解磷微生物细菌筛选及其性能研究

【摘要】：贵州拥有丰富的矿产资源,其中磷矿、煤炭均为全国主要产区。2000年,我国开展西部大开发战略工程—西电东送,是利用西部地区丰富的煤炭资源,通过火力发电,将西部的能源资源转化为电能,运输到能源紧张的东部地区。大量煤炭的开采,伴随产生大量的煤矸石,煤矸石一种固体废弃物,呈现持续增长现状,不仅占用土地资源、造成环境污染,而且阻碍煤炭产业的可持续发展。近几年国家对废弃固体物的关注度逐渐上升,列入国家发展的战略方针之中,其中煤矸石的综合利用成为目前急需解决的难题。煤矸石的综合利用主要采用化学方法,研究发现,由于煤矸石组成及结构因素,造成实际应用过程中受到阻碍,探索一种绿色、环保、高效的煤矸石处理方法,是研究人员重点关注的问题。本研究组长期以来针对煤矸石进行了较为系统的研究,最初利用浮选方法提取煤矸石其中含有的碳,提高煤炭的回收离率及使用率。通过对煤矸石成分分析,其中除含少量碳外,还富含丰富的矿物质,包括磷、钾等。磷素是植物生长发育所必需的营养物质之一,若对其进行充分利用,不但将煤矸石变废为宝,同时也可以解决土壤缺磷的现状。前期研究发现利用商业解磷、解钾细菌能够有效释放煤矸石其中富含的矿物质成分。通过对贵州产煤区生态环境的广泛采样调研,发现针对区域生态条件自主筛选的解磷、解钾细菌具备更高效解离煤矸石的能力。本论文通过采用平板法和砂培法两种方法相结合筛选得到新型多株高效的解磷细菌,利用开发的新型生物细菌能将煤矸石其中的难溶性磷转化为可溶性磷,制备煤矸石微生物复合肥料,使煤矸石资源化利用成为可能。本论文通过平板初筛方法得到90多株具有解磷效果的细菌,从中筛选得到20株具备较好解磷能力的菌株,分别编号为GZ-1—GZ-20。将最终初筛得到的菌株通过解离煤矸石,测定解离后有效磷含量,复筛得到三株高效解磷细菌,编号分别为GZ-8、GZ-12、GZ-15。对三株细菌进行生理生化性质研究和16S r RNA分子生物学鉴定。鉴定结果如下:GZ-8菌株-Myroides odoratimimus strain.Hubei China PIM10(GQ359964)在同一分支上,序列同源性达99%,结合外观形态和显微形态观察,GZ-8初步鉴定为类香味菌(Myroides odoratimimus strain);GZ-12菌株-Providencia stuartii strain.Kisarazu Japan NBRC 12930(AB680338)在同一分支上,序列同源性达99%,结合外观形态和显微形态观察,GZ-12初步鉴定为斯氏普罗威登斯菌(Providencia stuartii strain);GZ-15菌株-Wautersiella falsenii strain.Yunnan China CD-145(JQ724534)在同一分支上,序列同源性达99%,结合外观形态和显微形态观察,GZ-15初步鉴定为Wautersiella falsenii strain。利用筛选得到的GZ-8(类香味细菌),选取商业细菌巨大芽孢杆菌作为对照菌株,对煤矸石进行了解离研究,通过单因素实验法研究煤矸石粒径、体系p H、接菌量以及培养时间对细菌的解离效果的影响。根据单因素实验结果设计L9(3)4正交试验,得到该细菌解离煤矸石的最佳条件。结果表明:利用GZ-8细菌解离煤矸石的最佳条件分别为:煤矸石粒径120目、接菌量50m L(即GZ-8细菌的菌液浓度为1.46×1013 cfu/m L~1.87×1013cfu/m L),体系p H为8、培养时间为3d。GZ-8细菌的解磷能力(有效磷含量比原矿样增加41.46mg/kg)比对照菌株(巨大芽孢杆菌增加30.33mg/kg)效果好。研究过程发现,煤矸石所含磷素较少,不足以制备符合要求的磷肥,向其中增加磷素成为解决问题的关键。通过向煤矸石中掺杂中低品位原生磷矿的方法,利用GZ-8细菌解离掺杂磷矿煤矸石,制备微生物复合肥料的最佳条件分别为:磷矿:煤矸石为4:1,接菌量50m L(即GZ-8细菌的菌液浓度为1.46×1013cfu/m L~1.87×1013cfu/m L)、体系p H 10、培养时间为4d。GZ-8细菌的解磷能力(有效磷含量比掺杂原矿样增加97.22mg/kg)比对照菌株(巨大芽孢杆菌69.94mg/kg)的高。研究结果表明:从矿区风化的矿物质以及周边的土壤中能筛选出不同种类的高效解磷细菌,其解离煤矸石的能力优于商业解磷细菌,进一步扩大了解磷微生物细菌的范围,为今后开发更优异的解磷微生物细菌打下良好的基础。利用微生物处理法,相对于其他处理煤矸石方式,具备污染小、操作简单、对设备要求不高以及原料易得等优点。该方法制备的煤矸石微生物复合肥料与传统肥料相比,即能够提供植物生长所需的磷素,又降低了传统肥料带来的负面影响,同时还可以改良土壤的质量,为今后开发改善土壤的新型肥料提供了新思路,为化学肥料和生物肥料之间搭建起新桥梁。