專利名稱：一種錳氧化復合菌系及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種錳氧化復合菌系及其應用。具體而言，所述復合菌系包括節桿菌(Arthrobacter sp.) QXT-31 和鞘脂單胞菌(Sphingopyxis sp.) QXT-31B,其保藏號分別為CGMCC No. 6631 和 CGMCC No. 6947。
背景技術：
二價錳離子(Mn2+)是正常機體必需的微量元素之一，但是長期攝入過量則會引起類神經癥和自主神經功能障礙。我國錳礦的開采量和消耗量保持高速增長態勢，不可避免地在這個環節產生大量Mn2+的排放和污染，因而造成地表水中Mn2+的污染。另外，由于地質構造等原因，許多我們許多地方的地下水中Mn2+濃度經常超標。而Mn2+在自然溫度(低于400C )和pH值(小于8)條件下性質穩定，時常存在于飲用水水源地的水體中(包括地下水和地表水)，并且濃度時常超標，因此在飲用水的處理工藝中除錳工藝占有重要地位。 目前中國生活飲用水水質標準中錳的限值是O.lmg/L,除錳工藝主要有、空氣接觸氧化除錳、氯接觸氧化過濾除錳和高錳酸鉀接觸氧化除錳，但最新發現環境中廣泛存在著錳氧化微生物，并且在一些除錳的濾池中也發現了錳氧化微生物，錳氧化微生物可以利用酶促反應催化氧化Mn2+，生成不溶于水的錳氧化物(主要是二氧化錳)見反應式I。而該錳氧化物又是一個良好的吸附劑和氧化劑，具有高的比表面積和催化氧化能力，可以吸附重金屬離子并氧化難降解有機污染物。另外，在自然條件下，由生物催化的錳氧化速率比純化學的錳氧化速率高3-5個數量級，所以有理由相信，錳氧化微生物在除錳的濾池中不僅對錳去除作用有很大的促進作用，而且對于共存的其他金屬離子和難降解有機物都有吸附和降解作用。另外生物除錳成本低廉，效率較高，所以如能強化除錳濾池中錳氧化微生物的作用，將會在不顯著增加水處理成本的前提下明顯提高包括Mn2+在內的金屬離子和有機污染物的去除效率，因此強化錳氧化微生物成為水質凈化工藝中新興的研究熱點。
Mn2++1 /2 02+H20 ~ Mn()2+2H+ (反應式 I)而這一環節重要而基礎的工作就是從環境中篩選到能大規模培養并能適應自然水質的錳氧化微生物。目前已篩選出的錳氧化微生物包含細菌和真菌，其中對錳氧化細菌的研究更為深入。已知的錳氧化細菌主要從屬于厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria),目前研究主要以五株猛氧化模式菌展開，分別是芽抱桿菌SG-1 (Bacillus)、假單胞菌MnBl和GB-1 (Pseudomonas putida)、纖發菌 SS-1 (Leptothrix discophora)以及土微菌 ACM3067 (Pedomicrobium)。但是這些研究大多以實驗室中的純培養研究為主，菌株在復雜自然水質條件下的適應性和錳氧化活性不知可否。因為自然水質條件下，存在著營養缺乏和土著微生物的競爭作用，這些都影響到菌株的存活和錳氧化活性。因此尋找能適應自然水質條件的錳氧化菌株的工作顯得十分重要。本發明的錳氧化復合菌系能夠適應復雜自然水體并發揮錳氧化作用，因此具有強大的工程應用前景。
本發明所涉及的錳氧化復合菌系只在兩株菌一起培養時才均有錳氧化活性，單獨培養時則無錳氧化活性，這個特殊的錳氧化現象在國際上尚屬首次發現。這兩株菌的錳氧化特性的發現不僅對除錳工程有重要意義，也豐富了微生物錳氧化的理論研究。

發明內容
本發明的目的是提供一種錳氧化復合菌系及其在水體(例如，自然水體、廢水)或固體基質中應用。具體地，在第一方面，本發明提供一種錳氧化復合菌系，所述錳氧化復合菌系包括節桿菌(Arthrobacter sp.) QXT-31 和鞘脂單胞菌(Sphingopyxis sp.) QXT-31B,上述兩 種菌株分別于2012年9月27日和2012年12月10日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC，中國北京市朝陽區大屯路中國科學院微生物研究所，郵編100101)，其相應的保藏號分別為CGMCC No. 6631和CGMCC No. 6947。所述Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-31B 均來源于湖南湘潭猛礦堆放猛礦的土壤，經馴化、分離、純化得到。Arthrobacter sp. QXT-31是陽性革蘭氏桿菌，好氧，生長在固體培養基呈白色、表面光滑的圓形菌落。Sphingopyxis sp. QXT-31B是革蘭氏陰性菌，生長在固體培養基呈黃色，表面光滑的圓形菌落。這兩株菌單獨培養時不能氧化Mn2+,但是一起培養時能在短時間內將Mn2+氧化生成猛氧化物。Arthrobacter sp. QXT-31和 Sphingopyxis sp. QXT-31B 的 16S rDNA 序列依次如 SEQ ID No :1 和 SEQ ID No:2 所示。上述兩株菌之間的關系應該屬于目前微生物研究熱點之一一群體感應效應。上述兩株菌在混合培養時產生錳氧化現象，而混合培養前兩者可以是單獨培養再混合培養，也可以是一直混合培養，并且對于事先單獨培養再混合培養的情況，在混合培養時對兩者的接種體積比沒有限制。對比兩株菌單獨培養和混合培養的生長情況，未發現混合培養時兩株菌之間存在顯著的抑制現象。在第二方面，本發明提供所述復合菌系(包括Arthrobacter sp. QXT-31和Sphingopyxis sp. QXT-31B)用于去除水體或固體基質中Mn2+的應用。本發明的復合菌系(包括 Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-31B)可用于水體或固體基質中Mn2+ 的氧化，具體方法是將 Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-31B 的菌液離心收集后添加到含Mn2+的水體(例如，生活廢水、焦化廢水、地下水等)或固體基質(例如，土壤)中，在10-35°C，pH值為6. 5-8. 5的條件下培養適當的時間，培養時間因復合菌系添加時的活性和水質條件而異，一般不大于7天。所述Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-31B 在水體中培養的溫度優選為20-35°C，最佳溫度為30°C，pH值條件優選為pH 7. 0-8. 5，最佳pH值為7. 5。在第三方面，以上述Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-3IB 為活性成分的微生物菌劑也屬于本發明的保護范圍；該菌劑中可根據需要，添加可接受的輔料。另外，本領域技術人員應該理解，包含本發明的錳氧化復合菌系(即，包含Arthrobacter sp. QXT-31和Sphingopyxis sp. QXT-3 IB)的微生物菌劑還可以與其他重金屬螯合劑、生物分解劑(例如，某些菌類)組合使用，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，只要這些成分組合后能夠發揮各自需要的功能活性即可。在第四方面，本發明提供一種去除水體或固體基質中Mn2+的方法，所述方法包括下述步驟將權利要求I所述的錳氧化復合菌系接種到含Mn2+的水體或固體基質中，在10-35°C，pH值為6. 5-8. 5的條件下培養適當的時間。本領域技術人員應該理解，培養時間因復合菌系添加時的活性和水質/固體基質的性質而異，一般不大于7天。在本發明中，所述水體可以是包含需要去除Mn2+的所有水體，包括但不限于，生活廢水、焦化廢水、地下水等，所述固體基質包括但不限于土壤。因此，本發明提供下述各項I. 一種猛氧化復合菌系,所述復合菌系包括節桿菌(Arthrobacter sp. )QXT_31和鞘脂單胞菌(Sphingopyxis sp.)QXT-31B，其保藏號分別為CGMCC No. 6631 和 CGMCCNo.6947。2.由第I項所述的猛氧化復合菌系,其特征在于,所述Arthrobacter sp. QXT-31 和Sphingopyxis sp. QXT-3IB共同培養時能夠將Mn2+氧化成不溶于水的猛氧化物,而上述兩株菌單獨培養則對Mn2+無氧化活性。3.由第2項所述的錳氧化復合菌系，其特征在于，所述復合菌系在pH 6. 5-8. 5具有Mn2+氧化活性，并且在10-30°C具有Mn2+氧化活性，在不高于1000 μ M濃度Mn2+條件下能生長，在不高于500 μ M濃度Mn2+條件下具有Mn2+氧化活性。4.由第2項所述的錳氧化復合菌系，其特征在于，所述復合菌系能在不滅菌的水體或固體基質中生存并發揮Mn2+氧化活性。5.由第4項所述的錳氧化復合菌系，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。6. 一種微生物菌劑，所述微生物菌劑包含保藏號為CGMCC No. 6631的節桿菌QXT-31菌株和保藏號為CGMCC No. 6947的鞘脂單胞菌QXT-31B菌株作為活性成分。7.第I項所述的錳氧化復合菌系用于去除水體或固體基質中Mn2+的應用。8.第7項所述的應用，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。9. 一種去除水體或固體基質中Mn2+的方法，所述方法包括下述步驟將第I項所述的錳氧化復合菌系接種到含Mn2+的水體或固體基質中，在10_35°C，pH值為6. 5-8. 5的條件下培養適當的時間。10.第9項所述的方法，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。本發明的有益技術效果本發明的Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-3 IB,以 10% 的投菌量，在30°C，170r/min，pH值為7. O的條件下，可以在48h內將濃度為100 μ M的Mn2+完全氧化。在Mn2+初始濃度高達1000 μ M的PYG培養基中，復合菌系能保持生長活性，并在Mn2+初始濃度高達500 μ M的PYG培養基中有Mn2+氧化活性，最佳溫度為30°C，最佳pH值為7. 5。本發明復合菌系中的Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp.QXT_31B 取自錳礦的土壤，都是土壤中常見的的優勢菌種，能適應復雜的環境條件，因而該復合菌系的在水體和固體基質中氧化除Mn2+的應用前景廣闊。


從下面結合附圖的詳細描述中，本發明的上述特征和優點將更明顯，其中圖 IA 和圖 IB 分別為 Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxis sp. QXT-3IB 的掃描電鏡照片。圖2 為本發明的復合菌系(包括 Arthrobacter sp. QXT-31 和 Sphingopyxissp. QXT-3 IB)對Mn2+的生物氧化。圖3A和圖3B分別為本發明的復合菌系(包括Arthrobacter sp. QXT-31和Sphingopyxis sp. QXT-3 IB)在不同濃度Mn2+培養基中的生長曲線和Mn2+濃度曲線。圖4A和圖4B分別為本發明的復合菌系(包括Arthrobacter sp. QXT-31和Sphingopyxis sp. QXT-3 IB)在不同溫度下的生長曲線和Mn2+氧化曲線。圖5A和圖5B分別為本發明的復合菌系(包括Arthrobacter sp. QXT-31和Sphingopyxis sp. QXT-3 IB)在不同pH下的生長曲線和對Mn2+的氧化情況。 圖6A和圖6B分別為不加本發明的復合菌系和加本發明的復合菌系的生活廢水中的微生物生長曲線和Mn2+濃度曲線。序列表說明
權利要求
1.一種猛氧化復合菌系，所述復合菌系包括節桿菌(Arthrobacter sp.)QXT_31和鞘脂單胞菌(Sphingopyxis sp.) QXT-31B，其保藏號分別為=CGMCC No. 6631 和 CGMCCNo.6947。
2.由權利要求I所述的錳氧化復合菌系，其特征在于，所述節桿菌QXT-31和鞘脂單胞菌QXT-31B共同培養時能夠將Mn2+氧化成不溶于水的錳氧化物，而上述兩株菌單獨培養則對Mn2+無氧化活性。
3.由權利要求2所述的錳氧化復合菌系，其特征在于，所述復合菌系在pH6. 5-8. 5具有Mn2+氧化活性，并且在10-30°C具有Mn2+氧化活性，在不高于1000 U M濃度Mn2+條件下能生長，在不高于500 u M濃度Mn2+條件下具有Mn2+氧化活性。
4.由權利要求2所述的錳氧化復合菌系，其特征在于，所述復合菌系能在不滅菌的水體或固體基質中生存并發揮Mn2+氧化活性。
5.由權利要求4所述的錳氧化復合菌系，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。
6.一種微生物菌劑，所述微生物菌劑包含保藏號為CGMCC如.6631的節桿菌0乂1'-31菌株和保藏號為CGMCC No. 6947的鞘脂單胞菌QXT-31B菌株作為活性成分。
7.權利要求I所述的錳氧化復合菌系用于去除水體或固體基質中Mn2+的應用。
8.權利要求7所述的應用，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。
9.一種去除水體或固體基質中Mn2+的方法，所述方法包括下述步驟 將權利要求I所述的錳氧化復合菌系接種到含Mn2+的水體或固體基質中，在10-35°C，pH值為6. 5-8. 5的條件下培養適當的時間。
10.權利要求9所述的方法，其中所述水體包括生活廢水、焦化廢水、地下水，其中所述固體基質包括土壤。
全文摘要
本發明公開了一種能夠氧化Mn2+的復合菌系及其在水體或固體基質中的應用，該復合菌系能夠將水體或固體基質中的Mn2+氧化生成不溶于水的錳氧化物。該Mn2+氧化復合菌系包括兩個分屬于不同屬的菌株，分別為Arthrobacter sp.QXT-31和Sphingopyxis sp.QXT-31B，其保藏號分別為CGMCC No.6631和CGMCC No.6947。將本發明的Arthrobacter sp.QXT-31和Sphingopyxis sp.QXT-31B用于自然水體中Mn2+的氧化，其操作溫度(10-30℃)在常溫范圍，其操作pH值(6.5-8.5)在中性范圍，具有很高的Mn2+氧化效率。
文檔編號B09C1/10GK102965322SQ20121054910
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者曲久輝, 梁金松, 柏耀輝, 胡承志, 劉會娟, 劉銳平 申請人:中國科學院生態環境研究中心