℃,所述培养的转速优选为200rpm;所述培养的时间优选为14h。
本发明在得到一级种子液后,将所述一级种子液转接于NB液态培养基中培养8~12h获得二级种子液。本发明中,所述一级种子液转接的接种量优选为0.7%~1%(V/V);所述培养优选的在发酵罐中进行,所述培养的过程中进行通气,所述通气的通气比优选为1:1;所述培养的温度优选为37℃,所述培养的转速优选为200~400rpm,更优选为300rpm;所述培养的时间优选为10h。在本发明中,所述二级种子液的OD600优选为0.9~1.0;所述二级种子液中活菌含量优选为107cfu/mL。
本发明在获得所述二级种子液后,将所述二级种子液接种于发酵培养基中进行发酵培养获得发酵菌液。在本发明中,所述二级种子液的接种量优选为0.5~1%(V/V);所述发酵培养优选的在发酵罐中进行,所述发酵培养的过程中罐压优选的维持在0.05Mpa;所述发酵培养过程中进行通气,所述通气的通气比优选为1:(1~1.5);所述发酵培养的温度优选为37℃,所述发酵培养的转速优选为200~400rpm,更优选为300rpm;所述发酵培养的时间优选为40~50h,更优选为48h。在本发明中,所述发酵菌液中枯草芽孢杆菌SEM-2活芽孢含量优选为2~3×109cfu/mL。
本发明在获得所述发酵菌液后,将所述发酵菌液浓缩获得浓缩菌液。在本发明中,所述浓缩的倍数优选为10~20倍;所述浓缩的方法优选为碟片离心或微滤;本发明对所述碟片离心或微虑的具体参数设置没有特殊限定,采用常规的参数设置实现上述倍数的浓缩即可。
本发明在获得所述浓缩菌液后,将所述浓缩菌液与载体混合后喷雾干燥获得固体菌粉。在本发明中,所述载体优选为轻质碳酸钙;所述浓缩菌液与轻质碳酸钙的质量比优选为(95~105):3,更优选为100:3。在本发明中,所述喷雾干燥的进风口温度优选为180~200℃,所述喷雾干燥的出风口温度优选为80~85℃。
本发明还提供了所述的复合微生物菌剂在吸附土壤重金属中的应用。在本发明中,所述重金属包括镉和铬。在本发明所述的应用过程中,所述待吸附重金属镉的浓度优选为40~60mg/mL,更优选为50mg/mL;所述待吸附重金属的铬浓度优选为80~120mg/mL,更优选为100mg/mL。在本发明中,所述复合微生物菌剂在应用过程中,优选为固体菌粉或液体发酵菌液;当所述复合微生物菌剂为液体发酵菌液时,所述复合微生物菌剂的浓度优选为(2~3)×108cfu/mL。
本发明提供了所述的复合微生物菌剂在溶解钾长石中的应用。在本发明中,所述复合微生物菌剂溶解钾长石的温度优选为28~32℃,更优选为30℃。在本发明具体实施过程中,优选的将所述复合微生物菌剂接种到以钾长石为唯一钾源的培养基中培养测定所述复合微生物菌剂的解钾能力;所述培养的温度优选为30℃,所述培养的时间优选为3~5d,更优选为4d;所述培养过程中,优选的伴随震荡,所述震荡的转速优选为150~250rpm,更优选为200rpm。本发明在所述培养结束后,优选的进行固液分离,收集上清液,测定所述上清液中有效钾的浓度,从而确定所述复合微生物菌剂的解钾能力。在本发明中,所述上清液中的有效钾浓度的测定优选的采用原子发射光谱法进行。在本发明实际应用过程中,优选的将所述复合微生物菌剂施用到土壤中进行解钾,促进植物对钾的吸收。
本发明还提供了所述的复合微生物菌剂在防治植物枯萎病中的应用。在本发明中,所述复合微生物菌剂通过拮抗镰刀菌实现植物枯萎病的防治。本发明对所述应用的方式没有特殊限定,以所述复合微生物菌剂为唯一活性成分防治植物枯萎病,也可以将所述复合微生物菌剂与其他活性成分混合共同防治植物枯萎病。在本发明具体实施过程中,优选的将所述复合微生物菌剂施用到土壤或植物体上发挥作用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
短小芽孢杆菌SEM-7菌液、固体菌粉的制备:
活化短小芽孢杆菌SEM-7菌株,挑取单菌落,接种于100mL NB液态培养基(121℃下,灭菌20min)中,37℃、200rpm下培养14h,得到一级种子液。
将一级种子液接入无菌的种子罐中,接种量为0.7~1%(v/v);培养条件为:通气比1:1,搅拌转速为200~400rpm,培养温度37℃,罐压0.05MPa,培养时间为10h,培养结束时得到二级种子液,二级种子液中活菌含量为107cfu/mL,OD值在0.8~0.9,此时菌种活力强。
短小芽孢杆菌SEM-7的菌液发酵
将短小芽孢杆菌SEM-7的二级种子液,按照接种量为0.5~1%(v/v)接入无菌发酵罐中,发酵培养基的组成如下(每升):玉米粉15g,葡萄糖5g,豆饼粉20g,蚕蛹粉5g,CaCO35g,(NH4)2SO41g,K2HPO40.2g,MgSO4·7H2O0.2g,MnSO4·H2O 0.2g。培养条件为:通气比1:1.3,搅拌转速为300rpm,培养温度35℃,罐压0.05MPa,保持5%以上的溶氧条件,培养时间为50h;下罐时间以取样镜检芽孢90%以上释放为准,成熟发酵液中短小芽孢杆菌SEM-7活芽孢含量为5~6×109cfu/mL,得到发酵成熟菌液。
短小芽孢杆菌SEM-7原粉的制备
上述所得的发酵成熟菌液(活芽孢含量为5~6×109cfu/mL)经碟片离心机或微滤设备浓缩15倍后,加入轻质碳酸钙(载体)搅拌混合均匀,浓缩成熟发酵菌液与轻质碳酸钙的重量比为100:3,得到液固混合物,喷雾干燥,喷雾干燥条件为:进风口温度为180~200℃,出风口温度为80-85℃。得到芽孢杆菌SEM-7固体菌粉,菌粉中含水量小于5%(W/W),活芽孢含量2×1011cfu/g。
芽孢杆菌SEM-2菌液、固体菌粉的制备:
芽孢杆菌SEM-2的菌液发酵
发酵培养基配方(重量百分比):发酵培养基以水为溶剂,包括以下质量浓度的组分:玉米淀粉2.5%;豆粕粉2%;酵母膏0.5%,NaCl0.2%,MgSO4·7H2O 0.3%,CaCO30.3%,K2HPO40.2%,MnSO4·H2O 0.01%,NaHCO30.2%;发酵培养基pH 6.5~7.5,121℃灭菌20min;
将芽孢杆菌SEM-2的二级种子液,按照接种量为0.8%(V/V)接入无菌发酵罐中,培养条件为:通气比1:1.3,搅拌转速为300rpm,培养温度37℃,罐压0.05MPa,保持5%以上的溶氧条件,培养时间为48h;下罐时间以取样镜检芽孢90%以上释放为准,成熟发酵液中枯草芽孢杆菌SEM-2活芽孢含量为2~3×109cfu/mL,得到发酵成熟菌液;
芽孢杆菌(Bacillus subtilis)SEM-2菌粉的制备
上述所得的发酵成熟菌液(活芽孢含量为2~3×109cfu/mL)经碟片离心机或微滤设备浓缩16倍后,加入轻质碳酸钙(载体)搅拌混合均匀,浓缩成熟发酵菌剂与轻质碳酸钙的重量比为100:3,得到液固混合物,喷雾干燥,喷雾干燥条件为:进风口温度为180~200℃,出风口温度为80-85℃,得到芽孢杆菌SEM-2菌粉,菌粉中含水量小于5%(W/W),活芽孢含量2×1011cfu/g。
巨大芽孢杆菌OP6菌液和固体菌粉的制备参见上述短小芽孢杆菌SEM-7菌液以及固体菌粉的制备;巨大芽孢杆菌OP6固体菌粉中活芽孢含量为2×1011cfu/g。
将所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6固体菌粉按照5:8:6的质量比混合获得复合微生物菌剂的固体制剂。
实施例2
复合微生物菌剂对重金属镉、铬吸附实验
复合微生物菌剂1:1000(质量百分比)接种NB培养基,37℃摇床过夜,将菌液与重金属镉、铬标准液分别配制成菌株浓度108cfu/mL,镉、铬终浓度分别为50mg/L和100mg/L的混合培养液,混匀、静置5~6h,4000rpm离心5min,取上清,对照跟混合培养液分别设三个重复,采用原子吸收光谱法检测上清液中可溶性镉、铬的含量。结果表明,复合菌剂处理后,上清液镉、铬浓度为20.7±1.59mg/L及49.7±4.32mg/L,相对于空白组上清液的51.1±0.54mg/L及89.4±2.55mg/L,本发明复合微生物菌剂对重金属镉、铬的吸附效率分别达59.5%及44.4%,有效降低了溶液中重金属镉及铬的含量。表1OP6、SEM-2、SEM-7及复合微生物菌剂的对重金属镉、铬的吸附效果
OP6 SEM-2 SEM-7 复合微生物 无菌液对照
上清液铬浓度(mg/L) 58.4±1.88 57.1±2.34 51.8±2.98 49.7±4.32 89.4±2.55
铬吸附效率% 34.7 32.3 42.1 44.4 0
上清液镉浓度(mg/L) 34.0±2.55 42±3.01 24.9±0.98 20.7±1.59 51.1±0.54
镉吸附效率% 33.5 17.8 51.3 59.5 0
实施例3
复合微生物菌剂解钾效果鉴定
解钾培养基配方:葡萄糖10.0g,NH4NO33.0g,NaH2PO41.0g,FeSO4·7H2O1.0g,MgSO4·7H2O 1.0g,钾长石1.5g,蒸馏水1000ml,琼脂20.0g,pH 7.0~7.4,灭菌20min。
将OP6、SEM-2、SEM-7及对照菌株(来自市场化的解钾菌肥)活化,接种NB培养基,37℃摇床过夜;复合微生物菌剂无菌水溶解,1%体积比接种到以钾长石粉为唯一钾源的选择培养基中培养,30℃条件下200rpm振荡培养4d;然后6000rpm,离心10min,取上清,每个样品三个重复,采用原子发射光谱法检测上清液中有效钾的浓度。结果表明:本发明的复合微生物菌剂的发酵上清液中的有效钾浓度为70.1±4.07mg/L,是对照菌株的178%,解钾效率显著高于对照菌株。
表2OP6、SEM-2、SEM-7、对照菌株及复合微生物菌剂的解钾效果
Figure BDA0002161547620000091
Figure BDA0002161547620000101
实施例4
复合微生物菌剂拮抗镰刀菌菌丝生长效果鉴定
采用共培养的方法,分别收集镰刀菌孢子及活化复活微生物菌液后,在PDB培养基中按体积1%比例接种复合微生物菌液,镰刀菌孢子终浓度106~107CFU/mL,30℃条件下200rpm振荡培养1~2d;革兰氏染色后,显微镜观察菌丝生长状态。观察结果显示:与未添加复合微生物菌剂的对照相比,添加复合微生物菌剂共培养的镰刀菌菌丝破裂,生长受到显著抑制。
由上述实施例可知,本发明提供的复合微生物菌剂,能够吸附土壤中的重金属,同时能够溶解钾长石,可作为微生物钾肥使用;所述复合微生物菌剂还可以抑制镰刀菌,防治植物枯萎病;所述复合微生物菌剂应用范围广,效果稳定,具有非常高的应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合微生物菌剂,其特征在于,包括短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6;所述短小芽孢杆菌SEM-7、芽孢杆菌SEM-2和巨大芽孢杆菌OP6的质量比为(4~6):(7~9):(5~7);所述复合微生物菌剂中的总活菌浓度大于(2~3)×109 cfu/mL或大于(2~3)×1011 cfu/g;所述短小芽孢杆菌SEM-7的保藏编号为CDMCC No:60106;所述芽孢杆菌SEM-2的保藏编号为CDMCC No:60039;所述巨大芽孢杆菌OP6的保藏编号为CGMCCNo.11837。
2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂,其特征在于,所述复合微生物菌剂为液体制剂或固体制剂。
3.根据权利要求2所述的复合微生物菌剂,其特征在于,当所述复合微生物菌剂为固体制剂时,所述复合微生物菌剂中还包括载体。
4.根据权利要求3所述的复合微生物菌剂,其特征在于,所述载体为轻质碳酸钙。
5.权利要求1~4任意一项所述的复合微生物菌剂在吸附土壤重金属中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述重金属包括镉和铬。
7.权利要求1~4任意一项所述的复合微生物菌剂在溶解钾长石中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述复合微生物菌剂溶解钾长石的温度为28~32℃。
9.权利要求1~4任意一项所述的复合微生物菌剂在防治植物枯萎病中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述复合微生物菌剂通过拮抗镰刀菌实现植物枯萎病的防治。
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