CN112592867A - 兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用 - Google Patents

兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于微生物菌剂技术领域,具体是涉及到兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用,所述人苍白杆菌为苍白杆菌Ochrobactrum anthropic S1,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M 2020461,本申请的人苍白杆菌能同时进行六价铬还原和活性黑5降解,具有较好的Cr污染和活性黑5污染处理前景。

Description

兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用
技术领域
本发明属于微生物菌剂技术领域,具体是涉及到兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用。
背景技术
我国是世界上最早使用染料的国家之一,也是世界染料生产数量、消费数量和贸易数量最多的国家。染料应用范围广泛,常用纺织、印染、皮革和造纸等多个行业。在工业应用过程中,染料利用率较低,常有约15%的染料不能被利用而排放到环境中。据报道,我国仅纺织行业每年废水排放量高达18.4亿吨,每年大约有2000-3000t的染料随废水进入环境。含有偶氮双键(-N==N-)的染料统称为偶氮染料,占纺织业染料使用量的70%左右,全球每年产生约10000种结构不同的偶氮染料,活性黑5是一种典型的双偶氮活性染料,其广泛用于工业生产中。所用原料包括多种已知的致癌物和诱变剂,且染料经分解后会产生有毒的中间产物,其多种物质是欧盟所禁用的,如果长期与人体接触,可能与人体分泌代谢物发生氧化还原反应,进而生成致癌的芳香胺化合物,增加患癌症的概率。另一方面,染料废水高色度不仅影响美观,同时其也能遮住光线,降低水体的透光率,影响水中植物的光合作用。
有报道显示,希瓦氏菌、肠杆菌等对于活性黑5具有较强的降解能力。
铬(Cr)是一种广泛应用于工业生产的重金属元素,常应用于电镀、制革、染色等行业。我国是世界铬盐生产大国,据统计2015年我国工业废水中六价铬(Cr(Ⅵ))及总铬(Cr)的排放量高达为70.4吨和188.6吨。水体中的Cr(Ⅵ)有剧毒,其属于美国环境保护署的十七类致癌物质化合物之一。自然环境中,Cr主要以Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)形式稳定存在。Cr(Ⅲ)的性质较稳定,毒性较小;Cr(Ⅵ)具有强氧化性和腐蚀性,研究表明Cr(Ⅵ)的毒性是Cr(Ⅲ)毒性的100倍。Cr(Ⅵ)氧化物和硫酸根、磷酸根的分子结构类似,能进入细胞与细胞内的还原性物质发生氧化还原反应,产生大量的自由基。其可与胞内的大分子物质结合,扰乱机体的新陈代谢。还能干扰线粒体的正常活动,抑制ATP的合成,诱导细胞凋亡。因此,Cr(Ⅵ)具有很强的致癌性和诱变性,可导致人体的肾、肝脏和脾等多种器官的功能损伤。
然而,铜和铬等金属常用于染料颜色的固定,所以含六价铬(Cr(Ⅵ))的铬酸盐常常存在纺织、染色、皮革废水中与染料共存,而染料和重金属污染物本身都具有毒性,对微生物具有抑制致死作用,因此,微生物处理含有活性黑5和Cr(Ⅵ)的废水时效率会大大降低。目前,针对含活性黑5或Cr(Ⅵ)废水治理的物理法、化学法、生物法及不同方法联合应用已经较为普遍,但即能处理活性黑5又可以处理Cr(Ⅵ)污染的微生物却鲜见报道。所以寻求能处理染料和Cr(Ⅵ)复合污染的微生物对解决环境污染问题具有极其重要的实际意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌及其应用,减少其他手段的配合使用,降低处理成本,提高经济效益。
本发明的内容包括一株兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌,所述人苍白杆菌为苍白杆菌Ochrobactrum anthropic S1,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M 2020461。
所述人苍白杆菌能兼具六价铬还原和活性黑5降解。具体步骤为,将所述人苍白杆菌加入含有六价铬和活性黑5的污水中,添加适量培养基,实现六价铬还原和活性黑5降解。
所述污水的温度为35-40℃,所述污水的pH为7。
所述能降解活性黑5和还原六价铬的人苍白杆菌S1筛选自广州东莞某纺织印染厂活性污泥中,样品在无菌收集后,经低温运送至实验室进行下一阶段研究工作。
在实验室环境中:利用厌氧反应器对活性污泥进行进一步驯化,驯化后的原液进行梯度稀释,以10-6为稀释终浓度,均匀涂布于LB固体平板上,并倒置于30℃恒温培养箱培养约12h。经反复分离纯化,最终得到能降解活性黑5和还原六价铬的单菌S1。提取S1的基因组DNA并扩增它的16S r DNA片段,并在NCBI上选取高相似度序列,再用MEGA 7.0构建系统发育树。NCBI比对发现其16s r DNA序列与Ochrobactrum anthropic MW6相似性为99.93%,系统进化树也表明其与Ochrobactrum sp.及为相近,因此命名为Ochrobactrumanthropic S1。此菌株已于2020年9月1日保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国武汉武汉大学,邮编:430072,保藏中心保藏编号为CCTCC M 2020461。
在LB固体平板上挑取Ochrobactrum anthropic S1的单菌落接种于LB液体培养基中过夜培养,即为S1种子液。将10mL种子液与90mL灭菌培养基混合,然后在此培养基中加入干燥后至恒重的重铬酸钾粉末,使体系中的Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L,并在30℃,180rpm条件下培养。同样接种比例另一份加入活性黑5粉末,使其浓度为50mg/L,并在30℃,静止条件下培养,每12h取样分析Cr(Ⅵ)和活性黑5的含量。
经实验验证:Ochrobactrum anthropic S1在pH 7.0,温度30℃,含Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L的培养基中,180rpm培养3d,对Cr(Ⅵ)去除率达80.6%。
经实验验证:Ochrobactrum anthropic S1在pH 7.0,温度30℃,含活性黑5浓度为50mg/L的培养基中,静止培养3d,对活性黑5去除率达100%。
菌株Ochrobactrum anthropic S1在35-40℃表现出较好的去除效果。其中活性黑5去除在35℃最佳,Cr(Ⅵ)的去除在40℃最佳。
本发明的有益效果是,本发明的能降解活性黑5和还原六价铬的菌株Ochrobactrum anthropic S1分离及应用有效填补了该方面研究的空白,并为实际污染环境的治理工作提供了有效的理论依据,展现出巨大的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明的菌株Ochrobactrum anthropic S1的系统发育分析树。
图2为本发明的菌株Ochrobactrum anthropic S1不同时间对活性黑5及Cr(Ⅵ)的去除率。
图3为本发明的菌株Ochrobactrum anthropic S1对活性黑5和Cr(Ⅵ)混合污染的去除率。
图4为本发明的菌株Ochrobactrum anthropic S1对含活性黑5和Cr(Ⅵ)的实际污水的去除率。
具体实施方式
实施例1:本发明的降解活性黑5和还原六价铬菌株Ochrobactrum anthropic S1形态特征
将单菌落划线接种至LB固体培养基中,将平板倒置于恒温培养箱内,30℃培养12h。该菌革兰氏染色呈阴性,专性需氧,菌落光滑呈圆形,中央凸起且明亮半透明。
实施例2:本发明的降解活性黑5和还原六价铬菌株Ochrobactrum anthropic S1的筛选与系统发育学鉴定
(1)广州东莞纺织印染厂采集的活性污泥样品,低温寄送至实验室,以供进一步筛选分析目的菌株。
(2)在实验室环境中:利用厌氧反应器对活性污泥进行进一步驯化,驯化后的原液进行梯度稀释,以10-6为稀释终浓度,均匀涂布于LB固体平板上,并倒置于30℃恒温培养箱培养12h。经反复分离纯化,最终得到能降解活性黑5和还原六价铬的单菌株S1。
(3)提取S1的基因组DNA并扩增它的16S r DNA片段,并在NCBI上选取高相似度序列,再用MEGA 7.0构建系统发育树。NCBI比对结果表明其16s r DNA序列与Ochrobactrumanthropic MW6相似性为99.93%,系统进化树再一次表明其属于Ochrobactrum sp.,因此命名为Ochrobactrum anthropic S1,如图1所示。
实施例3:本发明的降解活性黑5和还原六价铬菌株Ochrobactrum anthropic S1对活性黑5和六价铬的去除效果
(1)配制LB液体培养基,并在LB固体平板上挑取Ochrobactrum anthropic S1的单菌落接种于LB液体培养基中,过夜培养,即为S1种子液。
(2)将10mL种子液与90mL灭菌培养基混合,然后在此培养基中加入干燥后至恒重的重铬酸钾粉末,使体系中的Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L,并在30℃,180rpm条件下培养。每12h取样分析剩余Cr(Ⅵ)的含量。结果显示Ochrobactrum anthropic S1对Cr(Ⅵ)去除率达80.6%。
(3)将10mL种子液与90mL灭菌培养基混合,然后在此培养基中加入活性黑5粉末,使其浓度为50mg/L,并在30℃,静止条件下培养,每12h取样分析剩余活性黑5的含量。结果显示Ochrobactrum anthropic S1对活性黑5去除率高达100%。结果如图2所示。
实施例4:本发明的降解活性黑5和还原六价铬菌株Ochrobactrum anthropic S1同时去除活性黑5和还原Cr(Ⅵ)的效果
(1)配制LB液体培养基,并在LB固体平板上挑取菌株Ochrobactrum anthropic S1的单菌落接种于LB液体培养基中,过夜培养,即为S1种子液。
(2)将10mL种子液与90mL灭菌培养基混合,然后加入活性黑5粉末和重铬酸钾粉末,设定Cr(Ⅵ)的浓度为20mg/L,活性黑5的浓度为50mg/L,并在30℃,静止条件下培养,每12h取样分析剩余活性黑5和Cr(Ⅵ)的含量。
(3)该实验结果显示菌株Ochrobactrum anthropic S1可同时去除65.9%Cr(Ⅵ)和86%的活性黑5,结果如图3所示。
上述LB固体培养基组分为:胰蛋白胨10g,酵母浸粉5g,氯化钠10g,琼脂粉15g/L,去离子水1L,pH6.9~7.1。LB液体培养基组分为:胰蛋白胨10g,酵母浸粉5g,氯化钠10g,去离子水1L,pH6.9~7.1。
实施例5:本发明的降解活性黑5和还原六价铬菌株Ochrobactrum anthropic S1处理实际污水同时去除活性黑5和还原Cr(Ⅵ)的效果
(1)量取9L的实际污水置于反应器中,并在LB固体平板上挑取菌株Ochrobactrumanthropic S1的单菌落接种于LB液体培养基中,过夜培养,即为S1种子液。
(2)将1L种子液与9L从东莞某印染厂取得的实际污水混合,并在30℃静止条件下培养,每12h取样分析剩余活性黑5和Cr(Ⅵ)的含量。
(3)该实验结果显示菌株Ochrobactrum anthropic S1可同时去除44%Cr(Ⅵ)和72%的活性黑5,结果如图4所示。
对比例1:对比例1和实施例3相比,区别在于选取的人苍白杆菌为一般的人苍白杆菌,其他和实施例3相同。试验结果显示,其对Cr(Ⅵ)去除率达78.5%,对活性黑5去除率高达70.2%。
对比例2:对比例2和实施例4相比,区别在于选取的人苍白杆菌一般的人苍白杆菌,其他和实施例4相同。试验结果显示,其可同时去除58.7%Cr(Ⅵ)和49.6%的活性黑5。

Claims (5)

1.一株兼具六价铬还原和活性黑5降解的人苍白杆菌,其特征是,所述人苍白杆菌为苍白杆菌Ochrobactrum anthropic S1,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCCNO:M 2020461。
2.一种如权利要求1所述的人苍白杆菌的应用,其特征是,所述人苍白杆菌能兼具六价铬还原和活性黑5降解。
3.如权利要求2所述的人苍白杆菌的应用,其特征是,将所述人苍白杆菌加入含有六价铬和活性黑5的污水中,添加适量培养基,实现六价铬还原和活性黑5降解。
4.如权利要求3所述的人苍白杆菌的应用,其特征是,所述污水的温度为20-45℃。
5.如权利要求3所述的人苍白杆菌的应用,其特征是,所述污水的pH为7-11。
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