一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法

1.本发明涉及生态环境保护技术领域，尤其涉及一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法。


背景技术：

2.臭氧(o3)在吸收紫外线、杀菌与消毒等方面发挥了重要作用。然而近地面空气中较高浓度的o3对生物体及生态系统健康有害。近地面o3主要由空气中的氧气与机动车尾气、工业废弃等排放的氮氧化物(nox)和挥发性有机物(vocs)在太阳紫外线照射下发生光化学反应生成。
3.在臭氧浓度达到50ppb时，人就会开始出现鼻粘膜和咽喉粘膜刺激的症状，随着浓度上升，还会出现嗓子痛、咳嗽、头痛、胸闷等一系列症状。在较高的臭氧浓度下，肺功能会受到明显影响，甚至会导致肺气肿、意识障碍和死亡。根据臭氧对人体健康的影响，我国环境空气质量标准(gb3095-2012)规定，环境空气中臭氧浓度的上限值为：日最大8小时平均值一级100μg/m3，二级160μg/m3。当监测值超过160μg/m3时，人体就能明显感觉到不适，因此，我国室内空气质量标准(gb/t 18883-2002)规定，o3浓度1小时平均值应不大于160μg/m3。
4.目前控制o3污染的方式主要集中于控制前体物质的排放，即nox和vocs的消减。室内空气o3的消除方法主要有：通风换气、活性炭吸附、催化分解等，但受到外界空气质量的影响或成本较高。前期研究发现，植物能够使污染空气中的o3浓度显著降低，但过高浓度的臭氧会对植物产生伤害。
5.植物的地上部分(包括：叶、茎、花、果)的表面生存着大量微生物，称为叶际微生物。叶际微生物对植物的生长发育、病虫害防治、有机污染物降解等具有重要作用，发挥着重要的生态功能。发明人的研究发现，数量巨大且功能多样的叶际微生物大部分暴露于空气中，能够去除或转化空气中的臭氧，从而减轻空气中的o3污染。植物的叶、茎表面积巨大，对空气中的污染物具有较强的吸附作用，也能部分消减、代谢污染物。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法；本发明将分离筛选的叶际植物促生菌制备成生物强化菌接种剂，适量接种在景观植物叶片上，接种的叶际植物促生菌具有清除o3的能力，也可提高植物抗o3胁迫的能力并增强植物的净化效率；再将接种了植物促生菌的景观植物均匀摆放在o3污染的室内空间，用电风扇驱动空气循环，提高空气与植物叶片的接触机会及对臭氧的净化效率。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
8.本发明提供了一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，包括如下步骤：
9.(1)以植物叶片提取物和马铃薯淀粉废水为主要原料制备植物促生菌培养基；
10.(2)将植物叶面上分离筛选获得的适宜叶际生存并能够提高植物抗逆性的植物促生菌高效菌株接种到步骤(1)中制备的培养基中，好氧培养，得到植物促生菌培养液；
11.(3)在步骤(2)中所述的植物促生菌培养液中加入甘油和鼠李糖脂，得到植物促生菌接种剂；
12.(4)用水稀释步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂，得到植物促生菌接种液，将所述接种液喷施于植物叶片的正反两面，得到接种了植物促生菌的植物；
13.(5)将步骤(4)中所述的接种了植物促生菌的植物，按照植物冠层体积与室内空气体积的比例为1:50～150摆放在臭氧污染的室内空间。
14.优选的，步骤(1)中所述的植物促生菌培养基的制备过程：采集新鲜叶片1.5～3kg，放置于50l反应釜中，加入30l自来水，100℃煮沸5～10分钟；去除叶片，即获得叶片浸提液；从马铃薯淀粉生产车间收集新鲜的马铃薯淀粉废水，用自来水稀释到cod浓度为10～15g/l，按照体积比1:1加入叶片浸提液，用氢氧化钠溶液调节ph值到7.0～8.0，于115℃高压灭菌10～15分钟，得到植物促生菌培养基。
15.优选的，步骤(2)中所述植物促生菌包括枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌中的一种或两种，所述枯草芽孢杆菌保藏编号为cgmcc no.8188、所述多粘类芽孢杆菌保藏编号为cgmcc no.2377。
16.优选的，步骤(2)中所述的植物促生菌好氧培养过程包括：将步骤(1)中制备的培养基按照100～200ml/瓶装液量分装入500ml三角瓶中，于115℃高压灭菌5～10分钟，自然降温至接近室温，在超净台中，将斜面保藏的植物促生菌接种至液态培养基中，放入恒温震荡器中，于25～35℃，100～200转/分钟震荡培养18～36h，得到植物促生菌活化菌液；再按照体积比2％～6％的接种量，将植物促生菌活化菌液接种到盛有植物促生菌培养基的生物反应器中，通无菌空气，于25～35℃培养15～30h；有效活菌数达到2
×
109cfu/ml以上，停止培养，得到植物促生菌培养液。
17.优选的，步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂的制备过程包括：向步骤(2)中所述的植物促生菌培养液中按照体积比加入0.5％～1％的甘油，0.2％～0.5％鼠李糖脂，即获得植物促生菌接种剂，置于2～10℃的冷藏箱中保存备用。
18.优选的，步骤(4)中所述的接种了植物促生菌的植物的制备过程包括：用水稀释步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂，得到有效活菌数为5
×
106～5
×
107cfu/ml的植物促生菌接种液；再将所述接种液喷施于植物叶片的正反两面，喷施的量为使叶面的润湿面积≥70％。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.本发明中的植物促生菌具有提高植物耐受o3胁迫和提高植物净化空气效率的功能。本发明培养植物促生菌的培养基是用植物叶片提取液和马铃薯淀粉废水配制，能够提高植物促生菌适宜叶际环境生存，而且实现了高浓度废水的资源化利用。利用叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法具有提高空气中臭氧净化的效果，叶际微生物与植物的协同去除空气中的臭氧，在美化环境的同时提高了空气净化效率，具有操作简单、环境友好、效果显著、成本低廉的优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例3的空气中臭氧浓度的变化曲线；
23.图2为本发明实施例4的空气中臭氧浓度的变化曲线；
24.图3为本发明实施例5的空气中臭氧浓度的变化曲线。
25.保藏说明
26.枯草芽孢杆菌，拉丁文名称为bacillussubtilis，保藏单位名称为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2013年09月16日，保藏编号为cgmcc no.8188；
27.多粘类芽孢杆菌，拉丁文名称为paenibacilluspolymyxa，保藏单位名称为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2008年02月26日，保藏编号为cgmccno.2377。
具体实施方式
28.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
29.实施例1
30.多粘类芽孢杆菌生物强化菌接种剂的制备：
31.制备生物强化接种剂中多粘类芽孢杆菌的培养基：采集新鲜的鹅掌柴叶片2kg，放置于50l反应釜中，加入30l自来水，100℃煮沸10分钟；去除叶片，即获得叶片浸提液；从马铃薯淀粉生产车间收集新鲜的马铃薯淀粉废水，用自来水稀释到cod浓度为10g/l，按照体积比1:1加入叶片浸提液，用氢氧化钠溶液调节ph值到7.0～7.3，于115℃高压灭菌10分钟，即获得多粘类芽孢杆菌培养基。
32.培养多粘类芽孢杆菌：将上述植物促生菌培养基按照200ml/瓶装液量分装入500ml三角瓶中，于115℃高压灭菌10分钟，自然降温至接近室温，在超净台中，将斜面保藏的多粘类芽孢杆菌接种至液态培养基中，放入恒温震荡器中，于30℃，150转/分钟震荡培养24h，得到多粘类芽孢杆菌活化菌液；再按照体积比5％的接种量，将多粘类芽孢杆菌活化菌液接种到盛有多粘类芽孢杆菌培养基的生物反应器中，通无菌空气，于30℃培养20h；有效活菌数达到2
×
109cfu/ml以上，停止培养，即得到多粘类芽孢杆菌培养液。
33.配制多粘类芽孢杆菌生物强化接种菌剂：向多粘类芽孢杆菌培养液中按照体积比加入0.5％的甘油，0.3％鼠李糖脂，即获得多粘类芽孢杆菌生物强化接种菌剂，置于2～6℃的冷藏箱中保存待用。
34.实施例2
35.枯草芽孢杆菌生物强化菌接种剂的制备：
36.制备生物强化接种剂中枯草芽孢杆菌的培养基：采集新鲜的大叶黄杨叶片3kg，放置于50l反应釜中，加入30l自来水，100℃煮沸5分钟；去除叶片，即获得叶片浸提液；从马铃
薯淀粉生产车间收集新鲜的马铃薯淀粉废水，用自来水稀释到cod浓度为15g/l，按照体积比1:1加入叶片浸提液，用氢氧化钠溶液调节ph值到7.5-8.0，于115℃高压灭菌10分钟，即获得枯草芽孢杆菌培养基。
37.培养枯草芽孢杆菌：将上述枯草芽孢杆菌培养基按照150ml/瓶装液量分装入500ml三角瓶中，于115℃高压灭菌5分钟，自然降温至接近室温，在超净台中，将斜面保藏的枯草芽孢杆菌接种至液态培养基中，放入恒温震荡器中，于30℃，150转/分钟震荡培养24h，得到枯草芽孢杆菌活化菌液；再按照体积比3％的接种量，将枯草芽孢杆菌活化菌液接种到盛有植物促生菌培养基的生物反应器中，通无菌空气，于30℃培养18h；有效活菌数达到3
×
109cfu/ml以上，停止培养，即得到枯草芽孢杆菌培养液。
38.配制枯草芽孢杆菌生物强化接种菌剂：向植物促生菌培养液中按照体积比加入0.6％的甘油，0.2％鼠李糖脂，即获得枯草芽孢杆菌生物强化接种菌剂，置于2～6℃的冷藏箱中保存待用。
39.实施例3
40.多粘类芽孢杆菌与植物协同净化空气中的臭氧，步骤如下：
41.在植物叶片上接种多粘类芽孢杆菌：用自来水稀释多粘类芽孢杆菌接种剂，使接种液中的有效活菌数为2
×
107cfu/ml，用喷雾器将稀释的菌液均匀喷施到鹅掌柴叶片的正反面，使叶面的润湿面积达到80％以上。
42.叶际微生物多粘类芽孢杆菌与植物协同净化空气：将接种了多粘类芽孢杆菌的盆栽鹅掌柴(即植物接种组)，按照植物冠层体积:室内空气体积＝1:100，均匀摆放在模拟o3污染空气的烟雾箱中，以只喷水而未接种生物强化菌的盆栽鹅掌柴为对照组，以空花盆为空白组；打开臭氧发生器，向箱内通入25min臭氧，停止通臭氧时，烟雾箱内的臭氧浓度为121ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为43.5ppb，接种了多粘类芽孢杆菌菌液的鹅掌柴(植物接种组)对臭氧的消减率为64％；对照组为在叶片上只喷无菌水的鹅掌柴，同样放于另一个相同的烟雾箱中，向箱内通臭氧25min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为142ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为79.6ppb，对照组鹅掌柴(即植物净化组)对臭氧的消减率为43.8％；空白组为在同样的烟雾箱内放置无植物空盆，向箱内通臭氧25min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为178ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为130ppb，自然状态下无植物的空白组臭氧的消减率为27％，均显著低于喷无菌水的对照组与接种植物促生菌的植物消减效率，其中接种了多粘芽孢杆菌的植物对臭氧的净化效率比对照组提升了20％。
43.实施例4
44.枯草芽孢杆菌与植物协同净化空气中的臭氧，步骤如下：
45.在植物叶片上接种枯草芽孢杆菌：用自来水稀释枯草芽孢杆菌接种剂，使接种液中的有效活菌数为3
×
107cfu/ml，用喷雾器将稀释的菌液均匀喷施到大叶黄杨叶片的正反面，使叶面的润湿面积达到90％以上。
46.叶际微生物枯草芽孢杆菌与植物协同净化空气：将接种了枯草芽孢杆菌的盆栽大叶黄杨(即植物接种组)，按照植物冠层体积:室内空气体积＝1:80，均匀摆放在模拟o3污染空气的烟雾箱中，以只喷水而未接种生物强化菌的盆栽枯草芽孢杆菌为对照组，以空花盆为空白组；打开臭氧发生器，向箱内通入25min臭氧。
47.臭氧浓度随时间的变化曲线如附图2所示。停止通臭氧时，烟雾箱内的臭氧浓度为135ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为44ppb，接种了枯草芽孢杆菌菌液的大叶黄杨(植物接种组)对臭氧的消减率为67％；对照组为在叶片上只喷无菌水的大叶黄杨，同样放于另一个相同的烟雾箱中，向箱内通臭氧25min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为139ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为92ppb，对照组大叶黄杨(即植物净化组)对臭氧的消减率为34％；空白组为在同样的烟雾箱内放置无植物空盆，向箱内通臭氧25min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为185ppb，经25min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为146ppb，自然状态下(即无植物组)臭氧的消减率为21％，均低于喷无菌水与喷菌液的植物消减效率，其中接种了枯草芽孢杆菌菌液的大叶黄杨，臭氧的净化效率提升了33％。
48.实施例5
49.叶际微生物复合菌群与植物协同净化空气中的臭氧，步骤如下：
50.在植物叶片上接种多粘类芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌：用自来水稀释实施例1中的多粘类芽孢杆菌接种剂，使接种液中的有效活菌数为2
×
107cfu/ml；用自来水稀释实施例2中的枯草芽孢杆菌接种剂，使接种液中的有效活菌数为3
×
107cfu/ml；将以上两种接种剂按照体积比1:1混合均匀，用喷雾器将稀释的混合菌液均匀喷施到鹅掌柴叶片的正反面，使叶面的润湿面积达到80％以上。
51.叶际微生物复合菌群与植物协同净化空气：将接种了多粘类芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的盆栽鹅掌柴，按照植物冠层体积:室内空气体积＝1:100，均匀摆放在模拟o3污染空气的烟雾箱中(即植物接种组)，以只喷水而未接种生物强化菌的盆栽鹅掌柴为对照组，以空花盆为空白组。打开臭氧发生器，向箱内通入30min臭氧。
52.臭氧浓度随时间的变化曲线如图3所示。由图3可知，停止通臭氧时，烟雾箱内的臭氧浓度为131ppb，经30min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为31ppb，接种了混合菌液的鹅掌柴(植物接种组)对臭氧的消减率为77％；在叶片上只喷无菌水的对照组鹅掌柴，放置于另一个烟相同的雾箱中，向箱内通臭氧30min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为158ppb，经30min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为95ppb，对照组鹅掌柴(即植物净化组)对臭氧的消减率为40％；空白组为在同样的烟雾箱内放置无植物空盆，向箱内通臭氧30min，停止通臭氧时，烟雾箱内臭氧浓度为192ppb，经30min的消减后，烟雾箱内的臭氧浓度为141ppb，自然状态下(即无植物组)臭氧的消减率为27％，均低于喷无菌水与喷菌液的植物消减效率，其中接种了混合菌液的鹅掌柴，臭氧的净化效率提升了36％。
53.综上所述，本发明将分离筛选的高效叶际植物促生菌制备成生物强化菌接种剂，适量接种在景观植物叶片上，可协同促进空气中臭氧净化的效果，微生物与植物的协同作用能够有效去除空气中的臭氧，在美化环境的同时提高了空气净化效率，具有操作简单、环境友好、效果显著、成本低廉的优点。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以植物叶片提取物和马铃薯淀粉废水为主要原料制备植物促生菌培养基；(2)将植物叶面上分离筛选获得的适宜叶际生存并能够提高植物抗逆性的植物促生菌高效菌株接种到步骤(1)中制备的培养基中，好氧培养，得到植物促生菌培养液；(3)在步骤(2)中所述的植物促生菌培养液中加入甘油和鼠李糖脂，得到植物促生菌接种剂；(4)用水稀释步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂，得到植物促生菌接种液，将所述接种液喷施于植物叶片的正反两面，得到接种了植物促生菌的植物；(5)将步骤(4)中所述的接种了植物促生菌的植物，按照植物冠层体积与室内空气体积的比例为1:50～150摆放在臭氧污染的室内空间。2.根据权利要求1所述的一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，步骤(1)中所述植物促生菌培养基的制备过程：采集新鲜叶片1.5～3kg，放置于50l反应釜中，加入30l自来水，100℃煮沸5～10分钟；去除叶片，即获得叶片浸提液；从马铃薯淀粉生产车间收集新鲜的马铃薯淀粉废水，用自来水稀释到cod浓度为10～15g/l，按照体积比1:1加入叶片浸提液，用氢氧化钠溶液调节ph值到7.0～8.0，于115℃高压灭菌10～15分钟，得到植物促生菌培养基。3.根据权利要求1所述的一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，步骤(2)中所述植物促生菌包括枯草芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌中的一种或两种，所述枯草芽孢杆菌保藏编号为cgmccno.8188、所述多粘类芽孢杆菌保藏编号为cgmccno.2377。4.根据权利要求1所述的一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的植物促生菌好氧培养过程包括：将步骤(1)中制备的培养基按照100～200ml/瓶装液量分装入500ml三角瓶中，于115℃高压灭菌5～10分钟，自然降温至接近室温，在超净台中，将斜面保藏的植物促生菌接种至液态培养基中，放入恒温震荡器中，于25～35℃，100～200转/分钟震荡培养18～36h，得到植物促生菌活化菌液；再按照体积比2％～6％的接种量，将植物促生菌活化菌液接种到盛有植物促生菌培养基的生物反应器中，通无菌空气，于25～35℃培养15～30h；有效活菌数达到2
×
109cfu/ml以上，停止培养，得到植物促生菌培养液。5.根据权利要求1所述的一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂的制备过程包括：向步骤(2)中所述的植物促生菌培养液中按照体积比加入0.5％～1％的甘油，0.2％～0.5％鼠李糖脂，即获得植物促生菌接种剂，置于2～10℃的冷藏箱中保存备用。6.根据权利要求1所述的一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的接种了植物促生菌的植物的制备过程包括：用水稀释步骤(3)中所述的植物促生菌接种剂，得到有效活菌数为5
×
106～5
×
107cfu/ml的植物促生菌接种液；再将所述接种液喷施于植物叶片的正反两面，喷施的量为使叶面的润湿面积≥70％。

技术总结
本发明属于生态环境保护技术领域，本发明提供了一种叶际微生物与植物协同净化空气中臭氧的方法。本发明方法包括以植物叶片提取物和马铃薯淀粉废水为主要原料制备培养基，培养叶际植物促生菌，制备植物促生菌接种剂，在植物叶片上接种植物促生菌再将接种了植物促生菌的盆栽植物均匀摆放在臭氧污染的室内等步骤。本发明方法可达到叶际微生物与植物协同净化空气的效果。该方法利用叶际微生物与植物的协同作用，净化空气中臭氧的效率高，且操作简单、环境友好、成本低廉，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。


技术研发人员：白志辉 韦欣媛 刘佳瑜 张紫萱 宋曼娇 庄绪亮
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/8/28