CN113583924B - 一种河道水体cod降解菌种及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河道水体COD降解菌种及其应用，涉及环境微生物技术领域，所述河道水体COD降解菌种为依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6，其在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC NO:M 2021890。所述的依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6能有效降低河道水体COD的浓度，对河道水体的COD浓度能降至15 mg/L以下，提高河道水体中有机污染物的降解率。可用于河道黑臭水体的水质改善，具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及环境微生物技术领域，特别是涉及一种河道水体COD降解菌种及其应用。
背景技术
河流是我国水生态的重要组成部分，其对航运、输水、捕捞等产业都有直接的影响。我国水资源短缺，水环境容量有限，随着城市化进程加快，大量生活及工业废水未经适当处理排入河道中，对河道及周边土壤造成急性或慢性负影响，污染物排入水体的量超出了水体的自我恢复能力，会导致水质恶化，饮用水水源地普遍受到不同程度的污染，严重威胁人民群众的生命健康。
河道原位生物修复技术，作为一种新技术，以低成本、有效处理水中污染物而逐渐被广泛接受。这种技术是通过人工手段刺激自然环境本身的代谢能力，加快自然环境对于污染物的降解吸收速率，从而在较少的投入下激发环境的自净能力，同时最大程度地恢复受破坏的水生态功能。原位生物修复是新兴的一项技术，此技术常应用于微污染水的水质修复。原位生物修复是借助本来的生态系统，通过增加植物的数量和种类、投加微生物和酶制剂以及加强曝气等手段对河道、湖泊及地下水等受到一定程度污染的自然水体进行修复。利用环境内本身存在的生态系统，通过合理地调节使受污染的水体得到净化，水质得以提升。在水质修复过程的研究中，化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）是一个重要且能较快测定的有机物污染参数，最能直接反映水质的污染程度。COD高意味着水中含有大量还原性物质，主要是有机污染物。通过投加微生物，利用微生物降解水中的污染物作为自身的营养和能量，同时使水质得到净化。该方法是目前比较受关注的原位生物修复的一种形式。而在微生物原位修复技术实施过程中，最重要的是需要拥有优良降解能力的菌种。高效微生物菌种可以在多种行业废水处理中起到强化处理效果的作用。此外，由于微生物修复技术具有环境影响小、处理效果好、投资少等特点，因此近几年来利用微生物降解河道水体COD在河道原位生物修复中具有极其重要的地位。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种河道水体COD降解菌种及其应用，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种河道水体COD降解菌种，经鉴定为依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis，保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路武汉大学，菌种名称为Paenibacillus illinoisensis ZB6，保藏日期为2021年7月16日，保藏编号为CCTCC NO: M2021890。
所述的依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6，其特征在于，其为革兰氏阴性菌，杆状，菌落形态为白色圆形，边缘透明，表面光滑湿润有光泽。
所述的依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6，含有如SEQ IDNO.1所示的基因序列。
本发明第二方面提供一种液体菌剂，所述液体菌剂包含依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6，依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6的浓度至少为1×108 cfu/mL。
本发明第三方面提供液体菌剂的制备方法，包括如下步骤：将依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6的纯菌种接种于LB液体培养基中培养，培养结束后即得到液体菌剂。
本发明第四方面提供依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6在河道水体COD降解中的应用。
所述的依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6对河道水体的COD浓度能降至15 mg/L以下。
本发明第五方面提供一种河道水体COD的降解方法，包括如下步骤：
（1）将依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6液体菌剂接种至河道水体；
（2）在适宜的温度、pH值、DO值（溶解氧含量）条件下进行河道水体COD的降解。
所述接种的接种量为河道水体体积的0.1~5%，优选为1~2%；
所述温度为5~40 ℃，优选为10~20 ℃；
所述pH值为5~9，优选为6~8；
所述DO值为2~9 mg/L，优选为5~9 mg/L。
如上所述，本发明的河道水体COD降解菌种及其应用，具有以下有益效果：
（1）高效降解河道水体中的有机污染物，有效降低水质COD的浓度，改善有机废水出水水质；
（2）处理效率高、经济效益好、操作方便、无污染。
附图说明
图1显示为本发明的河道水体COD降解菌株ZB6的系统进化树图谱。
图2 显示为本发明的河道水体COD降解菌株ZB6在LB平板上的生长菌落形态。
图3显示为本发明的河道水体COD降解菌株ZB6对河道水体COD浓度降解效果。
图4显示为本发明的河道水体COD降解菌株ZB6对河道水体COD降解率的变化情况。
具体实施方式
实施例1：河道水体COD降解菌株ZB6的分离筛选及性能测定
所用到的培养基及成分如下：
LB液体培养基：10 g/L氯化钠，10 g/L胰蛋白胨，5 g/L酵母提取物，pH值7.0~7.5。
LB固体培养基：10 g/L氯化钠，10 g/L胰蛋白胨，5 g/L酵母提取物，15 g/L的琼脂粉，pH值7.0~7.5。
河道水体液体培养基：河道水（取自上海市某内河流域，COD浓度为38 mg/L，pH值7.5）1 L，pH值7.0~7.5。
河道水体固体培养基：河道水（取自上海市某内河流域，COD浓度为38 mg/L，pH值7.5）1 L，15 g/L的琼脂粉，pH值7.0~7.5。
以上培养基配制好后，均在121 ℃下高压蒸汽灭菌20 min，备用。
富集：试验样品采集自各个不同流域的河道水体，取5 mL河道水至45 mL灭菌的LB液体培养基中，混合均匀后放置于20 ℃、180 r/min的摇床中富集培养96 h。
分离纯化：将培养好的富集液进行梯度稀释后，均匀涂布于LB固体培养基，在20℃恒温培养箱中培养48 h后，挑取菌落形态各异的单克隆，划线纯化后编号保藏。经分离纯化共得到11个菌株。
初筛：将分离纯化得到的纯菌株，采用点接的方法接种到河道水体固体培养基上，进行初筛，将接种的平板在20 ℃恒温培养箱中培养48~96 h后，挑取在培养基上生长较好的菌株，划线纯化并编号保藏。经初筛共得到6个菌株。
COD降解性能测定：将初筛得的6株菌种分别接至LB液体培养基中，在20 ℃、180r/min摇床中培养24 h，取2%（体积比）菌液离心后用无菌生理盐水洗涤、重悬，接种至河道水体液体培养基中。在20 ℃、180 r/min摇床中培养，反应结束后测定液体中COD的浓度，采用国标HJ 828-2017重铬酸盐法检测，从而评价各个菌株降解COD的能力。由图3可以看出，菌株ZB6对河道水COD的降解最明显，COD浓度降至15 mg/L，与对照组COD浓度32 mg/L相比，COD的降解率达53.1%。说明菌株ZB6具有显著的河道水体COD降解效果。
实施例2：河道水体COD降解菌株ZB6的生物学鉴定
菌株鉴定采用16S rDNA序列比对法。按照现有技术提取菌株ZB6的基因组DNA，并以此为模板，利用一对通用引物（27F，1492R）扩增菌株16S rDNA。提取菌株ZB6的总DNA，利用一对通用引物（27F，1492R）扩增菌株16S rRNA。上游引物为27F（5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCA-3’），下游引物为1492R（5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’）。
PCR反应体系（20 μL）如下：模板DNA 0.5 μL，PCR Taqmix 10 μL，上下游引物各0.6 μL，加ddH2O至反应体系为20 μL。
PCR程序：94 ℃预变性5 min，94 ℃变性30 s、55 ℃退火30 s、72 ℃延伸1 min30 s，以上共循环30次，72 ℃延伸10 min，最后在4 ℃保存。
由上海杰李生物技术有限公司进行PCR产物的纯化和测序，得到菌株的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。在NCBI提交通过测序获得的16S rDNA序列，通过软件与GenBank进行同源性序列比对分析，应用MEGA 7软件构建该菌株系统发育树（图1）。
菌株ZB6的基因有效序列长度为1389 bp，见基因序列表SEQ ID NO.1。经过比对，该序列与NCBI数据库的Paenibacillus illinoisensis（NCBI登录号为：MG027626.1）同源性达99%，综合菌株的其他生物学特性，菌株ZB6为革兰氏阴性菌，杆状，菌落形态为白色圆形，边缘透明，表面光滑湿润有光泽如图2所示。鉴定该菌株为依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis，最终将其命名为依利诺斯类芽胞杆菌Paenibacillus illinoisensis ZB6。
实施例3：河道水体COD降解菌株ZB6的液体菌剂制备
将ZB6纯菌种接种于10 mL LB液体培养基中，于20 ℃、180 r/min的恒温摇床中培养24 h，然后再以液体培养基体积的5%的接种量接入到下一级扩大培养的液体培养基中，相同条件下进行多级扩大培养，即可得到该菌株的液体菌剂。
实施例4：河道水体COD降解菌株ZB6对河道黑臭水体中COD降解效果
河道水取自上海市某河道的黑臭水体，其COD含量为160 mg/L，pH值为6.7。将菌株ZB6的液体菌剂按照1%体积比接种于河道水体中，控制条件为：DO值5 mg/L、温度20 ℃、pH值6.7。在反应过程中每24 h取一次样，按照实施例1中COD的测定方法测定河道水的COD浓度，并计算COD的降解率。
图4显示为菌株ZB6在120 h内对河道黑臭水体中COD的降解情况，可以看出，96 h时，菌株ZB6对河道水体COD降解率最高，达到90.7%，此时水体COD为14.82 mg/L，与对照组不接菌的COD降解率61.8%相比，提高了46.8%。说明菌株ZB6对河道水体的COD具有显著的降解效果。
序列表
<110> 佛山市玉凰生态环境科技有限公司
<120> 一种河道水体COD降解菌种及其应用
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1389
<212> DNA
<213> Paenibacillus illinoisensis ZB6
<400> 1
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Claims (9)
1.一种依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6，其保藏编号为CCTCC NO: M 2021890。
2.根据权利要求1所述的依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6，其特征在于，所述依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6含有如SEQ IDNO.1所示的基因序列。
3.一种菌剂，其特征在于，包含如权利要求1所述依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6。
4.根据权利要求3所述的菌剂，其特征在于，所述菌剂为液体菌剂，所述液体菌剂中依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6的浓度至少为1×108 cfu/mL。
5.权利要求3所述的菌剂，其特征在于，所述菌剂的制备方法为将所述的依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6的纯菌种接种于液体培养基中培养，培养结束后即得到液体菌剂。
6.一种如权利要求1所述的依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6在河道水体COD降解中的应用。
7.根据权利要求6所述的依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6在河道水体COD降解中的应用，其特征在于，所述依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6对河道水体的COD浓度能降至15 mg/L以下。
8.一种河道水体COD降解的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将依利诺斯类芽胞杆菌（Paenibacillus illinoisensis）ZB6 CCTCC NO: M2021890制备为液体菌剂接种至河道水体；
（2）在适宜的温度、pH值、DO值条件下进行河道水体COD的降解。
9.根据权利要求8所述的河道水体COD降解的方法，其特征在于，还包括以下条件：
（1）所述接种的接种量为河道水体体积的0.1~5%；
（2）所述温度为5~40℃；
（3）所述pH值为5~9；
（4）所述DO值为2~9 mg/L。
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