用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法

2023-12-12 17:23:37 1

專利名稱：：用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法
技術領域：
：本發明涉及環境汙染治理
技術領域：
，具體涉及利用紫葉鴨蹠草和益生菌劑協同作用富集去除汙水中的Cu等重金屬，從而實現汙水的生物修復。
背景技術：
：隨著社會與經濟的發展，人類在工農業生產中及生活消費中不斷向環境排放含重金屬的汙染物。目前，全世界平均每年排放Cu約340萬噸(崔德傑，張玉龍，2004)。重金屬對土壤的汙染來自工業"三廢"中重金屬的排放，含重金屬農藥、化肥的施用，廢水灌溉與汙泥農用。由於重金屬的滯留時間長，不能被植物或微生物降解等特點，致使水質變差，而且通過食物鏈進入人體，危及到人類的生命和健康。有關重金屬在植物內的富集積累以及對重金屬汙染水體的治理技術引起了全世界的重視。為了尋找更為有效、經濟、可行的治理方法，近年來，針對銅汙染的植物修復技術(phytoremediation)已引起了公眾及科學界的極大關注。利用植物材料吸收去除銅，也稱綠色修復或生物修復。銅的開採在我國有非常悠久的歷史，大約從夏代開始，中國進入青銅時代。到了商代及西周時期，青銅冶鑄業達到了很高的水平。目前我國銅礦分布廣泛，江西，雲南、甘肅、安徽、內蒙古、湖北、山西、等省地的銅儲量尤其豐富，但隨著銅礦的長期開採和冶煉、含Cu殺蟲劑(比如波爾多液)的長期使用和汙水汙泥灌溉的增多，使得水體與土壤Cu汙染的程度日益加劇，導致農產品中Cu超標(蔬菜中Cu的衛生國家標準為《10mg/kg)對人體的健康帶來了極大的危害。在我國重金屬汙染中，銅是一個主要的汙染元素。在江西、江蘇、浙江等地均存在大面積的受銅汙染的水體和土壤。通過超積累植物或富集植物從移走重金屬即植物修復是一種新興起的高效、廉價的綠色治理技術。而使用超富集植物是人們常採用的方法。據報導，目前己發現能富集重金屬的超積累植物700多種(顧繼光,周啟星,王新，2003),但公認的Cu超積累植物卻只有24種，而且這些Cu超積累植物只分布在非洲薩伊和尚比亞的銅礦帶。我國植物資源豐富,近幾年來陸續報導了海州香薷、酸模、戟葉酸模、小頭蓼、鴨蹠草等植物對Cu具有不同程度的忍耐和積累能力，利用我國原生銅耐性/富集植物海州香薷修復銅汙染土壤己獲中國專利授權(ZL200310108946.1，銅汙染土壤的生物原位修複方法)，束文聖，楊開顏等人(2001)經過對長江中下遊銅礦區植物資源進行調查研究發現海州香薷(A/Wofe/"5p/ew6few)、鴨蹠草(Comme//(3"aco附mwm's)禾口酸豐莫(ocetora丄/w".)是銅礦區的優勢植物。姜理英，石偉勇(2002)等在浙江3個礦區的調查發現，海州香薷含Cu量超過1000mg/kg的報導很少，僅在諸暨礦區有一個樣點海州香薷Cu含量達1060.4mg/kg，其他報導都沒有發現海州香薷Cu含量達到1000mg/kg。所以，從礦區調查來看，海州香薷稱為Cu的耐性植物更為合適(唐明燈，2008;SongJ,ZhaoFJ,LuoYM,McGrathSP,ZhangH.CopperuptakebyElsholtziasplendensandSilenevulgarisandassessmentofcopperphytoavailabilityincontaminatedsoils.EnvironmentalPollution,2004.)。黃長乾等在江西德興銅礦篩選的紫葉鴨蹠草(&^rea犯a;7wpweaSoom)在實驗室培育條件lOOOpmol*L—'硫酸銅培養液中生根、開花並完成生命史，且整株體內銅積累量高達1130mgkg—、因而鴨蹠草是Cu的超積累植物，在銅的超積累植物中，鴨蹠草最適宜在水體中生長。因此本發明使用鴨蹠草特別是紫葉鴨蹠草作為Cu汙染水體生物修復的材料，此外，鴨蹠草花葉俱美，生長迅速，繁殖力強，有些種類生物量還很大(如表l)，是治理汙水與美化環境的適宜植物。本發明利用鴨蹠草枝條在水體能快速生根的特性，製成生物浮床等用於水體汙染治理。表l幾種鴨蹠草的生物量紫葉鴨蹠草普通鴨蹠草無毛紫露草鴨蹠草種類生物量(kg/m2)9.197.627.36但在一些受銅汙染而有機質豐富的水體中，鴨蹠草容易受腐敗菌的危害而產生爛根現象，因此本發明中向水體加入益生菌劑來拮抗腐敗菌的繁殖，與鴨蹠草同時協同降解汙水中的有機物，淨化汙水。益生菌(probiotics)是指對人體和動、植物機體有益的菌。植物益生菌一般具有高效的多功能性，對一些有害真菌具有拮抗作用，可分泌生長素類物質促進植物生長發育以增加其生物量，分泌超氧化物歧化酶類以增強作物抗逆能力。通常使用的益生菌菌種如細菌類的地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、膠質芽孢桿菌，真菌類的黑麴黴、米麴黴，放線菌類的涇陽鏈黴菌等。益生菌菌劑有粉末裝和液體裝兩種劑型，粉末裝製劑的使用方法有拌種、浸種、包衣、蘸根(秧)或者葉面噴霧，液體裝菌劑就直接噴灑使用，菌劑使用的量為l(^l(^CFU/g或CFU/mL。鴨蹠草用於含銅汙水的生物修復後，收穫的植物用來提取有效藥物成分l一脫氧野尻黴素(DNJ)，為已申請專利所用的原料提供更廣闊的鴨蹠草來源，且治汙過4程即是生產提取DNJ原料的生產過程。1一脫氧野尻黴素(DNJ)及其衍生物是植物生物鹼，為植物在與昆蟲協同進化過程中形成的一大類具有防禦功能的次生代謝物質，作為(x—葡萄糖苷酶抑制劑，是治療糖尿病、肥胖症、病毒感染等疾病的有效藥物。多種植物具有合成和積累DNJ的特性，其中以桑的含量最高(桑葉中DNJ含量為0.11%)。而桑是蠶的飼料，用桑提取DNJ存在與蠶爭糧的問題。且桑葉中DNJ的含量與生長季節以及氣候溫度有關，隨著氣溫下降，DNJ含量也逐漸下降(歐陽臻，陳鈞，2003)，所以以桑葉為原料的DNJ提取產業受到資源的很大限制。而鴨蹠草中就含DNJ，有專利報導了利用鴨蹠草(Commelinacommunis.L)提取生物鹼(l一脫氧野尻黴素為代表)為化學本質的有效部位，含該有效部位的藥物可用作治療糖尿病、肥胖症及愛滋病等疾病。(中國專利，ZL02136313.7，一種具有a—糖苷酶抑制活性的中藥提取物的製備方法及用途)。提取出DNJ後的植物殘渣再用於生物堆肥處理，可根據其中銅含量進行適當的配料，使堆肥產品中有關金屬含量適宜微量元素含量的要求。本發明的創新之處在於採用人工生物浮床技術來吸收和富集重金屬銅，不僅淨化了水體，而且還具有良好的景觀效果。同時提取鴨蹠草中降糖藥用成分DNJ。這些綜合利用既降低了汙染治理成本，又有著良好的社會效益和環境效益。
發明內容本發明的目的在於提供一種既可作花卉植物又是銅的超富集植物鴨蹠草特別是紫葉鴨蹠草用於修復含銅汙水，美化水體的方法。為了實現上述目的，本發明採取的技術方案如下:在含汙染物銅的汙水加入益生菌劑，並種植鴨蹠草，當鴨蹠草生長到一定的生物量(作種源或綠化用植株時)或成熟期時，將植物部分或整體從汙染水體移走，收穫的鴨蹠草或紫葉鴨蹠草材料用於提取其中的l-脫氧野尻黴素(DNJ)。具體的操作可以是1.製備人工生物浮床。選用100xl00x4cm3平整泡沫板，按間距68cm、孔徑46cm打孔。用於扦插植根據鴨蹠草植株的大小或每孔扦插、或隔孔扦插。將栽培好植物的泡沫板放入汙染水體，用竹片和軟繩把浮床模板一塊塊連接起來。浮床整體組裝完成後，四周固定，浮床即構建完畢.2.在含汙染物銅的汙水加入益生菌劑。粉末裝菌劑型可以按照0.1lg/m2粉劑的比例直接灑在水體中，根據水體銅汙染程度的不同可以適當調節加入的菌劑量。液體裝菌劑型的加入量可以參照上述方法菌量使用。3.當鴨蹠草生長到一定的生物量(作種源或綠化用植株時)或成熟期時，將植物部分或整體從汙染水體移走，收穫的鴨蹠草材料用於提取其中的l-脫氧野尻黴素歸)。本發明中，使用益生菌劑作用是拮抗腐敗菌、分泌植物生長刺激素提高鴨蹠草的生物量和抗病能力，改善水質，菌株分別為芽孢桿菌、放線菌和真菌。上述的鴨蹠草可以採用鴨蹠草科紫竹梅屬紫葉鴨蹠草(&/CT^wa;w/pw^5co柳)；鴨蹠草屬鴨蹠草(Co附weZ/"fl丄/w");紫露草屬的紫露草(rratfesra""aiay")、無毛紫露草(7hM^c朋ft'avz7"g/"/朋a)禾Q"魏顧林，，紫露草(rra(ie化a"ft'a<3^^"0"/0"0'1/(7.『￡《"6//"〕等；吊竹梅屬的吊竹梅(Ze6n,"a/e"cf"/aSc/zw'z/)。其中，所述的益生菌劑包括細菌類的地衣芽孢桿菌劑(^^///^Z/cZ/em/or/T^)、膠質芽孢桿菌劑(83^//{73/77^/73^"05"5)、枯草芽孢桿菌劑(3flC/〃M^/&)、乳酸桿菌劑(丄arfoZ)a"7/M);真菌類的綠色木黴(7Wc/7ocfera7aW/7'tfe)或哈茨木黴(7Hc/c^ifer扁Aarz/fl"謂)、梅奇酵母(Me加/z"/Aow/a)、米麴黴(J，rg7'〃wso，ae)、黑麴黴04^erg/〃ww/ge";放線菌類涇陽鏈黴菌(5^印/ow^c^sJ/"gy/"gera的等等。加入益生菌後，促進了鴨蹠草的生長發育，根系要比不加益生菌時還要發達，生物量也相應增加5%15%。不加益生菌時，爛根現象比較嚴重，大約50%的植株因出現爛根而無法正常生長，加入益生菌後，鴨蹠草葉片增厚，根系粗壯，95%以上的植株都能在含銅汙水中正常生長，對一些有害菌起到了較好的防治效果。其中，所述收集鴨蹠草的方式是將長到成熟期的鴨蹠草從汙染水體上收割或連根移走，讓其再生或再移植鴨蹠草，重複操作，直到將水體中的Cu等重金屬減少到規定量以下，或採取流動水體進行汙水的連續修復。其中，所述收穫後的鴨蹠草材料可以用來提取有效成分DNJ或多糖類物質。圖1鴨蹠草提取DNJ的HPLC分析圖圖2銅離子對DNJ積累的影響鴨蹠草水培與銅測定的方法取相同生長狀況的整株鴨蹠草分別移植入各濃度處理的水溶液中，每瓶內放入一定量的植株，每個處理3個重複，每5天更換一次培養液，記錄植株生長變化情況。室內通風，並有光照，IO天后收穫植株製成分析樣品。樣品均採用HN03—&02法進行消化，HN03與H202體積比為3:1，利用原子吸收法(TAS986型，北京普西公司)測定其中重金屬Cu的含量。(l)銅處理實驗供試植株採於南京師範大學仙林校區。設置六個處理，分別為對照組CK(不加Cu);Cu處理組，Cu濃度分別為50pmol/L、6100|xmol/L、250pmol/L、500|xmol/L、1000nmol/L。取鴨蹠草母株，剪取大小一致長約810cm帶葉的節，分別移植入各濃度處理的水溶液中，在採光良好的環境中培養10天取樣分析。樣品均採用HNO3—H202法進行消化，HN03與H202體積比為3:1，利用原子分光光度計(TAS-986型)測定其Cu的含量。實驗結果見表2所示。表2鴨蹠草在水體中對重金屬的積累tableseeoriginaldocumentpage7在有機物豐富的銅汙染水體中，加入益生菌劑，加入菌劑後的水體中，鴨蹠草生長良好。(2)活性成分DNJ的提取先將收穫的鴨蹠草枝條製成粉狀，利用鹽酸或硫酸等其他酸用超聲波或微波輔助浸提後得DNJ提取液，用柱前絎生法HPLC-RP紫外檢測法測定其含量。色譜條件C!8色譜柱(250mmx4.6mm,5nm)(Agilent,USA);流動相為乙腈-醋酸溶液；柱溫25°C;體積流量1.0mL/min;進樣量20nL，檢測波長254nm。從鴨蹠草中提取DNJ的HPLC分析如圖l所示。各種銅離子濃度處理後，紫葉鴨蹠草枝條內活性成分DNJ的含量發生了變化。不同濃度Cu處理對紫葉鴨蹠草中DNJ含量的影響如圖2。由圖可知，實驗組鴨蹠草中DNJ含量與對照組相比有一定的提高。實施例l:將紫葉鴨蹠草OSWcre^eajra/7n^a50om)枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度50(imol/L的汙水中，汙水中同時加入地衣芽孢桿菌劑(595%)。實施例2將鴨蹠草(Cowme/Z"acwwraraiZ/朋)枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度250nmol/L的汙水中，水中同時加入枯草芽孢桿菌劑(B"c///^ra6ft'fo)0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，直至收穫時紫葉鴨蹠草的生長情況良好，植株的存活率比不加菌劑時提高了35%，運用SPSS分析軟體進行數fe方差分析，結果表明在此銅濃度處理下加了菌劑的實驗組的存活率與實驗組存在顯著差異(P^&^"/&v/rg/w'a加)枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度1OOOpmol/L的汙水中，水中同時加入乳酸桿菌劑(Za"o6ac77/^)0.11g/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，修復後水體中銅離子濃度為674.1pmol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為718.2nmol/L)。收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，提取分離DNJ。實施例5將〃魏顧林〃紫露草(7)mfesca""a""cfe"o"/a"fl')枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度5(Vmol/L的汙水中，水中同時加入黑麴黴菌劑04^erg///^w扭。0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，修復後水體中銅離子濃度為8.3^imol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為16.7^imol/L)。收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，提取分離DNJ。實施例6:將"田薺菜"紫露草(rratfesca""V'CAor/o"e')枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度100nmol/L的汙水中，水中同時加入哈茨木黴(7h'c/2O0fera7a/wra'朋腳)菌劑0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，修復後8水體中銅離子濃度為45.9pmol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為57.8,d/L)。收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，提取分離DNJ。實施例7:將"蓋紫力"紫露草(7VacfesrcOT"Vj;a"<ierao"/fl"a^"Zvw"e"6wg"")枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度250pmol/L的汙水中，水中同時加入梅奇酵母(Me"A"汰ow/")菌劑0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，修復後水體中銅離子濃度為116.44imol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為144.1pmol/L)。收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，提取分離DNJ。實施例8將"冰越橘〃紫露草(rraifeyca""aa"aferao"/a"a^//6er7/ce')枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度500pmol/L的汙水中，水中同時加入的枯草芽孢桿菌劑0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，修復後水體中銅離子濃度為226.2pmol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為253.7nmol/L)。提取分離DNJ。實施例9:將"小玩具〃紫露草(rra&scaM"aam/ewom'a"a2故/eDo/廠)枝條或植株製成浮床，種植於含銅離子濃度1000pmol/L的汙水中，水中同時加入涇陽鏈黴菌劑(&reptom>;cesJ!'"gW"ge腦X)0.1lg/m2，讓紫葉鴨蹠草在生長過程中充分吸收銅離子，收穫充分富集銅離子的紫葉鴨蹠草，修復後水體中銅離子濃度為650.9pmol/L(不加菌劑對照樣的水體中銅離子濃度為687.3pmol/L)。提取分離DNJ。實施例10:方法同例1，只是將紫葉鴨蹠草改為吊竹梅(Ze6n'"a，"^/aSc/z"/z/)。實施例ll:方法同例3,只是將紫露草改為〃白羽〃紫露草(rracfesra""'"aroferao"""fl^pe7)。9權利要求1.一種用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法，其特徵在於，在含汙染物銅的汙水中加入益生菌劑，並種植鴨蹠草，當鴨蹠草生長到作種源或綠化用植株或成熟期時，將植物的一部分或整體從汙染水體中移走，收穫的鴨蹠草作為用於提取1-脫氧野尻黴素的原料。2.根據權利要求1所述的用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法，其特徵在於，鴨蹠草是鴨蹠草科紫竹梅屬紫葉鴨蹠草(5^crea^flpwpwe"5oow);鴨蹠草屬鴨蹠草(Com附e/Z"aco附raww/s丄zVw);紫露草屬的紫露草(7h3ffifesrfl"""/^/7excriq/w)，或"魏顧林，，紫露草(rracfesro油'acr"i/era畫'a船'乂CPFegwe//"')或無毛紫露草(7>"srow"'avzVg/"/awa)等；或吊竹梅屬的吊竹梅(ZeZnV7a/ed"/<3Sc/w/z/)。3.根據權利要求l所述的用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法，其特徵在於，所說的生物修復是指將鴨蹠草製成植物修復浮層或種植淺水水域。4.根據權利要求l所述的用鴨蹠草對含銅汙水生物修復的方法，其特徵在於，所說的益生菌包括細菌、放線菌和真菌。全文摘要本發明涉及治理重金屬汙水植物修復技術，具體地說利用鴨蹠草科植物和微生物菌劑協同進行對含銅等重金屬汙水修復的方法。將鴨蹠草製成生物浮床放置於加有益生菌劑的銅汙染汙水中，利用植物對重金屬銅的吸附富集作用去除銅的汙染，菌劑的作用是拮抗腐敗菌、分泌生長素物質提高鴨蹠草的生物量，收穫的鴨蹠草作為提取降糖藥物脫氧野尻黴素(簡稱DNJ)的原料，使修復過程成為治汙、美化環境和得到DNJ原料的過程。文檔編號C02F101/20GK101560018SQ200910027229公開日2009年10月21日申請日期2009年5月25日優先權日2009年5月25日發明者剛唐,張顯球,李少鳳,章婷曦,陸長梅,雁陳,陳育如申請人:南京師範大學