缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂及应用

本发明涉及微生物，具体涉及一种缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂及应用。

背景技术：

1、全球甲烷和氧化亚氮减排迫在眉睫。甲烷和氧化亚氮是仅次于二氧化碳的重要温室气体种类，其增温潜势分别为二氧化碳的28倍和298倍。甲烷氧化菌是大气甲烷的唯一生物汇，是甲烷减排的关键参与者。甲烷氧化菌以甲烷作为唯一碳源和能源，能够减少温室气体排放。根据是否需要氧气，甲烷氧化菌分为好氧甲烷氧化菌和厌氧甲烷氧化菌。其中，厌氧甲烷氧化菌生长速度慢，且难以实现纯培养，而好氧甲烷氧化菌生长速度快，容易分离获得，具有更高的微生物应用价值。

2、在氧气波动大或者存在氧气梯度的环境中，例如水稻田、湿地和近海等环境，好氧甲烷氧化菌在氧气浓度高时，能够高效甲烷氧化；但在缺氧条件下，好氧甲烷氧化菌能够以硝酸盐或者亚硝酸盐作为电子受体，执行低效甲烷氧化。然而，绝大多数好氧甲烷氧化菌只能够进行部分反硝化过程，还原亚硝酸盐时，缺少氧化亚氮还原酶基因，会造成氧化亚氮的积累和释放，是潜在的氧化亚氮源。缺氧甲烷氧化速率低，且会产生温室气体氧化亚氮，这严重影响了好氧甲烷氧化菌在废水及水稻田等氧气含量波动较大的环境中应用。因此，需要找到既能提高缺氧甲烷氧化能力，又能减少氧化亚氮释放的好氧甲烷氧化菌复合菌剂。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂。

2、本发明的另一目的在于提供上述缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂的应用。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

4、一种缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂，包括甲烷氧化菌（ metylobacter sp.）和活性炭。

5、所述的甲烷氧化菌为甲烷氧化菌yrd-m2。甲烷氧化菌yrd-m2于2021年9月24日保藏在位于广州市先烈中路100号大院59号楼5楼广东省科学微生物研究所的广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为gdmcc no:61952。该甲烷氧化菌已在国家发明专利“cn202111291004.6-一株具有脱氮功能和缺氧抗逆性的甲烷氧化菌及其应用”中公开。

6、所述的活性炭优选为颗粒活性炭；更优选粒度为8-20 目的颗粒活性炭。所述的甲烷氧化菌和所述的活性炭按任意配比进行复配。本发明发现活性炭影响了在缺氧条件下甲烷氧化菌的代谢，其改变了甲烷氧化菌碳源和氮源的途径分配，更多碳源和氮源用于合成生物量，减少用于二氧化碳和氧化亚氮产生通路的碳源和氮源量。

7、所述的缺氧条件指的是溶解氧小于或者等于22.3 μmol/l的条件。

8、所述的复合菌剂的制备方法，为步骤（1）或步骤（2）：

9、（1）将活性炭和甲烷氧化菌混合，得到复合菌剂；

10、（2）在培养基中加入活性炭和甲烷氧化菌进行培养，得到的培养液为复合菌剂。

11、步骤（2）中所述的培养基优选为nms培养基；其组成如下：0.1～0.3 g/l七水合硫酸镁、0.10～0.18 g/l六水合氯化钙、0.5～1.5 g/l硝酸钾、45～55 ml/l 磷酸盐缓冲液、1.5～2.5 ml/l微量元素液，余量为水；更优选如下：0.2 g/l七水合硫酸镁、0.14 g/l六水合氯化钙、1 g/l硝酸钾、50 ml/l 磷酸盐缓冲液、2 ml/l微量元素液，余量为水。

12、所述的微量元素液的组成如下：0.5～1.5 g/l edta二钠、1.5～2.5 g/l七水合硫酸亚铁、0.7～0.9 g/l七水合硫酸锌、0.02～0.04 g/l四水合氯化锰、0.02～0.04 g/l硼酸、0.15～0.25g/l六水合氯化钴、0.5～0.7 g/l二水合氯化铜、0.01～0.03 g/l六水合氯化镍、0.04～0.06 g/l二水合钼酸钠，余量为水；更优选如下：1 g/l edta二钠、2 g/l七水合硫酸亚铁、0.8 g/l七水合硫酸锌、0.03 g/l四水合氯化锰、0.03 g/l硼酸、0.2 g/l六水合氯化钴、0.6 g/l二水合氯化铜、0.02 g/l六水合氯化镍、0.05 g/l二水合钼酸钠，余量为水。

13、所述的磷酸盐缓冲液的组成如下：5.44 g/l kh2po4、5.68 g/l na2hpo4，余量为水。

14、所述的水优选为蒸馏水、去离子水。

15、步骤（2）中所述的活性炭优选为颗粒活性炭；更优选粒度为8-20 目的颗粒活性炭。

16、步骤（2）中所述的活性炭的添加量按其在培养基中的浓度为15 g～25 g/l计算。

17、步骤（2）中所述的甲烷氧化菌为甲烷氧化菌yrd-m2。

18、步骤（2）中所述的甲烷氧化菌的接种体积优选为所述的培养基的体积的2～5%；更优选为所述的培养基的体积的4%。

19、步骤（2）中所述的培养的条件优选为在甲烷气体环境下避光培养。

20、所述的培养的温度优选为28～32℃；更优选为30℃。

21、所述的培养的时间优选为3～5天。

22、上述缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂，能在缺氧条件下利用亚硝酸盐，提高甲烷消耗量，减少氧化亚氮的产生，且培养基成分容易获得，使用量少，培养简单，成本低，在污水处理及农田温室气体减排领域有广泛的应用前景。上述缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂在环境修复中的应用；优选包括如下步骤：将上述缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂置于待修复的环境中培养即可。

23、所述的环境优选为含有甲烷和亚硝酸盐的缺氧环境，从而提高甲烷消耗和减少氧化亚氮产生。

24、所述的缺氧环境指的是溶解氧小于或者等于22.3 μmol/l的环境。

25、所述的环境为水体或土壤，优选为水体。

26、一种减少缺氧环境下甲烷和氧化亚氮排放的方法，包括如下步骤：将上述缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂置于含有甲烷和亚硝酸盐的缺氧环境中培养即可。

27、所述的缺氧环境指的是溶解氧小于或者等于22.3 μmol/l的环境。

28、所述的环境为水体或土壤，优选为水体。

29、所述的同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂的用量按其与所述的水体或土壤的体积比1～100：1000计算。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果表现为：

31、1、空气中的溶解氧浓度为7.56 mg/l（236 μmol/l、30℃），本发明提供的缺氧条件下能同步减少甲烷和氧化亚氮排放的复合菌剂能在氧气浓度≤22.3 μmol/l的缺氧条件下利用亚硝酸盐，有助于提高好氧甲烷氧化菌的甲烷消耗量，同时减少氧化亚氮的产生，为同步亚硝酸盐的减污及温室气体甲烷和氧化亚氮的减排提供了一种新方法。

32、2、本发明中的培养基成分容易获得，使用量少，培养简单，成本低，在污水处理领域及农田温室气体减排领域有广泛的应用前景。

33、3、本发明提供的方法具有操作简单、实用性强的特点，有利于大规模的工业应用。