CN107987845A - 一种细菌破胞酶液风沙防治液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细菌破胞酶液风沙防治液及其制备方法，首先进行微生物菌种富集培养，然后将富集培养后的菌液离心并取沉淀物加入缓冲保护液，摇匀后将所取混合液进行破胞，破胞后进行离心处理，取上层清液得细菌破胞酶液；将细菌破胞酶液与无机胶结液处理液混合均匀即得到细菌破胞酶液风沙防治液。本发明的细菌破胞酶液风沙防治液包含植物生长所需的一些营养源，有利于风沙处理后植被的覆盖，耐久性好；本发明制备方法的破胞过程不会产生其他杂质和伴生物，提高了单位体积的酶活性，有效降低了时间成本和节约了培养细菌的材料成本，制备过程简便易行，适于实际应用。
Description
技术领域
本发明属于环境工程、微生物固化技术领域，涉及一种细菌破胞酶液风沙防治液及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展，伴随而来的环境问题日益严峻，其中土地荒漠化、沙漠化问题被越来越多的国家和地区重视，中国作为世界上沙漠化问题最为严重的国家之一，相关的治理工作刻不容缓。而治理沙漠化问题的第一步，也是最重要的一部，就是固定流动的沙土，防治风沙。
现有的防风固沙技术大致分为三类，包括：化学方法固沙，物理方法固沙，以及微生物方法。中国专利申请(申请号：201611242299.7)公开了一种绿色沙漠地表防风结构，其主要采用微生物固化技术进行流沙的固定，相比于物理方法(草方格等)来说简便易行，相比于化学方法(如黄原胶等)来说不易降解，耐久性好，对环境污染小。但此方法仍存在以下缺陷：1、处理成本较相对较高，大规模处理代价较大；2、微生物处理对于砂颗粒效果较好，但对于混有黏粒的荒漠化土地效果较差；3、微生物的使用可能引发普通民众的担忧，不利于项目的推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现技术的缺陷，提供了一种细菌破胞酶液风沙防治液及其制备方法，采用微生物进行破胞，其破胞酶液的初始尿素分解速率大大提高，有效降低了时间成本并节约了培养细菌的材料成本，该风沙防治液能够有效地防治风沙，制备方法简单易行。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本发明的一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3-1:5的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的好氧型细菌溶液加入缓冲保护液后超声波破碎获得，其富集培养过程使用的培养基配方为：酵母提取粉15-25g/L，氯化铵8-12g/L，六水合氯化镍20-25mg/L，一水合硫酸锰10-15mg/L，所调节ph为8.5-9；所述无机胶结液处理液包括以下成分：浓度比为2:1-1:2的尿素0.2-2mol/L、钙盐0.2-2mol/L。
上述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠8-10g/L，乙二胺四乙酸0.001-0.002mol/L，磷酸二氢钾0.02-0.03mol/L，磷酸氢二钠0.07-0.08mol/L，其ph为6.5-7.5。
本发明的另一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的巴氏生孢八叠球菌破胞得到，富集培养的培养基配方为：酵母提取粉20g/L、氯化铵10g/L、六水合氯化镍24mg/L、一水合硫酸锰10mg/L，其ph调节为8.5；无机胶结液处理液包含：尿素0.5mol/L、硝酸钙0.5mol/L。所述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠9g/L、乙二胺四乙酸0.002mol/L、磷酸二氢钾0.025mol/L、磷酸氢二钠0.08mol/L，其ph调节至7。
本发明的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：首先进行微生物菌种富集培养，然后将富集培养后的菌液离心并取沉淀物加入缓冲保护液，摇匀后将所取混合液进行破胞，破胞后进行离心处理，取上层清液得细菌破胞酶液；将细菌破胞酶液与无机胶结液处理液混合均匀即得到细菌破胞酶液风沙防治液。
所述的富集培养过程中通入氧气，速度为1-2L/min，将微生物菌种加入培养基后置于设定温度为25-35℃的恒温摇床中培养16-24h，即可获得所需富集培养后的菌液。
所述的菌液离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为4000-6000r/s，离心时间为10-15min。
所述的破胞过程采用超声波破碎，其选用超声波破碎仪：频率20-30KHZ、功率200-300W、工作功率调节至80％到90％，变幅杆直径Φ6或Φ9，超声时间采用3-8s工作、3-8s停歇的工作模式，总工作时间按每毫升混合溶液12s-24s计算，其最终细菌破胞率高于98％。
所述的破胞后进行离心处理的过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为6000-8000r/s，离心时间为15-20min。
与现有技术相比，本发明包含以下优点和有益效果：
1.本发明采用微生物进行破胞，其破胞酶液的初始尿素分解速率大大提高，有效降低了时间成本。破胞过程不仅无其他杂质和伴生物，而且提高了单位体积的酶活性，具有经济优势；如果将破胞酶液稀释到与原始菌液相同的尿素水解活性，则所得酶液体积增加为原来的1.2倍至1.6倍，因此大大节约了培养细菌的材料成本。
2.本发明中细胞破碎率高达98％以上，酶液中细菌含量很低，对环境造成破坏的可能性极小，也可以大幅度削减人们对于常规微生物固化处理方法中存在大量细菌的畏惧。
3.本发明对微生物处理过程进行了改良，细菌破胞过后再进行处理，不仅提高了碳酸钙的生成速率，还大大提高了其分布的均匀性。采用本发明的风沙防治液处理风沙不仅成本低廉，易于操作，而且耐久性好，且硝酸根的加入给后期植物的生长发育提供了有利条件，能够促进日后植物的生长，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3-1:5的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的好氧型细菌溶液加入缓冲保护液后超声波破碎获得，其富集培养过程使用的培养基配方为：酵母提取粉15-25g/L，氯化铵8-12g/L，六水合氯化镍20-25mg/L，一水合硫酸锰10-15mg/L，所调节ph为8.5-9；所述无机胶结液处理液包括以下成分：浓度比为2:1-1:2的尿素0.2-2mol/L、钙盐0.2-2mol/L。其中钙盐为可溶性钙盐，可为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。
上述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠8-10g/L，乙二胺四乙酸0.001-0.002mol/L，磷酸二氢钾0.02-0.03mol/L，磷酸氢二钠0.07-0.08mol/L，其ph为6.5-7.5。
本发明的另一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的巴氏生孢八叠球菌破胞得到，富集培养的培养基配方为：酵母提取粉20g/L、氯化铵10g/L、六水合氯化镍24mg/L、一水合硫酸锰10mg/L，其ph调节为8.5；无机胶结液处理液包含：尿素0.5mol/L、硝酸钙0.5mol/L。所述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠9g/L、乙二胺四乙酸0.002mol/L、磷酸二氢钾0.025mol/L、磷酸氢二钠0.08mol/L，其ph调节至7。
所述微生物菌种采用具有尿素分解能力的好养型细菌，可以为巴氏生孢八叠球菌(拉丁属名：Sporosarcina pasteurii，菌株号例如：ATCC 11859)或者为肿大地杆菌(拉丁属名：Terrabacter tumescens，菌株号例如：ATCC21109)，富集培养最终浓度在107-109个/L。
本发明的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：首先进行微生物菌种富集培养，然后将富集培养后的菌液离心并取沉淀物加入缓冲保护液，摇匀后将所取混合液进行破胞，破胞后进行离心处理，取上层清液得细菌破胞酶液；将细菌破胞酶液与无机胶结液处理液混合均匀即得到细菌破胞酶液风沙防治液。利用细菌破胞酶液与对应处理液组成的风沙防治液，对沙化土地进行多变喷洒处理，可以有效固定表面沙土，阻止风沙的形成。
所述的富集培养过程中通入氧气，速度为1-2L/min，将微生物菌种加入培养基后置于设定温度为25-35℃的恒温摇床中培养16-24h，即可获得所需富集培养后的菌液。
所述的菌液离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为4000-6000r/s，离心时间为10-15min。
所述的破胞过程采用超声波破碎，其选用超声波破碎仪：频率20-30KHZ、功率200-300W、工作功率调节至80％到90％，变幅杆直径Φ6或Φ9，超声时间采用3-8s工作、3-8s停歇的工作模式，总工作时间按每毫升混合溶液12s-24s计算，其最终细菌破胞率高于98％。
所述的破胞后进行离心处理的过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为6000-8000r/s，离心时间为15-20min。
本发明将微生物破胞酶液与处理液混合获得的风沙防治液固液喷洒在沙化土地表面，利用尿素水解反应产生的碳酸根与反应过程中ph的上升促进方解石的结晶，起到填充和胶结的作用，有效固定沙颗粒，防治风沙。
本发明的细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法的一种实施例：
(1)制备微生物培养基500ml，包含酵母提取粉20g/L，氯化铵10g/L，六水合氯化镍24mg/L，一水合硫酸锰10mg/L，调节ph至9，采用巴氏消毒法在121℃高温蒸压30min；
(2)将巴氏生孢八叠球菌菌种5ml加入培养基中，并置于设定温度为30℃的恒温摇床中富集培养，培养过程中通入氧气，通氧速度为1.5L/min，培养24h后收获菌液；
(3)将菌液在4℃、4000-6000r/s转速条件下离心10min，弃置上清液，将沉淀的湿菌株加入500ml破胞缓冲液中并摇匀，缓冲液中包含氯化钠9g/L，乙二胺四乙酸0.002mol/L，磷酸二氢钾0.025mol/L，磷酸氢二钠0.08mol/L，加入湿菌株前用氨水将破胞缓冲液ph调节为7；
(4)将湿菌株与混合液置于超声波破碎仪上进行破胞，超声波破碎仪频率20KHZ，功率为200W，功率调节调至80％到90％，变幅杆采用Φ6直径，超声时间采用5s工作，5s停歇的工作模式，总工作时间200min，最终细菌破碎率为98.5％。
优选地，将湿菌株与混合液置于超声波破碎仪上进行破胞，超声波破碎仪频率20KHZ，功率为200W，破碎仪功率调节调至85％，变幅杆采用Φ6直径，超声时间采用5s工作，5s停歇的工作模式，总工作时间200min，最终细菌破碎率为98.5％。
(5)将所得的细菌破碎液在4℃、6000r/s转速下离心15min，收集所得上层清液即为破胞酶液。
(6)制备无机胶结液处理液1.5L，其中包含尿素0.5mol/L、氯化钙0.5mol/L。
(7)将500ml破胞酶液与1.5L处理液混合，即得到实验所需2L风沙防治液。
将本发明所述的细菌破胞酶液与无机胶结液处理液混合获得的风沙防治液利用喷雾器或洒水车等液体喷洒装置喷洒在沙化土地表面，利用尿素水解反应过程产生的碳酸根、无机胶结液中的钙源以及反应过程中ph的上升实现了方解石的结晶，可以在沙土颗粒之间起到填充和胶结的作用，有效固定沙颗粒，防治风沙。此种风沙处理过程中的微生物反应过程是土体环境中本身存在的过程，不会造成环境污染；破胞过程不仅无其他杂质和伴生物，而且提高了单位体积的酶活性，具有经济优势；本发明处理液包含植物生长所需的一些营养源，有利于后期植被的覆盖；相比沙障、草方格等传统手段，该方法处理过程更为简便易于操作，且施工周期短，处理完成后耐久性好，适合应用于实际工程。
Claims (9)
1.一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3-1:5的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的好氧型细菌溶液加入缓冲保护液后超声波破碎获得，其富集培养过程使用的培养基配方为：酵母提取粉15-25g/L，氯化铵8-12g/L，六水合氯化镍20-25mg/L，一水合硫酸锰10-15mg/L，所调节ph为8.5-9；所述无机胶结液处理液包括以下成分：浓度比为2:1-1:2的尿素0.2-2mol/L、钙盐0.2-2mol/L。
2.根据权利要求1所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：所述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠8-10g/L，乙二胺四乙酸0.001-0.002mol/L，磷酸二氢钾0.02-0.03mol/L，磷酸氢二钠0.07-0.08mol/L，其ph为6.5-7.5。
3.一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：包括体积配比为1:3的细菌破胞酶液和无机胶结液处理液；所述细菌破胞酶液由富集培养的巴氏生孢八叠球菌破胞得到，富集培养的培养基配方为：酵母提取粉20g/L、氯化铵10g/L、六水合氯化镍24mg/L、一水合硫酸锰10mg/L，其ph调节为8.5；无机胶结液处理液包含：尿素0.5mol/L、硝酸钙0.5mol/L。
4.根据权利要求3所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液，其特征在于：所述缓冲保护液包括以下成分：氯化钠9g/L、乙二胺四乙酸0.002mol/L、磷酸二氢钾0.025mol/L、磷酸氢二钠0.08mol/L，其ph调节至7。
5.一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：首先进行微生物菌种富集培养，然后将富集培养后的菌液离心并取沉淀物加入缓冲保护液，摇匀后将所取混合液进行破胞，破胞后进行离心处理，取上层清液得细菌破胞酶液；将细菌破胞酶液与无机胶结液处理液混合均匀即得到细菌破胞酶液风沙防治液。
6.根据权利要求5所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：所述的富集培养过程中通入氧气，速度为1-2L/min，将微生物菌种加入培养基后置于设定温度为25-35℃的恒温摇床中培养16-24h，即可获得所需富集培养后的菌液。
7.根据权利要求5所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：所述的菌液离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为4000-6000r/s，离心时间为10-15min。
8.根据权利要求5所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：所述的破胞过程采用超声波破碎，其选用超声波破碎仪：频率20-30KHZ、功率200-300W、工作功率调节至80％到90％，变幅杆直径Φ6或Φ9，超声时间采用3-8s工作、3-8s停歇的工作模式，总工作时间按每毫升混合溶液12s-24s计算，其最终细菌破胞率高于98％。
9.根据权利要求5所述的一种细菌破胞酶液风沙防治液的制备方法，其特征在于：所述的破胞后进行离心处理的过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2-6℃，转速为6000-8000r/s，离心时间为15-20min。
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