一种新型生物矿化菌种及其获取和筛选方法技术

本发明专利技术提供了一种新型生物矿化菌种及其获取和筛选方法。该菌种可分解溶液中的有机磷，并促进溶液中铅离子矿化并形成沉淀，因此可用于水污染的治理，特别的，可用于含铅废水的处理。本发明专利技术菌种在处理废水时，具有快速高效的优点，并为金属回收提供了便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种新型生物矿化菌种及其获取和筛选方法
本专利技术属于生物治污领域，特别提供了一种具有生物矿化能力的新菌种。该菌种可分解溶液中的有机磷，并促进溶液中铅离子矿化并形成沉淀，因此可用于水污染的治理，特别的，可用于含铅废水的处理。本专利技术菌种在处理废水时，具有快速高的优点，并为金属回收提供了便捷。本专利技术还提供了制备和筛选该新菌种的方法。
技术介绍
重金属污染是危害最大的水污染问题，长期困扰人民群众的日常生活。随着我国农业水平、工业水平和生活水平的提高和发展，重金属通过农药化肥使用、工厂排放废水和生活垃圾等人为方式逐渐污染水源水系，造成水资源的重金属污染隐患。并且重金属具有毒性大、不易被代谢、容易被生物富集并有生物放大效应的特点，严重危害人类健康和生态环境。铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。铅对人体神经细胞具有不可逆的伤害作用，尤其能进入胎盘屏障，造成新生儿先天智力低下。目前治理重金属水污染的方法主要有化学法、物理法和和生物方法等。其中的化学法和物理法的适用方法有限，且容易造成二次污染。生物方法是20世纪80年代随着生物技术的发展而产生的一种重金属废水处理技术，包括微生物法、植物法和动物方法，其中植物方法和动物方法都存在着成本高、治理周期长的问题。微生物法包括吸附法和沉淀法。其中吸附法是利用具有吸附重金属特性的微生物材料来吸附水溶液中的重金属；微生物通过还原反应使金属离子转变成不易溶解的沉淀状态或降低其毒性的方法称为微生物沉淀法。微生物沉淀法处理含铅废水因其处理成本低、选择性好、且速度快、无毒、无害、无二次污染等特点正受到越来越多的重视。传统的微生物修复技术中，微生物都是作为吸附剂、还原剂和沉淀剂对重金属进行处理。由于其重金属后期的迁移性较大，严重制约了在实际环境中的长周期使用。相比于普通的生化修复的高成本性以及植物修复的低效性而言，微生物成矿作用能够快速高效经济地固化重金属或者放射性金属，并且有利于贵重金属的生物回收。生物矿化在自然界广泛发生，将该类技术应用于自然界重金属治理具有环保等优势。目前，具有生物矿化作用的菌种尚未发掘完全，本专利技术人经过长期研究和努力，发掘了自然界新型的具有良好成矿作用的菌种，为社会带来了明显的经济效益和环保效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可对溶液中的铅离子进行微生物矿化处理的新菌种。本专利技术生物材料样品保藏单位：中国典型培养物保藏中心保藏单位地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内(武汉大学第一附小对面)，武汉大学保藏中心保藏日期：2018.06.11保藏编号：CCTCCM2018360RZ9a分类命名：Bacillussp一方面，本专利技术提供了种芽孢杆菌属的新菌种，可以同步分解有机磷、促进溶液中铅离子矿化，并且形成沉淀颗粒。本专利技术新菌种属于芽孢杆菌属。根据16SrRNA基因测序BLAST结果(参见表1)以及生物进化树(参见图1)分析来看，该菌种与巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium的相似性最高，为99.17％。巨大芽孢杆菌为产孢杆菌，且为革兰氏阳性菌及好氧菌。该菌种是有机磷(核酸、磷脂等)的分解菌，能使土壤中不能被植物利用的磷化物转变成可被利用的可溶性磷化物。表1：本专利技术菌种的16SrRNA基因测序BLAST结果：由中国典型培养物保藏中心鉴定本专利技术新菌种可以同步分解有机磷促进溶液中铅离子矿化并且形成颗粒沉淀，最终晶体结构为Pb3(PO4)2，其物质组成稳定，并且颗粒具有一定的强度，具有工程应用价值。(参见图2和8)另一方面，本专利技术提供了获取和筛选一种芽孢杆菌属新菌种的方法。本专利技术的菌种获取和筛选方法，是采用富集、涂布、划线、斜面保藏等进行细菌的分离纯化。选择了长期施肥、含有较高磷素的花圃土壤作为分离菌源，利用不同铅浓度的LB培养基作为分离方法，并以产生Pb3(PO4)2沉淀且沉淀产物结构紧密，具有工程应用价值为筛选指标。本专利技术的新菌种获取步骤为：(1)采花圃土壤，过20目～50目筛，(2)取过筛后的土壤，加入到无菌水中，震荡搅拌，静置，(3)取静置后的上清液，进行培养，培养方法可以是溶液富集培养或者是涂布划线培养；优选的，溶液富集培养使用的培养液为含200mg/l铅离子的LB液体培养基；优选的，涂布划线培养使用的固体培养基为含有100mg/l铅离子的LB固体培养基，以及(4)取液体或固体培养基表面长势最好的菌落进行斜面保藏，获得该新菌种。在一项技术方案中，本专利技术的花圃土壤为长期施肥、含有较高磷素的花圃土壤。在一项技术方案中，液体富集LB培养基的组成为：每1000ml水中含有0.3197g硝酸铅、10g胰蛋白胨、5g酵母提取物和5g氯化钠。在一项技术方案中，用于涂布划线培养的固体LB培养基的组成为每1000ml水中含有0.1598g硝酸铅、10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、5g氯化钠和15g琼脂。本专利技术的菌种以将其加入含铅溶液之中的最终沉淀产物为紧密颗粒状Pb3(PO4)2为筛选指标。也即，将前述方法分离的菌种经发酵培养后添加到含铅溶液中进行除铅试验，产生的颗粒状沉淀产物结构细致紧密(如图2)，且具有一定的强度和稳定性。采用XRD方法检测沉淀产物的组成，证实为Pb3(PO4)2时(见图12)，则为菌种筛选目标。本专利技术的菌种的筛选方法为：(1)取上述获取方法中所获取的菌种，或者，取其他备选菌种，进行分离和发酵培养，(2)将发酵培养后的菌种添加到铅溶液中进行除铅试验，(3)如铅溶液中产生了紧密颗粒状的沉淀产物，则分离该沉淀，进行下一步操作，(4)采用XRD方法对沉淀进行检测，如沉淀证实为磷酸铅Pb3(PO4)2，则所述菌种为所需菌种。在一项技术方案中，用于筛选菌种时的发酵培养的培养基的组成为：每1000ml水中含有15g酵母提取物和10g氯化铵NH4Cl(氯化铵摩尔浓度为0.187g/mol)，由此既不会形成氯化铅沉淀，又可促进细胞酶代谢，提高该类细菌后期除铅能力(图5是含或不含氯化铵对应的生长曲线，图6是含或不含氯化铵对应的去除率变化图)。另一方面，本专利技术提供了一种处理含铅溶液的方法，优选的，使用本专利技术的菌种对重金属废水或者含铅溶液中的铅离子进行微生物矿化并产生金属盐沉淀，从而达到去除溶液中去铅离子的目的。在一项技术方案中，发酵之后的菌体细胞与代谢产物通过离心分离，菌体细胞经生理盐水悬浮后进行除铅实验，明显形成团聚絮凝体(如图3)。超纯水溶胀细胞无絮凝现象发生，且相比之下对铅的去除率较低(如图7)。说明该菌体细胞表面具有很强的团聚絮凝作用，可以进一步提高铅的去除率。另一方面，本专利技术提供了一种从重金属废水或含铅溶液中提取硝酸铅的方法，优选的，使用本专利技术菌种对重金属废水或者含铅溶液中的铅离子进行微生物矿化并产生金属盐沉淀，收集沉淀即得硝酸铅。在一项技术方案中，代谢产物进行除铅实验，也可发生絮凝现象(如图4)，且铅离子去除率很高。相同初始铅浓度，相同投加量下菌液、细胞、代谢产物的除铅实验如图11所示，其沉淀产物的扫描电镜图见图8、图9、图10。本专利技术中所称的细胞是培养液(菌液)经过离心分离之后得到的沉淀物，用生理盐水将细胞沉淀悬浮后将其加到重金属溶液中去。与菌液相比，没有代谢产物、培养基本身成分，仅仅是细胞与生理盐水的悬浮液。本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于生物矿化的新菌种，该菌种具有如表1测序结果所示的16s rRNA序列，以及，具有如图1所示的进化树。

【技术特征摘要】
1.一种可用于生物矿化的新菌种，该菌种具有如表1测序结果所示的16srRNA序列，以及，具有如图1所示的进化树。2.制备权利要求1的菌种的获取方法，包括：(1)采花圃土壤，过20目～50目筛，(2)取过筛后的土壤，加入到无菌水中，震荡搅拌，静置，(3)取静置后的上清液，进行培养，培养方法可以是溶液富集培养或者是涂布划线培养；优选的，溶液富集培养使用的培养液为含200mg/l铅离子的LB液体培养基；优选的，涂布划线培养使用的固体培养基为含有100mg/l铅离子的LB固体培养基，以及(4)取液体或固体培养基表面长势最好的菌落进行斜面保藏，获得该新菌种。3.筛选权利要求1的菌种的筛选方法，包括：(1)取权利要求2的获取方法所获取的菌种，或者，取其他备选菌种，进行分离和发酵培养，(2)将发酵培养后的菌种添加到铅溶液中进行除铅试验，(3)如铅溶液中产生了紧密颗粒状的沉淀产物，则分离该沉淀，进行下一步操作，以及(4)采用XRD方法对沉淀进行检测，如沉淀证实为磷酸铅Pb3(PO4)2，则所述菌种为所需菌种。4.权利要求2的获取方法，其特征在于，用于分离菌源的花圃土壤为长期施肥、含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛英文，张珂菁，
申请(专利权)人：武汉沃特工程技术有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42