【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物炭纳米颗粒应用，涉及一种利用生物炭纳米颗粒促进细菌趋向矿物运动的方法。
技术介绍
1、趋能运动伴随着细菌趋化效应物的代谢，即趋化效应物在被细菌代谢的过程中扰动电子传递链的氧化还原状态和质子动势，趋化受体感应相关信号并启动细菌的趋向性运动行为，是细菌应对周围环境物理化学因素的变化而长期进化的结果。希瓦氏菌是一种典型的电化学活性菌，具有独特的趋能运动活性，即通过其直接或间接胞外电子传递能力，在不依赖效应物浓度梯度的条件下感受不溶性电子受体的存在并向其聚集和定向运动。harris等人在2018年frontiers in microbiology第8卷2568篇和li等人在2012年environmental science&technology第46卷2813-2820页指出，铁/锰矿物、天然有机质及多种污染物等能够作为电化学活性菌的胞外电子受体和不溶性趋能运动效应物，极大地影响细胞在地下环境中的迁移分布。
2、据报道，醌类化合物及腐殖质等可溶性氧化还原介体可以加快细菌胞内电子向胞外电子受体的转移，从而促进生物还原转化氧化态污染物。但水溶性醌类化合物作为氧化还原介体具有成本高昂、一定生物毒性和易造成二次污染等不利因素，限制了可溶性氧化还原介体的实际应用。
3、生物炭是一种富含碳的固体，在限氧条件下，由生物质热分解产生。因其具有石墨碳骨架，表面含有丰富的含氧官能团(羰基、羟基和酚羟基等)，具有一定的导电能力和氧化还原能力，可以作为电子介体介导细菌与矿物颗粒之间的电子转移。近年来，生物炭己
4、kappler等人在2014年environmental science&technology letter第1卷第8期第339-344页所发表的论文中报道了生物炭可以作为细菌和铁矿物之间的电子穿梭体。他们认为利用生物炭颗粒的导电性可以使得电子在土壤环境中进行长距离传递。生物炭-矿物能够形成导电网络，连接不同氧化还原区域间毫米甚至厘米距离的电子传递。yang等人在2016年environmental science&technology第50卷第5期第2389-2395页所发表的论文中报道了低浓度(10mg/l)的生物炭可以促进生物还原赤铁矿。实验结果表明，向体系中添加10mg/l生物炭可以提高细菌还原赤铁矿的能力，产生的总fe(ii)浓度相比于未加入生物炭的对照体系提高了2倍左右。yang等人在2020年science of the total environment第703卷135515篇所发表的论文中报道了不同浓度比的生物炭颗粒与矿物胶体颗粒所形成的不同团聚体状态会对细菌还原水铁矿产生影响。高生物炭/水铁矿比值下，生物炭、mr-1细胞和水铁矿紧密聚集，能够强烈地刺激细菌胞内电子向胞外电子受体的转移，有利于微生物对水铁矿的还原。而在低生物炭/水铁矿比值条件下，由于生物炭和水铁矿缺乏有效的空间聚集，降低了其生物可及性，从而抑制了细菌向胞外电子受体传递电子，减少了fe(iii)的还原量。因此，有效的空间聚集有利于细菌通过生物炭表面的氧化还原官能团和导电碳基质将电子转移至水铁矿和利用生物炭高效开展污染土壤修复。
5、基于以上分析，我们专利技术了一种利用生物炭纳米颗粒促进细菌趋向矿物运动的方法，增强了细菌趋能运动，使得细菌自主导向矿物、污染物等电子受体。生物炭纳米颗粒制备工艺简洁，原材料低廉且来源广泛，大大降低了应用成本且绿色无污染，为微生物修复土壤技术提供了一种有效手段。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种生物炭纳米颗粒促进细菌向矿物颗粒运动的方法，该方法成本低廉、制备条件简单、绿色环保，有利于土壤修复的可持续性。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种利用生物炭纳米颗粒促进细菌趋向矿物运动的方法，步骤如下：
4、步骤1：微生物的培养
5、选用shewanella oneidensis作为细菌运动研究对象；将tsb溶解于超纯水中，获得浓度为3g/l的tsb培养基，高压灭菌，冷却备用；取出菌保，接种于上述tsb培养基中，摇晃均匀，随后放置摇床内培养，转速为160～180rpm，温度26～30℃，12h后取出备用；
6、步骤2：生物炭纳米颗粒的制备
7、选择小麦秸秆作为生物质原料，利用热解法制备生物炭；对生物炭进行球磨，获得粒径范围为300～500nm的生物炭大颗粒，随后结合沉淀和离心方法制备生物炭纳米颗粒；
8、步骤3：生物炭纳米胶体溶液的配制
9、向装有超纯水的血清瓶中加入生物炭纳米颗粒，获得生物炭纳米胶体溶液；调节生物炭纳米胶体溶液的ph至中性，曝气，超声，获得生物炭纳米胶体溶液；
10、步骤4：改良的lactate-medium(lm)琼脂培养基
11、向lm培养基中增加碳酸氢钠浓度至20mm，同时每100ml lm培养基中补充0.3g琼脂，调节ph至7.0～7.2，灭菌；
12、步骤5：水铁矿的制备
13、通过水解法获得浓度为200mm的水铁矿；
14、步骤6：不同浓度比的生物炭纳米颗粒与水铁矿泳动平板实验
15、取步骤3中生物炭纳米胶体溶液与步骤5中的水铁矿胶体溶液混合，控制其中生物炭纳米颗粒与水铁矿颗粒的质量比为0.02～0.33；密封放置摇床内，均匀混合1h，获得生物炭纳米颗粒和水铁矿团聚体，随后将其放入厌氧箱内备用；向改良的lm琼脂培养基中加入0.2～0.8g生物炭纳米颗粒和水铁矿团聚物，分散均匀，随即缓慢倒入培养皿中，平衡过夜；
16、步骤7：用移液器吸取浓度为2.3×1011cells/ml的细胞接种至培养皿内；于厌氧箱内培养36h，温度为30℃，随后取出平板拍照分析；上述操作均在厌氧箱内进行操作。
17、本专利技术的有益效果：本专利技术能够增强细菌在平板内向水铁矿颗粒的运动能力。在一定浓度比的条件下，由于电荷吸引和路易斯酸碱理论，生物炭纳米颗粒与水铁矿颗粒可以发生团聚行为产生团聚体。在团聚体中，生物炭纳米颗粒附着在矿物颗粒表面，由于其碳基质和表面丰富的氧化还原活性官能团可以作为电子穿梭体加快电子向矿物颗粒的快速转移，电子的快速转移使得细菌感知还原电势差变化的能力增强，使得细菌能够自主导向矿物颗粒。
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1.一种利用生物炭纳米颗粒促进细菌趋向矿物运动的方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种利用生物炭纳米颗粒促进细菌趋向...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳广飞，李敏，金若菲，周集体，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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