CN110791437B - 一株丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法 - Google Patents

一株丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一株丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法。该丝状真菌命名为赭绿青霉菌ZD28(Penicillium ochrochloron ZD28)，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC NO：M 2019865，保藏日期为2019年10月29日。该丝状真菌能够应用于富集稀土钇离子。当环境中钇离子浓度较低(<600μM)时，利用该菌生长过程中对钇离子的积累作用可以高效富集钇离子，对钇离子移除率为99％；当环境中钇离子浓度较高(465μM<[Y3+]<6382μM)时，利用由该菌制备的菌体吸附剂吸附钇离子，吸附体系简单，吸附容量大于455μmol/g。该菌在钇族稀土离子的积累方面有很好的应用潜力。

Description

一株丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法
技术领域
本发明涉及丝状真菌，具体涉及一株对稀土钇离子高度耐受的丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法。
背景技术
稀土元素(Rare earth element,REE)是元素周期表中15种镧系元素加上与其同族的钪(Sc)和钇(Y)，共17种元素的总称。稀土因其独特的物理化学性质，广泛应用于现代工业的各个领域，是现代工业中不可或缺的重要元素。稀土元素素有“工业味精”之称，特别是近年来稀土价格的推高导致了稀土矿开采的繁荣。
目前采矿工艺多为硫铵溶液原地浸或人工剥离表土的池浸法，然而其带来的环境问题日趋明显：主要表现在浸取及提炼工艺产生的大量氨氮废水(浓度高达3500mg/L～4000mg/L)，氨氮会随降雨大量渗入土壤、地下水及地表水，导致矿区水系氨氮严重超标，水体富营养化，对生态安全造成了极大的威胁。因此，离子吸附型稀土矿的提取问题亟待开发绿色提取工艺，以实现可持续发展。
微生物浸出技术在环境保护和矿质离子浸出能力方面都有着极其突出的优势。对于离子吸附型稀土矿，其生物采矿表现的更为简单，即生物吸附(生物积累)。要利用微生物提取稀土金属，微生物菌种显得尤为重要。细菌因其比表面积大、体积小、繁殖速度快等特点，能够有效吸附多种稀土离子。相比于细菌，真菌生物量大，大的真菌菌丝体生物量易于操作和处理，用于生态友好的绿色技术工艺更具优势；也因为真菌能够分泌更多的胞外聚合物，能显著增加生物积累(吸附)产量。目前关于微生物对稀土离子的积累作用研究主要集中在菌体生物量吸附，即将培养好的菌体制备成菌粉作为吸附剂与稀土离子相互作用。大部分细菌菌粉(如芽孢杆菌、荧光假单胞菌等)对La3+、Eu3+和Yb3+等稀土离子的积累容量分大致为397、290和326μmol每克干菌粉。关于真菌及其生长过程对稀土离子尤其是钇离子的富集效果未见报道，这大大限制了生物法在富钇矿区、离子吸附型重稀土矿提取及环境稀土离子回收等方面的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一株对稀土钇离子高度耐受且富集效果好的丝状真菌，以及利用所述的丝状真菌富集稀土钇离子的方法。
本发明提供的一株丝状真菌，命名为赭绿青霉菌ZD28(Penicilliumochrochloron ZD28)，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC NO：M 2019865，保藏日期为2019年10月29日。这株丝状真菌是本发明人从中国江西省南部(赣南)足洞富钇稀土矿区筛选获得的。
所述的丝状真菌能够应用于富集稀土钇离子。
本发明提供的一种利用所述的丝状真菌富集稀土钇离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述丝状真菌接种到第一培养基中培养，直到产出孢子；
步骤二、收集所述的孢子，制成孢子悬液；
步骤三、将所述的孢子悬液加入到含有钇离子的液体中培养一段时间，由所述的孢子或其生成的菌丝体富集稀土钇离子。
优选的，所述的第一培养基为PDA斜面培养基。
优选的，所述的孢子悬液的浓度不小于108个/mL。
优选的，步骤三中所述的一段时间为3d。
本发明提供的另一种利用所述的丝状真菌富集稀土钇离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述丝状真菌接种到第一培养基中培养，直到产出孢子；
步骤二、收集所述的孢子，制成孢子悬液；
步骤三、将所述的孢子悬液接种到第二培养基中培养，直到长出菌丝体，收集菌丝体并烘干、研磨，得到菌体吸附剂；
步骤四、将所述的菌体吸附剂加入到含有钇离子的液体中，由所述的菌体吸附剂富集稀土钇离子。
优选的，所述的第一培养基为PDA斜面培养基，所述的第二培养基为PDB培养基。
优选的，所述的孢子悬液的浓度不小于108个/mL。
本发明的有益效果：提供了一株对稀土钇离子高度耐受且富集效果好的丝状真菌，在低浓度钇离子条件下，利用生长过程中该菌对钇离子的积累作用，可以移除环境中99％的钇离子；在高浓度钇离子条件下，利用由该菌制备的菌体吸附剂吸附环境中的钇离子，吸附容量大于455μmol每克干菌粉。这为生物法提取稀土离子在稀土矿采冶过程中的应用奠定理论基础。
附图说明
序列表1为本发明的赭绿青霉菌ZD28的ITS序列。
图1为本发明实施例中筛选赭绿青霉菌ZD28的实验照片。
图2为显示本发明实施例中赭绿青霉菌ZD28的菌落形态及孢子囊形态的照片。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例1：本发明的丝状真菌(Penicillium ochrochloron ZD28)的分离
(1)采集江西省赣州市龙南县足洞富钇稀土矿区一正在开采的稀土矿土壤样品，在已开采和未开采矿点共设置了九个取样点，每个点取三个样品，共计27个矿样，带回实验室并在12h内处理；
(2)从上述27个样品中分别称取0.5g土壤混匀，将其与100mL富集培养液(马铃薯葡萄糖肉汤，PDB)混匀，28℃，120rpm培养过夜，再取出10mL培养液与新鲜富集培养液混匀，摇瓶培养过夜。然后用PDA获取单菌落，共获得11株形态各异的真菌，待其产孢后收集孢子并制备成孢子悬液，待用。
实施例2：筛选出对钇离子高耐受且吸附效果好的丝状真菌(Penicilliumochrochloron ZD28)
(1)耐受性筛选：配置PDA培养基，121℃处理15min后冷却至55℃左右，分别加入不同体积的钇离子母液(通过0.22μm滤膜)，立即摇匀后倾倒至培养皿中，待冷却凝固后使用。将实施例1筛选获得的11株丝状真菌的孢子悬液(5μL)分别点接在含不同浓度Y3+的PDA平板上，28℃培养60h后观察生长情况。
实验结果表明：图1所示的1号菌即赭绿青霉菌ZD28(Penicillium ochrochloronZD28)，其在含800mg/L Y3+PDA上仍然能够存活，且菌落最大，产孢不受影响，说明这株真菌对Y3+耐受性很高。
(2)菌体生长过程中对钇离子的积累效果：将赭绿青霉菌ZD28接种到PDA斜面培养基中培养活化72～84小时，并制作孢子悬浮液，然后接种至含不同浓度钇离子的察氏培养基，28±1℃，150r/min，摇床培养3d，抽滤分离菌丝体和培养液，测定初始及剩余钇离子浓度和菌体干重，计算积累率。通过ICP-MS测定钇离子浓度，计算移除率，当钇离子初始添加浓度小于600μM，该菌生长过程中对钇离子移除率为99％(表1)。
所述的含不同浓度钇离子的察氏培养基组成为：每升培养基中含NaNO3 3g，K2HPO31g，MgSO4·7H2O 0.5g，KCl 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，其余为纯水。所述的察氏培养基pH调整为3.0，钇离子初始添加浓度不超过600μM。
表1菌体生长过程中对Y3+积累
Figure BDA0002294676760000041
(3)菌体吸附剂对稀土钇离子的吸附效果：将赭绿青霉菌ZD28接种到PDA斜面培养基中培养活化72～84小时，并制作孢子悬浮液，然后接种到PDB培养基摇瓶培养获得菌丝体，烘干后研磨并通过100目筛后即得到菌体吸附剂。将制备好的菌体吸附剂用于不同初始浓度的钇离子溶液吸附，计算吸附率。通过偶氮胂化学结合分光光度计法测定钇离子浓度，计算吸附容量大于455μmol每克干菌粉(表2)。
所述的菌体吸附剂制备方法具体为：配置PDB培养基，取100mL置于250mL三角瓶中，121℃，15min灭菌处理，冷却后接入1mL浓度为108个/mL的孢子悬液，置于28℃，200rpm培养3d，培养结束后利用滤纸抽滤分离菌丝与培养液，去离子水洗涤菌丝体三次，然后置于50℃烘干至恒重，研磨后过100目筛。
所述的吸附体系为称取10(±0.05)mg菌体吸附剂用于钇离子吸附。离心管中加入菌体吸附剂后各准确加入10mL去离子水(用盐酸调整pH为5.0)，然后分别加入200μL不同浓度钇离子母液，另取新的15mL离心管，除不加菌体吸附剂外，其他同上操作用作初始钇离子浓度测定。上述反应每组三重复，置于试管振荡器室温条件下平衡反应6h，吸附结束后剩余钇离子浓度为平衡浓度，计算吸附率。
表2.菌体吸附剂对Y3+积累
Figure BDA0002294676760000051
赭绿青霉菌ZD28的形态特征为：在PDA培养基中，28±1℃培养3d，菌落的直径为28～30mm质地绒状，菌丝白色，表面形成浅绿色孢子，无渗出液。菌落反面亦为白色，培养时间延长菌落颜色变深为深绿色，但菌落不变大。在光学显微镜下，菌丝有隔，可见扫帚状的孢子囊及链状孢子结构(如图2所示)。
赭绿青霉菌ZD28(Penicillium ochrochloron ZD28)的ITS序列：
GGCTTTCGACGAGGCTCTGGGTCACCTCCCACCCGTGTTTATTTACCTTGTTGCTTCGGCGGGCCCGCCTCACGGCCGCCGGGGGGCATCTGCCCCCGGGCCCGCGCCCGCCGAAGACACCATTGAACTCTGTCTGAAGATTGCAGTCTGAGCGATTAGCTAAATCAGTTAAAACTTTCAACAACGGATCTCTTGGTTCCGGCATCGATGAAGAACGCAGCGAAATGCGATACGTAATGTGAATTGCAGAATTCAGTGAATCATCGAGTCTTTGAACGCACATTGCGCCCCCTGGTATTCCGGGGGGCATGCCTGTCCGAGCGTCATTGCTGCCCTCAAGCACGGCTTGTGTGTTGGGCCCCGCCCCCCGGTCCCGGGGGGCGGGCCCGAAAGGCAGCGGCGGCACCGCGTCCGGTCCTCGAGCGTATGGGGCTTTGTCACCCGCTCCGTAGGCCCGGCCGGCGCCCGCCGGCGACCCCCAATCAATCTATCCAGGTTGACCTCGGATCAGGTAGGGATACCCGCTGAACTTAAGCATATCAATAAGCGGAGGA
Figure BDA0002294676760000061
序列表
<110> 江西师范大学
<120> 一株丝状真菌及其富集稀土钇离子的方法
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 554
<212> DNA
<213> 赭绿青霉菌ZD28(penicillium ochrochloron ZD28)
<400> 1
ggctttcgac gaggctctgg gtcacctccc acccgtgttt atttaccttg ttgcttcggc 60
gggcccgcct cacggccgcc ggggggcatc tgcccccggg cccgcgcccg ccgaagacac 120
cattgaactc tgtctgaaga ttgcagtctg agcgattagc taaatcagtt aaaactttca 180
acaacggatc tcttggttcc ggcatcgatg aagaacgcag cgaaatgcga tacgtaatgt 240
gaattgcaga attcagtgaa tcatcgagtc tttgaacgca cattgcgccc cctggtattc 300
cggggggcat gcctgtccga gcgtcattgc tgccctcaag cacggcttgt gtgttgggcc 360
ccgccccccg gtcccggggg gcgggcccga aaggcagcgg cggcaccgcg tccggtcctc 420
gagcgtatgg ggctttgtca cccgctccgt aggcccggcc ggcgcccgcc ggcgaccccc 480
aatcaatcta tccaggttga cctcggatca ggtagggata cccgctgaac ttaagcatat 540
caataagcgg agga 554

Claims (9)

1. 一株丝状真菌，命名为赭绿青霉菌(Penicillium ochrochloron)ZD28，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC NO：M 2019865，保藏日期为2019年10月29日。
2.根据权利要求1所述的丝状真菌的应用，其特征在于：所述的丝状真菌应用于富集稀土钇离子。
3.一种利用权利要求1所述的丝状真菌富集稀土钇离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述丝状真菌接种到第一培养基中培养，直至产出孢子；
步骤二、收集所述的孢子，制成孢子悬液；
步骤三、将所述的孢子悬液加入到含有钇离子的液体中培养一段时间，稀土钇离子被富集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的第一培养基为PDA斜面培养基。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的孢子悬液浓度不小于108个/mL。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三中所述的一段时间为3d。
7.一种利用权利要求1所述的丝状真菌富集稀土钇离子的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述的丝状真菌接种到第一培养基中培养，直至产出孢子；
步骤二、收集所述的孢子，制成孢子悬液；
步骤三、将所述的孢子悬液接种到第二培养基中培养，直到长出菌丝体，收集菌丝体并烘干、研磨，得到菌体吸附剂；
步骤四、将所述的菌体吸附剂加入到含有钇离子的液体中，由所述的菌体吸附剂富集稀土钇离子。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的第一培养基为PDA斜面培养基，所述的第二培养基为PDB培养基。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的孢子悬液的浓度不小于108个/mL。
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