本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种用于土壤修复的核壳结构微生物制剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着城市化和工业化进程的加快，城市和工业区附近的土壤重金属污染程度也在加剧，污染面积在逐渐扩大，据报道，目前我国重金属污染土壤已经超过2000万hm2。而且，土壤重金属污染具备隐蔽性、累积性、滞后性和长期性的特点，修复难度大，修复效果不佳等问题，因此，重金属污染是环境科技研究的重点。
目前，选择微生物进行土壤修复已经成为环境治理研究的热点，然而由于微生物本身不易在恶劣的环境下存活，这一研究成为了目前除了环境污染的主要障碍，为了能够使得微生物具备更好的适应能力，亟待研究能够有效保护微生物的同时能够有效处理环境污染。
技术实现要素：
发明目的：本发明通过提供一种能够有效去除土壤中的重金属污染的一种用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，核壳结构微生物制剂能有效与土壤中的重金属形成复合物从而达到去除土壤中重金属的目的。
本发明的另一目的在于提供一种制备核壳结构微生物制剂的方法。
本发明的另一目的在于提供了上述核壳结构微生物制剂在修复重金属污染土壤中的应用。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，该核壳结构微生物制剂由核壳结构的颗粒组成，所述核壳结构的颗粒包括复合制剂和附着在复合制剂表面的外部壳层；所述复合制剂包括沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；所述外部壳层包括纳米水凝胶的壳层。
其中，所述复合制剂和外部壳层的重量比为0.5：1～2。
其中，所述沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂重量比为0.5：1：1～2：3：5。
其中，所述复合制剂中，所述沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂的活菌含量为1×108～5×1010cfu/g，植物乳杆菌nj2205菌剂的活菌含量为3×109～8×1010cfu/g、所述枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂4×109～7×1010cfu/g。
其中，所述纳米水凝胶的粒径为100～300nm的水凝胶粒子。纳米水凝胶表面积很大，能够充分装载微生物菌剂，而且具有良好的生物相容性，不存在失活的问题。为了更好的适应于不同ph的土壤的修复，本发明的纳米水凝胶为具有ph敏感性的pmaa纳米水凝胶。该ph敏感性的pmaa纳米水凝胶适应于任何ph的环境下释放复合制剂。
在重金属污染的土壤中，土壤的ph也会随之改变，为了使得该微生物制剂能够更加有效的适应并处理重金属污染，本申请在微生物菌剂的表面涂覆了一层能够耐受ph的纳米水凝胶，通过二者的协同作用，大大提高了重金属的去除能力。
本发明内容还包括一种制备所述的用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的方法，该方法包括以下步骤：
1)将沼泽红假单胞菌dsm5859接种到种子培养基中培养到对数期，然后按培养基体积3％～6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到发酵培养基中，30～35℃下，摇床震荡180～220rpm，培养4～6天得到沼泽红假单胞菌dsm5859的发酵液，向该发酵液中加入膨润土，干燥，即得沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂；
2)将植物乳杆菌nj2205在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积3％～6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，35～37℃下，摇床震荡150～220rpm，培养36～48小时，加入活性炭，干燥，制得植物乳杆菌nj2205菌剂；
3)将枯草芽孢杆菌bncc188062在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％～10％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，30～35℃下，摇床震荡120～150rpm，培养36～48小时，加入膨润土，干燥，制得枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；
4)将步骤1)制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、步骤2)制备的植物乳杆菌nj2205菌剂、步骤3)制备的枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照0.5：1：1～2：3：5的质量比混合均匀得到复合制剂；
5)将纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。
其中，所述步骤1)的种子培养基为5～10g/l酵母膏、1～5g/l乙酸钠、1～5g/lmgso4、2～5g/lk2hpo4、5～15g/l蛋白胨、1～8g/l蛋氨酸加水配制而成的培养基。
其中，所述步骤1)的发酵培养基为10～15g/l酵母膏、2～6g/l乙酸钠、2～5g/lmgso4、3～6g/lk2hpo4、6～15g/l蛋白胨、3～5g/l蛋氨酸、1～5ml/l微量元素液加水配制而成的培养基。
其中，所述微量元素液为包括硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铜、氯化钠、钼酸钠、氯化钾、氯化钴、硼酸、氯化钙和水。
其中，所述步骤2)中植物乳杆菌nj2205培养过程中的培养基为常规mrs培养基中添加3％(w/v)蔗糖、2.5％(w/v)酵母膏和0.2％(w/v)kh2po4。
其中，所述步骤3)中枯草芽孢杆菌bncc188062培养过程中的培养基为牛肉膏5g/l、蛋白胨10g/l、葡萄糖10ml、氯化钠10g/l加水配制而成。
本发明内容还包括所述的用于土壤修复的核壳结构微生物制剂在重金属污染土壤修复中的应用。
有益效果：本发明首次将纳米水凝胶用于土壤修复领域，并且首次将沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂混合制备成复合菌剂，本发明通过将纳米水凝胶装载该复合制剂，能够更好的装载菌剂使得该菌剂不易失活，运用于土壤修复方面具备显著的效果，特别在用于修复重金属污染土壤中效果突出，对cd、cr、cu、ni和zn的去除率均达到了95％以上，而且该制剂环保不会造成二次污染，有利于土壤的大面积推广利用。
具体实施方式
本发明的沼泽红假单胞菌dsm5859购买于atcc细胞库、植物乳杆菌nj2205购买于常州益菌加生物科技有限公司、枯草芽孢杆菌bncc188062购买于bncc细胞库。本发明中所有的试剂均为市面上购买获得，本发明未提及的试剂、培养基均为常规培养基。本发明的以下实施例中采用的纳米水凝胶位具有ph敏感性的pmaa纳米水凝胶，该纳米水凝胶的粒径为100～300nm，该纳米水凝胶采用的是无皂化乳液聚合制备的丙烯酸纳米水凝胶。
实施例1
用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，该核壳结构微生物制剂由核壳结构的颗粒组成，所述核壳结构的颗粒包括复合制剂和附着在复合制剂表面的外部壳层；所述复合制剂包括沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；所述外部壳层包括纳米水凝胶的壳层。
其中，所述复合制剂和外部壳层的重量比为0.5：1。
具体的，该用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的制备方法如下：
1)将沼泽红假单胞菌dsm5859接种到种子培养基中培养到对数期，然后按培养基体积3％的接种量将培养到对数期的菌种接种到发酵培养基中，30℃下，摇床震荡180rpm，培养6天得到沼泽红假单胞菌dsm5859的发酵液，向该发酵液中加入膨润土，干燥，即得沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂；种子培养基为5g/l酵母膏、1g/l乙酸钠、1g/lmgso4、2g/lk2hpo4、5g/l蛋白胨、1g/l蛋氨酸加水配制而成的培养基；发酵培养基为10g/l酵母膏、2g/l乙酸钠、2g/lmgso4、3g/lk2hpo4、6g/l蛋白胨、3g/l蛋氨酸、1ml/l微量元素液加水配制而成的培养基。微量元素液为包括75g/l硫酸亚铁、21g/l硫酸锌、36g/l硫酸锰、6g/l硫酸铜、12g/l氯化钠、0.5g/l钼酸钠、0.5g/l氯化钾、0.02g/l氯化钴、4g/l硼酸、400g/l氯化钙和水。
2)将植物乳杆菌nj2205在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积3％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，35℃下，摇床震荡150rpm，培养36小时，加入活性炭，干燥，制得植物乳杆菌nj2205菌剂；植物乳杆菌nj2205培养过程中的培养基为常规mrs培养基中添加3％(w/v)蔗糖、2.5％(w/v)酵母膏和0.2％(w/v)kh2po4。
3)将枯草芽孢杆菌bncc188062在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，30℃下，摇床震荡120rpm，培养48小时，加入膨润土，干燥，制得枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；枯草芽孢杆菌bncc188062培养过程中的培养基为牛肉膏5g/l、蛋白胨10g/l、葡萄糖10ml、氯化钠10g/l加水配制而成。
4)将步骤1)制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、步骤2)制备的植物乳杆菌nj2205菌剂、步骤3)制备的枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照0.5：1：1的质量比混合均匀得到复合制剂；沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂的活菌含量为1×108cfu/g，植物乳杆菌nj2205菌剂的活菌含量为3×109cfu/g、所述枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂4×109cfu/g。
5)将ph敏感性的pmaa纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。该ph敏感性的pmaa纳米水凝胶粒径为100nm。
实施例2
用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，该核壳结构微生物制剂由核壳结构的颗粒组成，所述核壳结构的颗粒包括复合制剂和附着在复合制剂表面的外部壳层；所述复合制剂包括沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；所述外部壳层包括纳米水凝胶的壳层。
其中，所述复合制剂和外部壳层的重量比为0.5：2。
具体的，该用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的制备方法如下：
1)将沼泽红假单胞菌dsm5859接种到种子培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到发酵培养基中，35℃，摇床震荡220rpm，培养4天得到沼泽红假单胞菌dsm5859的发酵液，向该发酵液中加入膨润土，干燥，即得沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂；种子培养基为10g/l酵母膏、5g/l乙酸钠、5g/lmgso4、5g/lk2hpo4、15g/l蛋白胨、8g/l蛋氨酸加水配制而成的培养基；发酵培养基为15g/l酵母膏、6g/l乙酸钠、5g/lmgso4、6g/lk2hpo4、15g/l蛋白胨、5g/l蛋氨酸、5ml/l微量元素液加水配制而成的培养基。微量元素液为包括75g/l硫酸亚铁、21g/l硫酸锌、36g/l硫酸锰、6g/l硫酸铜、12g/l氯化钠、0.5g/l钼酸钠、0.5g/l氯化钾、0.02g/l氯化钴、4g/l硼酸、400g/l氯化钙和水。
2)将植物乳杆菌nj2205在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，37℃，摇床震荡220rpm，培养36小时，加入活性炭，干燥，制得植物乳杆菌nj2205菌剂；植物乳杆菌nj2205培养过程中的培养基为常规mrs培养基中添加3％(w/v)蔗糖、2.5％(w/v)酵母膏和0.2％(w/v)kh2po4。
3)将枯草芽孢杆菌bncc188062在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％～10％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，35℃，摇床震荡150rpm，培养36小时，加入膨润土，干燥，制得枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；枯草芽孢杆菌bncc188062培养过程中的培养基为牛肉膏5g/l、蛋白胨10g/l、葡萄糖10ml、氯化钠10g/l加水配制而成。
4)将步骤1)制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、步骤2)制备的植物乳杆菌nj2205菌剂、步骤3)制备的枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照2：3：5的质量比混合均匀得到复合制剂；沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂的活菌含量为5×1010cfu/g，植物乳杆菌nj2205菌剂的活菌含量为8×1010cfu/g、所述枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂7×1010cfu/g。
5)将ph敏感性的pmaa纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。该ph敏感性的pmaa纳米水凝胶粒径为300nm。
实施例3
用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，该核壳结构微生物制剂由核壳结构的颗粒组成，所述核壳结构的颗粒包括复合制剂和附着在复合制剂表面的外部壳层；所述复合制剂包括沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；所述外部壳层包括纳米水凝胶的壳层。
其中，所述复合制剂和外部壳层的重量比为0.5：1.5。
具体的，该用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的制备方法如下：
1)将沼泽红假单胞菌dsm5859接种到种子培养基中培养到对数期，然后按培养基体积4.5％的接种量将培养到对数期的菌种接种到发酵培养基中，32℃下，摇床震荡200rpm，培养5天得到沼泽红假单胞菌dsm5859的发酵液，向该发酵液中加入膨润土，干燥，即得沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂；种子培养基为7g/l酵母膏、3g/l乙酸钠、3g/lmgso4、3g/lk2hpo4、10g/l蛋白胨、4g/l蛋氨酸加水配制而成的培养基；发酵培养基为13g/l酵母膏、4g/l乙酸钠、3g/lmgso4、4g/lk2hpo4、10g/l蛋白胨、4g/l蛋氨酸、3ml/l微量元素液加水配制而成的培养基。微量元素液为包括75g/l硫酸亚铁、21g/l硫酸锌、36g/l硫酸锰、6g/l硫酸铜、12g/l氯化钠、0.5g/l钼酸钠、0.5g/l氯化钾、0.02g/l氯化钴、4g/l硼酸、400g/l氯化钙和水。
2)将植物乳杆菌nj2205在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积3％～6％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，36℃，摇床震荡180rpm，培养36～48小时，加入活性炭，干燥，制得植物乳杆菌nj2205菌剂；植物乳杆菌nj2205培养过程中的培养基为常规mrs培养基中添加3％(w/v)蔗糖、2.5％(w/v)酵母膏和0.2％(w/v)kh2po4。
3)将枯草芽孢杆菌bncc188062在培养基中培养到对数期，然后按培养基体积6％～10％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，30～35℃下，摇床震荡130rpm，培养40小时，加入膨润土，干燥，制得枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；枯草芽孢杆菌bncc188062培养过程中的培养基为牛肉膏5g/l、蛋白胨10g/l、葡萄糖10ml、氯化钠10g/l加水配制而成。
4)将步骤1)制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、步骤2)制备的植物乳杆菌nj2205菌剂、步骤3)制备的枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照2：3：5的质量比混合均匀得到复合制剂；沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂的活菌含量为2.5×1010cfu/g，植物乳杆菌nj2205菌剂的活菌含量为4×1010cfu/g、所述枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂3.5×1010cfu/g。
5)将ph敏感性的pmaa纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。该ph敏感性的pmaa纳米水凝胶粒径为200nm。
对比例1采用普通的纳米水凝胶制备的核壳结构微生物制剂
将实施例1制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照0.5：1：1的质量比混合均匀得到复合菌剂；将普通的粒径为100nm的纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。
对比例2采用不同的条件制备的复合菌剂制备的核壳结构微生物制剂
用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，该核壳结构微生物制剂由核壳结构的颗粒组成，所述核壳结构的颗粒包括复合制剂和附着在复合制剂表面的外部壳层；所述复合制剂包括沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、植物乳杆菌nj2205菌剂、枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂；所述外部壳层包括纳米水凝胶的壳层。
其中，所述复合制剂和外部壳层的重量比为0.2：1。
具体的，该用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的制备方法如下：
1)将沼泽红假单胞菌dsm5859接种到lb液体培养基中培养到对数期，然后按培养基体积1％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，28℃摇床震荡180rpm，培养6天得到沼泽红假单胞菌dsm5859的发酵液，向该发酵液中加入膨润土，干燥，即得沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂；
2)将植物乳杆菌nj2205在lb液体培养基中培养到对数期，然后按培养基体积1％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，30℃摇床震荡150rpm，培养36小时，加入活性炭，干燥，制得植物乳杆菌nj2205菌剂；
3)将枯草芽孢杆菌bncc188062在lb液体培养基中培养到对数期，然后按培养基体积1％的接种量将培养到对数期的菌种接种到lb液体培养基中，30℃下，摇床震荡120rpm，培养48小时，加入膨润土，干燥，制得枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂。
4)将步骤1)制备的沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂、步骤2)制备的植物乳杆菌nj2205菌剂、步骤3)制备的枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂按照0.5：1：1的质量比混合均匀得到复合制剂；沼泽红假单胞菌dsm5859菌剂的活菌含量为1×108cfu/g，植物乳杆菌nj2205菌剂的活菌含量为3×109cfu/g、所述枯草芽孢杆菌bncc188062菌剂4×109cfu/g。
5)将ph敏感性的pmaa纳米水凝胶均匀涂覆至步骤4)制得的复合制剂表面，干燥，即得到所述核壳结构微生物制剂。该ph敏感性的pmaa纳米水凝胶粒径为100nm。
实施例4
用于土壤修复的核壳结构微生物制剂对土壤中重金属的降解能力测试：
1)选取江苏省南京市江宁区汤山附近的重金属污染的土壤样品，属于粘土性土壤。样品经自然风干后，研碎，过100目尼龙筛平均分成15份，分别置于消毒后的容器中，将15份灭菌后的土壤分成5组，每组3份。
2)取实施例1～3和对比例1～2制得的用于土壤修复的核壳结构微生物制剂，每个实施例/对比例制得的用于土壤修复的核壳结构微生物制剂对应加入到其中一组土壤中，混合均匀，其中土壤中加入的用于土壤修复的核壳结构微生物制剂的质量占土壤质量的0.5％。
3)两个月后检测经处理后的土壤中重金属的含量，每组3份取平均值，结果如表1所示。
表1