JP2005034783A - 微生物を利用してnh4+とno3−とを同時除去する硝化・脱窒方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明者が今回土壌から分離したバチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)は、50℃のような高温下において生育環境中のNH4 +とNO3 -とを同時に除去する能力を有し、また、30℃においてもNH4 +とNO3 -とを同時に除去する耐熱性菌としての性質を有する。よって、このT-7-2株を排水処理などに利用する場合は、高温・低温両条件下、および温度変化の激しい条件下においても使用可能である。
【選択図】なし
Description
即ち、本発明は、産業上有用な発明として、以下のA)〜M)の発明を含むものである。
(a)バチルス属に属する菌株
(b)シュードモナス属に属する菌株
(c)エンテロバクター属に属する菌株
(d)クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 3318株
(a1)バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)
(a2)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 13719株
(a3)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 3022株
(b1)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 12689株
(b2)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13738株
(b3)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 3080株
(b4)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13130株
(b5)シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)IFO 15833株
(b6)シュードモナス・デニトリフィカンス(Pseudomonas denitrificans)IFO 13301株
(c1)エンテロバクター・エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)IFO 13534株
(c2)エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)IFO 13535株
(a)バチルス属に属する菌株
(b)シュードモナス属に属する菌株
(c)エンテロバクター属に属する菌株
(d)クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 3318株
(a1)バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)
(a2)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 13719株
(a3)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 3022株
(b1)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 12689株
(b2)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13738株
(b3)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 3080株
(b4)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13130株
(b5)シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)IFO 15833株
(b6)シュードモナス・デニトリフィカンス(Pseudomonas denitrificans)IFO 13301株
(c1)エンテロバクター・エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)IFO 13534株
(c2)エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)IFO 13535株
本発明者は、各地より採取した土壌の中からNH4 +とNO3 -とを同時に除去する新規菌株を今回新たに分離し、その菌学的性質などについて詳細な検討を行った。その結果、この新規菌株はBacillus licheniformisに分類することが妥当と判断し、「バチルス・リケニフォルミスT-7-2株(Bacillus licheniformis strain T-7-2:以下、単にT-7-2株という。)」と命名した。このT-7-2株は、独立行政法人産業技術総合研究所、特許生物寄託センターにFERM P-19418として寄託されている。
1.バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 13719株
2.バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 3022株
1.シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 12689株
2.シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13738株
3.シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 3080株
4.シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13130株
5.シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)IFO 15833株
6.シュードモナス・デニトリフィカンス(Pseudomonas denitrificans)IFO 13301株
7.エンテロバクター・エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)IFO 13534株
8.エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)IFO 13535株
9.クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 3318株
(A−1)耐熱性菌の分離
各地から採取した土壌1gを9mlの0.8%(w/v)塩化ナトリウム溶液に懸濁し、静置後、上澄1mlを7mlの硝酸アンモニウム液体培地(培地の組成は前記表1参照)を含む試験管に加えた。ブチルゴム栓で密封した後、50℃で静置培養した。数日間培養後、気泡の発生が盛んに見られた試料を硝酸アンモニウム固体培地(培地の組成は下記表2参照)に塗抹した。これら各試料を30℃、好気的条件で培養し、生育した菌株を硝酸アンモニウム固体培地を含むスラント(傾斜培養)に移し、スクリューキャップで試験管を密栓後、再び50℃で培養し、良好な生育を示す菌株を選択した。その結果、30℃及び50℃でも同培地において良好な生育を示すT-7-2株を得た(図1参照)。
上記方法により分離したT-7-2株(以下、本菌という。)の菌学的性質について調査した結果を以下に示す。
本菌の栄養細胞の大きさは0.64×1.6〜3.2μmで桿菌である。多形性は見られない。
本菌は運動性を示す。本菌は周鞭毛を有する。
本菌は肉汁寒天培地で2日培養すると栄養細胞のほぼ中央部に胞子を形成する。本菌の胞子はDorner法を用いて染色すると赤色に染まる。胞子の形はほぼ楕円状で、その大きさは0.6×0.8μmである。
本菌は肉汁寒天培地やグルコースを炭素源及びエネルギー源、硝酸アンモニウムを窒素源とする合成培地などに良く生育する。
本菌は肉汁液体培地において、〜55℃で生育する。
本菌は肉汁寒天平板培養において、コロニーの形状は不規則円形であり、コロニーの表面隆起の状態は台状を示し、コロニーの周縁は波状であり、コロニー表面の形状は粗面である。また、コロニーの表面は鈍い光沢があり、バター状である。コロニーの色は植菌数日後は白灰色であるが、1週間後には褐色に変化する。
本菌は肉汁液体培養において、綿状又は羊毛状を示す。
本菌は肉汁ゼラチン穿刺培養において嚢状に生育し、ゼラチンを液化する。
本菌はリトマス・ミルクを用いた培養において、酸性を示し、培養液は凝固する。
グラム染色性:陽性
硝酸塩の還元:陽性
脱窒反応:陽性
MRテスト:陰性
VPテスト:陽性
インドールの生成:陰性
硫化水素の生成:陽性
デンプンの加水分解:陽性
クエン酸の利用:陽性
無機窒素源(硝酸塩及びアンモニウム塩)の利用:両塩を利用する。
色素の生成:不溶性の褐色色素を生成
ウレアーゼ:陰性
オキシダーゼ:陰性
カタラーゼ:陽性
生育の範囲:25〜55℃、pH6〜9
O-Fテスト(Hugh Leifson法):発酵型
糖類からの酸及びガスの生成の有無:D-グルコース、L-アラビノースは酸を生成、ガスは生成せず。
本菌の16SリボゾームRNA遺伝子1,544塩基の分析の結果、ヌクレオチド配列はDNAデータベースの検索により、次に示す菌株と高い相同値を示す(B.はバチルス(Bacillus)の略。以下同じ)。
B. licheniformis strain B16 99.7%
B. licheniformis strain PR-1 99.7%
B. licheniformis strain KL-185 99.4%
B. licheniformis strain Mo1 99.1%
B. subtilis strain 09 98.1%
菌株を分離した年月:平成14年8月
分離源:土壌
採取地:神戸
以上の結果から、本菌はバージーズ・マニュアル・オブ・システマティック・バクテリオロジー(Volume 2)の記載事項に基づき、Bacillus属に属するものと同定された。さらに、16SリボゾームRNA遺伝子の解析から、本菌はB. licheniformis又はB. subtilisに属すると考えられるが、本菌は通性嫌気性菌であり、55℃でも生育可能であることから判断して、本菌をB. licheniformisと同定するのが妥当である。よって、本発明者は、本菌を「Bacillus licheniformis strain T-7-2」と命名した。
図2に示すように、0.1%NH4NO3、3%グルコース、0.5mM Fe2+を含む前記表1の培地において、本菌は50℃、24時間でNH4 +(図中、Ammonia)とNO3 -(図中、Nitrate)をほぼ培地中から除去した。また、図3に示すように、30℃においても48時間で同培地中のNH4 +をほぼ除去し、NO3 -は40%まで除去した。この結果から、本菌は50℃のときに30℃に比べて急速に両イオンを培地から除去することが分かった。
0.1〜0.2%NH4NO3、3〜5%グルコースを含む培地において、NH4 +とNO3 -の同時除去に与えるFe2+とMoO4 2-の濃度の影響を調べた。図4は、二価鉄イオン(Fe2+)の影響を調べた結果であり、培養3日目(72時間後)の本菌(T-7-2株)の生育(OD660)培地中のNH4 +、NO3 -、NO2 -の残存量(%)を示す。また同図(a)は50℃で培養した結果、(b)は30℃で培養した結果である。同図に示すように、Fe2+の添加は、両イオンを除去するために非常に重要であった。特に、50℃においてこの傾向は顕著であった。すなわち、0.1%NH4NO3を含む培地において、Fe2+が存在しないと両イオンは殆ど除去されないが、0.2mM以上のFe2+存在下では、3日間で両イオンを完全に除去することが分かった。また、NH4NO3の濃度を0.2%に増加させた培地では、0.5mM Fe2+において、50℃培養下NH4 +とNO3 -の両イオンが除去された。
次に、本菌培養液中の全窒素量の変化について検討した。全窒素の定量法は、次の方法によって行った。
上記のように、本発明者は、NH4 +とNO3 -を同時に除去する微生物(即ち、T-7-2株)をBacillus属菌からはじめて見出した。そこで次に、Bacillus属に分類される保存株のうち、NH4 +とNO3 -を同時に除去する菌株が存在するかどうかを以下の実験により調査した。
本実験においては、下記の表示によって特定され、微生物保存機関に保存されている(1)〜(10)の菌株を使用した。
(1) B.subtilis IFO 13721 (2) B.subtilis IFO 3013 (3) B.subtilis IFO 13719
(4) B.subtilis IFO 3335 (5) B.subtilis IFO 3009 (6) B.subtilis IFO 3022
(7) B.megaterium (8) B.sphaericus IFO 3525 (9) Bacillus. sp. AM-23
(10) Bacillus. sp. FL-90 (以下、IFOの文字は省略することがある。)
本実験に使用した培地の組成を下記表3に示す。0.8pM、0.8nM、又は8μMの濃度のNa2MoO4・2H2Oを含む7 mlの0.1%(w/v)NH4NO3培地を調製し、それぞれに0.1 mMとなるようFeSO4・7H2Oを添加した。
各菌を植菌後、30℃にて好気条件下で振盪培養し、1日ごとに培養液の濁度と培地中に残存するNH4 +、NO3 -、NO2 -を定量した。
0-0.6 mMのNO2 -を含む0.15 mlの溶液に、H2O 0.35 ml、0.1 M potassium-sodium phosphate buffer(pH 7.1)0.5 mlを加えた後、0.5 mlの1%(w/v)スルファニルアミド-9% HCl溶液および0.02% N-ナフチルエチレンジアミン・2 HCl溶液を加え、室温にて10分間放置後、540 nmにて吸光度を測定した。
0.25-3 mMのNO3 -を含む溶液に、2%(w/v)サリチル酸-濃硫酸0.2mlを加えた後、3.7mlの10%(w/v)NaOH溶液を加えた後、410 nmにて吸光度を測定した。
0.01-0.30 mMのNH4 +を含む1 mlの溶液に、0.4 mlのフェノール・ニトロプルシドナトリウム溶液(下記表4参照)を加えた後、0.6 mlのアンチホルミン溶液(下記表5参照:アンチホルミン4mlと1N NaOH 40mlを混合しH2Oで100mlにメスアップしたものを使用した。)を加え、栓をした後、室温にて45分間放置後、635 nmにて吸光度を測定した。
本実験結果を以下の表6にまとめた。
本発明者は、さらに、Enterobacter、Pseudomonas、Klebsiella、Serratia、Proteus、Alcaligenes、又はAcetobacter属に分類される保存株のうち、NH4 +とNO3 -を同時に除去する菌株が存在するかどうかを以下の実験により調査した。
本実験においては、下記の表示によって特定される保存菌株を使用した。
Enterobacter aerogenes IFO 13534
Enterobacter cloacae IFO 13535
Pseudomonas aeruginosa IFO 12689
Pseudomonas aeruginosa IFO 13738
Pseudomonas aeruginosa IFO 3080
Pseudomonas aeruginosa IFO 13130
Pseudomonas putida IFO 3738
Pseudomonas fluoresscens IFO 15833
Pseudomonas denitrificans IFO 13301
Klebsiella pneumoniae IFO 3318
Klebsiella planticola IFO 3317
Serratia marcescens IFO 3736
Proteus vulgaris IFO 3851
Alcaligenes faecalis IFO 13111
Alcaligenes xylosoxidans subsp. denitrificans IFO 15125
本実験に使用した培地の組成を下記表7に示す。NH4NO3は0.1〜0.4%(w/v)、Na2MoO4・2H2Oは0.8pM、0.8nM、又は8μMの濃度のものを使用した。
各菌を植菌後、30℃にて好気条件下で振盪培養し、1日ごとに培養液の濁度と培地中に残存するNH4 +、NO3 -、NO2 -を定量した。
NO2 -、NO3 -、NH4 +の各定量は、前記(B−4)(B−5)(B−6)に記載の方法と同様に行った。また、全窒素の定量法は、前記(A−5)に記載の方法と同様に行った。
本実験の結果、調査したEnterobacter属2株、Pseudomonas属7株、Klebsiella属2株、Serratia属1株、Proteus属1株、Alcaligenes属2株のうち、Enterobacter属2株、P. putida IFO 3738を除くPseudomonas属6株、およびKlebsiella pneumoniae IFO 3318の計9株が、0.1%NH4NO3培地において、NH4 +とNO3 -を同時に除去することができた。これら菌株によるNH4 +およびNO3 -の同時除去の結果を下記表8に示す。
Claims (13)
- 以下の(a)〜(d)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を用いて、対象物中のNH4 +とNO3 -とを同時に除去する硝化・脱窒方法。
(a)バチルス属に属する菌株
(b)シュードモナス属に属する菌株
(c)エンテロバクター属に属する菌株
(d)クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 3318株 - 上記(a)の菌株として、以下の(a1)〜(a3)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を用いることを特徴とする、請求項1記載の硝化・脱窒方法。
(a1)バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)
(a2)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 13719株
(a3)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 3022株 - 上記(b)の菌株として、以下の(b1)〜(b6)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を用いることを特徴とする、請求項1記載の硝化・脱窒方法。
(b1)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 12689株
(b2)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13738株
(b3)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 3080株
(b4)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13130株
(b5)シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)IFO 15833株
(b6)シュードモナス・デニトリフィカンス(Pseudomonas denitrificans)IFO 13301株 - 上記(c)の菌株として、以下の(c1)〜(c2)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を用いることを特徴とする、請求項1記載の硝化・脱窒方法。
(c1)エンテロバクター・エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)IFO 13534株
(c2)エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)IFO 13535株 - 耐熱性の菌株を用いることを特徴とする、請求項1記載の硝化・脱窒方法。
- 排水処理などにおける水中の窒素除去、工場の排水処理その他無機物中の窒素除去、又は、糞尿その他有機物中の窒素除去に用いることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の硝化・脱窒方法。
- 以下の(a)〜(d)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を含有し、対象物中のNH4 +とNO3 -とを同時に除去する硝化・脱窒処理剤。
(a)バチルス属に属する菌株
(b)シュードモナス属に属する菌株
(c)エンテロバクター属に属する菌株
(d)クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 3318株 - 上記(a)の菌株として、以下の(a1)〜(a3)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を含有することを特徴とする、請求項7記載の硝化・脱窒処理剤。
(a1)バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)
(a2)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 13719株
(a3)バチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)IFO 3022株 - 上記(b)の菌株として、以下の(b1)〜(b6)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を含有することを特徴とする、請求項7記載の硝化・脱窒処理剤。
(b1)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 12689株
(b2)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13738株
(b3)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 3080株
(b4)シュードモナス・エアルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)IFO 13130株
(b5)シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)IFO 15833株
(b6)シュードモナス・デニトリフィカンス(Pseudomonas denitrificans)IFO 13301株 - 上記(c)の菌株として、以下の(c1)〜(c2)から選ばれる少なくとも1種類の微生物を含有することを特徴とする、請求項7記載の硝化・脱窒処理剤。
(c1)エンテロバクター・エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)IFO 13534株
(c2)エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)IFO 13535株 - 耐熱性の菌株を含有することを特徴とする、請求項7記載の硝化・脱窒処理剤。
- 排水処理などにおける水中の窒素除去、工場の排水処理その他無機物中の窒素除去、又は、糞尿その他有機物中の窒素除去に用いることを特徴とする、請求項7〜11の何れか1項に記載の硝化・脱窒処理剤。
- バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)T-7-2株(FERM P-19418)。
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