菌株共培养物及其产品、在硅浸出中的应用

技术领域

本发明涉及一种菌株共培养物，特别是涉及一种具有硅酸盐分解功能的菌株共培养物，属于工业微生物技术、生物浸出技术领域。

背景技术

硅酸盐细菌是指能够分解硅酸盐类矿物的微生物。作为广受重视的工业微生物，硅酸盐细菌的工业用途价值主要包括几方面：（1）硅元素（SI）是地壳中含量最多的固体元素，是“取之不尽”的资源。在现代工业体系中，硅的应用覆盖从传统领域到芯片领域，十分广泛。硅酸盐细菌提供凭借清洁技术从自然资源中获取硅原料的途径。（2）硅在各种工业固体废弃物中（如粉煤灰、高炉渣、赤泥等）含量丰富。硅酸盐细菌提供了这类固废的生物处置方法，是获取硅原料实现固废资源化的洁净生产手段。例如，粉煤灰中含有莫来石、石英、无定型玻璃体等大量硅酸盐化合物，现有技术将芽孢杆菌、黑曲霉、解淀粉芽孢杆菌等硅酸盐细菌用于粉煤灰生物浸矿脱硅。将粘液芽孢杆菌与圆形芽孢杆菌对电解锰残留物协同浸出，使矿样中Si含量大幅度降低。（3）自然界中大量的硅是存在于矿石与岩石中的硅氧化合物，统称硅酸盐。其中较重要的有长石KAlSi

现有技术所称硅酸盐细菌实际不单指细菌，而是包含了范围更广的微生物门类。目前发现鉴定的硅酸盐细菌多属细菌门物种，最主要的是：环状芽孢杆菌（

现已鉴定的硅酸盐细菌中，细菌门类远多于真菌门类。然而现有技术研究发现，由于生化代谢差异，真菌会分泌较多有机酸，实现质子交换，溶解矿物，因而真菌脱硅效果优于细菌。筛选培育硅酸盐真菌具有较高的工业用途价值。

在微生物工程中，应用微生物共培养技术可以利用不同菌种生化代谢差异促成其生长的协同效率，减轻菌种发酵代谢负担，从而充分发挥菌种优势与能力，提升培养体系转化效应。现有技术尚未利用真菌与细菌株共培养物实现硅酸盐分解用途的技术方案。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有硅酸盐分解工业用途的菌株共培养物。

为实现上述目的，本发明首先提供一种菌株共培养物，其技术方案如下：

一种菌株共培养物，其特征在于：包含囊担菌（

上述菌株共培养物的囊担菌Z6菌株CGMCC No. 26172是自花岗岩风化形成的土壤样本中筛选得到，编号为Z6菌株。菌株的ITS基因序列（如SEQ ID NO.1）在Genebank进行序列同源性比较，结果显示Z6菌株是囊担菌属（

本发明实验数据证明，上述菌株共培养物，在实验室条件下经10 d培养能够将粉煤灰中硅离子浸出释放效率提升近300%。据此，本发明首先提供包含本发明菌株共培养物的菌剂产品，其技术方案如下：

菌剂，其特征在于：包含上述菌株共培养物。

本发明同时提供如下应用类技术方案：

上述菌株共培养物或菌剂在分解硅酸盐中的应用。

分解硅酸盐可以是生物脱硅、矿物硅释放、矿物硅资源化、硅酸盐矿物改性、花岗岩环境改造、土壤硅释放、土壤改良/调理、生物肥料、含硅垃圾处置、废弃物资源化、污水污泥处理、粉煤灰改性/处置/资源化。

上述菌株共培养物或菌剂在环境硅酸盐或粉煤灰资源化中的应用。

上述菌株共培养物或菌剂在微生物矿物工程中的应用。

上述菌株共培养物或菌剂在制备硅酸盐分解产品中的应用。

本发明提供的菌株共培养物或菌剂可以进一步依照常规加工工艺加相关产品，其技术方案如下：

以上述菌株共培养物或菌剂为效用成分的硅酸盐分解产品。

以现有技术对硅酸盐细菌工业用途的研究，硅酸盐分解产品可以是生物肥料、土壤调理/改良产品、矿物资源化产品、垃圾处置产品、土壤肥料产品、土壤硅酸盐分解产品、土壤调理/改良产品、矿物资源化产品、废弃物处置产品、废弃物资源化、花岗岩环境改造产品、粉煤灰改性/处置/资源化产品、选矿脱硅提纯产品等多种。

以加工成除硅菌剂为例，可以麸皮为填充剂，将菌株共培养物在扩大发酵液体培养基中适宜条件下培养制得液体除硅菌剂，再将液体除硅菌剂与灭菌麸皮按质量比1:1（W/W）混合后，在恒温箱中烘干至控制水分，即为固体除硅菌剂。除硅菌剂又可进一步加工包装成多类除硅产品。

上述产品以加工成土壤调理剂或土壤改良剂为例，可以将菌株共培养物在扩大发酵液体培养基中适宜条件下培养制得液体土壤调理剂或土壤改良剂，再将液体土壤调理剂或土壤改良剂加入到土壤中，即达到调理土壤或改良土壤的目的。

上述产品以加工成生物肥料为例，可以将菌株共培养物在发酵液体培养基中适宜条件下培养制得液体生物肥料菌剂，再将液体生物肥料菌剂加入到种有植物的土壤中，即可释放土壤中营养元素以供植物吸收利用，达到生物肥料作用。

上述产品以加工成选矿脱硅提纯产品为例，可以将菌株共培养物在发酵液体培养基中适宜条件下培养制得液体脱硅提纯菌剂，再将液体脱硅提纯菌剂加入到含有矿物的培养基中，即可对矿物进行脱硅提纯处理，提高矿物的品位。

本发明同时提供菌株共培养物的制备方法，具体技术方案如下

上述菌株共培养物制备方法：其特征在于：向NB培养基或者浸矿脱硅培养基中以1:1同时接入囊担菌Z6菌株（

本发明是还提供如下技术方案：

枯草芽孢杆菌（

上述作为硅酸盐细菌的应用包括分解硅酸盐中应用、在环境硅酸盐或粉煤灰资源化中应用、在微生物矿物工程中应用、在制备硅酸盐分解产品中应用的至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）提供一种菌株共培养物，包括囊担菌Z6菌株与枯草芽孢杆菌，具有分解硅酸盐/浸出硅的工业用途。（2）在现有技术中，囊担菌与枯草芽孢杆菌均没有被公开作为硅酸盐细菌的工业用途，本发明提供了两种菌的新工业用途。（3）在本发明建立的共培养体系中，两菌株生长良好，且表现出代谢的相互促进效应；共培养物具有优良的脱硅能力，脱硅效率显著高于囊担菌Z6菌株或枯草芽孢杆菌在纯培养条件下的脱硅效率，相较与空白对照更高出300%，表明本发明构建的菌株共培养物是共生共促体系，经济高效，工业应用前景巨大。（4）菌株共培养物的脱硅反应条件平和，对环境高度友好安全，工业适用范围广。（5）菌株共培养物仅需将两种组分菌株直接共同接种即可应用于硅酸盐分解，具有使用方便，包装、运输便利，易形成商品化的明显技术优势。（6）Z6菌株是自天然花岗岩风化土壤环境中筛选得到，枯草芽孢杆菌是广泛工业化使用菌株，两者对周围环境均不具有生态入侵威胁，符合生物安全法规。

附图说明

图1是培养菌株最适生长pH曲线。

图2是培养菌株最适总接菌量曲线。

图3是培养菌株最适摇床转速曲线。

图4是培养菌株最适生长温度曲线。

图5是培养菌株生长曲线。

图6是培养菌株对粉煤灰中硅浸出曲线。

实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例

构建菌株共培养体系。

1、实验材料

囊担菌（

枯草芽孢杆菌（

马铃薯液体培养基（PD）：马铃薯浸出粉8.0g/L，葡萄糖20.0g/L。

NB培养基：蛋白胨10g/L，牛肉浸出粉3g/L，氯化钠5g/L

Z6菌悬液：向100mL PD培养基中接入Z6菌株制成种子菌液，pH＝7，30℃，150 r/min振荡培养，培养至对数期（OD

BS菌悬液：向100mL NB培养基中接入BS菌株制成种子菌液，pH＝7，30℃，150 r/min振荡培养，培养至对数期（OD

所有培养基在使用前高温高压灭菌。

2、菌株共培养体系最适培养条件实验

2.1 菌株共培养体系最适pH实验

2.1.1菌株纯培养

（1）Z6菌株纯培养：取6组100mLNB培养基，调节pH分别为4、5、6、7、8、9，将Z6菌悬液按总接菌量5%接入NB培养基，30℃，150r/min振荡培养；48h后取培养菌液经紫外分光光度计测定菌液OD

（2）BS菌株纯培养：取BS菌悬液操作同2.1.1（1）Z6菌株纯培养，确定纯培养菌株最适生长pH。

2.1.2 菌株共培养

取6组100mLNB培养基，分别调节pH＝4、5、6、7、8、9；分别将Z6、BS菌悬液按总接菌量5%、菌量比例1:1同时接入NB培养基，30℃，150r/min振荡培养；48h后取共培养菌液经紫外分光光度计测定菌液OD

图1是培养菌株最适生长pH曲线。

2.2 菌株共培养体系最适总接菌量实验

2.2.1 菌株纯培养

（1）Z6菌株纯培养：取5组100mLNB培养基，调节pH＝7；将Z6菌悬液接入NB培养基，控制总接菌量分别为1%、3%、5%、7%、10%，30℃，150r/min振荡培养；48h后取培养菌液经紫外分光光度计测菌液的OD

（2）BS菌株纯培养：取BS菌悬液操作同2.2.1（1）Z6菌株纯培养，确定纯培养菌株最适总接菌量。

2.2.2 菌株共培养

取5组100mLNB培养基，调节pH＝7；将两种菌悬液按菌量比例1:1同时接入NB培养基，控制总接菌量分别为1%、3%、5%、7%、10%，30℃，150r/min振荡培养；48h后取共培养菌液经紫外分光光度计测菌液OD

图2是培养菌株最适总接菌量曲线。

2.3 菌株共培养体系最适摇床速度实验

2.3.1 菌株纯培养

（1）Z6菌株纯培养：取5组100mLNB培养基，调节pH＝7；将Z6菌悬液按总接菌量5%接入NB培养基，30℃，100r/min、130r/min、150r/min、170r/min、200r/min振荡培养；48h后取培养菌液经紫外分光光度计测菌液OD

（2）BS菌株纯培养：取BS菌悬液操作同2.3.1（1）Z6菌株纯培养，确定纯培养菌株最适摇床转速。

2.3.2 菌株共培养

取5组100mLNB培养基，调节pH＝7；将两种菌悬液按总接菌量5%、菌量比例1:1同时加入NB培养基，30℃，100r/min、130r/min、150r/min、170r/min、200r/min振荡培养；48h后取共培养菌液经紫外分光光度计测菌液OD

图3是培养菌株最适摇床转速曲线。

2.4 菌株共培养体系最适生长温度实验

2.4.1 菌株纯培养

（1）Z6菌株纯培养：取6组100mLNB培养基，调节pH＝7；将Z6菌株菌悬液以总接菌量5%接入NB培养基，150r/min振荡培养，分别设置培养温度为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃；48h后取培养菌液经紫外分光光度计测菌液的OD

（2）BS菌株纯培养：取BS菌悬液操作同2.4.1（1）Z6菌株纯培养，确定纯培养菌株最适生长温度。

2.4.2 菌株共培养

取6组100mLNB培养基，调节pH＝7；将两种菌悬液按总接菌量5%、菌量比例1:1同时加入有氮培养基，150r/min振荡培养，分别设置培养温度为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃；48h后取共培养菌液经紫外分光光度计测菌液OD

图4是培养菌株最适生长温度曲线。

3、菌株共培养体系生长情况实验

3.1 纯培养菌株生长曲线

（1）Z6菌株纯培养生长曲线：100mLNB培养基，调节pH＝7；将Z6菌株菌悬液以总菌量5%接入NB培养基；30℃，130r/min振荡培养4d；培养期间每隔12h取菌液经紫外分光光度计测定菌液OD

（2）BS菌株纯培养生长曲线：取BS菌悬液操作同3.1（1）Z6菌株纯培养，确定纯培养菌株生长情况。

3.2 共培养菌株生长曲线

100mLNB培养基，调节pH＝7；将两种菌悬液按总接菌量5%、菌量比例1:1同时加入有氮培养基，30℃，130 r/min振荡培养4d；培养期间每隔12h取共培养菌液经紫外分光光度计测菌液的OD

图5是培养菌株生长曲线。

图1～图4显示两菌株在纯培养及共培养下的最适生长条件。菌株共培养物最适生长条件为pH 7，总接菌量5%，130 r/min，30℃~35℃。在优化菌株培养条件后，图5显示两菌株在纯培养及共培养下呈现出类似的生长趋势，且在每个时期内，共培养组中菌株生物量均高于纯培养菌株生物量，说明两菌株在同一环境中会对彼此生长有促进作用，是有效的共培养体系。

实施例

本发明菌株共培养物应用于浸出硅。

1、培养基与材料

粉煤灰：购自中国河南，200目粉煤灰

浸矿脱硅培养基：蔗糖5g/L、(NH

粉煤灰浸矿脱硅培养基：向盛有100mL浸矿脱硅培养基的锥形瓶中加入1g粉煤灰，调节pH=7，高温灭菌备用。

Z6菌重悬液：取实施例一Z6菌悬液10mL，6000 r/min离心10min弃上清液，用5mL0.9%灭菌生理盐水重悬制成Z6菌重悬液。

BS菌重悬液：取实施例一BS菌悬液10mL，6000 r/min离心10min弃上清液，用5mL0.9%灭菌生理盐水重悬制成BS菌重悬液。

2、实验方法

Z6组：向粉煤灰浸矿脱硅培养基中加入Z6菌重悬液（10mL Z6菌悬液制备），30℃、130r/min振荡培养16d。设置3组平行试验。

BS组：向粉煤灰浸矿脱硅培养基中加入BS菌重悬液（10mL BS菌悬液制备），30℃、130r/min振荡培养16d。设置3组平行试验。

共培养组：向粉煤灰浸矿脱硅养基中按1:1同时加入Z6菌重悬液与BS菌重悬液（均由10mL菌悬液制备），30℃、130 r/min振荡培养16d。设置3组平行试验。

CK组：粉煤灰浸矿脱硅培养基，30℃、130r/min振荡培养16d。

上述各组在培养期间，每2d分别取浸出液2mL，5000rpm离心10min，收集上清液，通过硅钼蓝分光光度法测量各组浸出液中硅离子含量。

图6是培养菌株对粉煤灰中硅浸出曲线（显示3组平行试验平均值）。

图6显示浸出液中Si的质量浓度随着浸出时间变化，Z6菌株最高浸出硅浓度21.59mg/L、较CK组提高191.4%，BS菌株最高浸出硅19.41 mg/L、较CK组提高161.9%，共培养组在第10d浸出硅量达到29.58 mg/L、较CK组提高299.2%，同时也分别高于高菌株纯培养的浸出效果。表明本发明构建的Z6菌株、BS菌株共培养物能够显著提升两菌株对硅的浸出效果。