[發(fā)明專利]厭氧產(chǎn)電菌分離及電化學(xué)活性鑒定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310284254.6
• 申請(qǐng)日: 2013-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN104277991A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱葛夫;鄒然;劉超翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類號(hào): C12N1/20
• 分類號(hào): C12N1/20;G01N27/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及厭氧產(chǎn)電菌分離及電化學(xué)活性檢驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

微生物燃料電池（MFC）是一種利用具有產(chǎn)電活性的微生物將有機(jī)質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。產(chǎn)電菌分解有機(jī)底物，釋放出電子和質(zhì)子，傳輸?shù)疥帢O從而形成電流和水。目前對(duì)MFC的研究重點(diǎn)集中在以下四個(gè)方面：反應(yīng)器的設(shè)計(jì)；底物的選擇；電極材料的優(yōu)化；微生物的分離。MFC掛膜啟動(dòng)的本質(zhì)為產(chǎn)電菌和其他種群微生物競(jìng)爭(zhēng)，在電極表面附著形成生物膜的過(guò)程。微生物在降解有機(jī)物和轉(zhuǎn)移電子方面發(fā)揮重要作用，電活性高的菌株，轉(zhuǎn)化有機(jī)底物速率快，能量轉(zhuǎn)化效率高，輸出功率密度也較高。因此，產(chǎn)電菌的種類及能否形成優(yōu)勢(shì)種群是MFC成功啟動(dòng)的關(guān)鍵因素，高效產(chǎn)電菌的獲得及對(duì)其產(chǎn)電機(jī)理的研究將推動(dòng)MFC的研究進(jìn)展。

目前，已經(jīng)從MFC中分離出的產(chǎn)電微生物主要有：地桿菌?（Geobacteracae）、?希瓦氏菌?（Shewanella）、?假單孢菌（Pseudomonas）、梭菌屬（Clostridium）、脫硫單菌(Desulfuromonas)和鐵還原紅育菌?（Rhodofoferax?ferrireducens）等。雖然產(chǎn)電菌的分離工作在近年得到了較大發(fā)展，但還存在一定的局限性，因?yàn)榇蠖鄶?shù)嚴(yán)格厭氧產(chǎn)電菌對(duì)氧氣的條件要求苛刻，而保持絕對(duì)厭氧條件比較困難，而且不經(jīng)濟(jì)。所以，目前在實(shí)驗(yàn)室能純培養(yǎng)出的厭氧產(chǎn)電菌種類非常有限，而即使運(yùn)用分離培養(yǎng)技術(shù)得到的菌種也較難進(jìn)入培養(yǎng)狀態(tài)，分離純化技術(shù)的局限性限制了人們對(duì)產(chǎn)電菌的認(rèn)識(shí)與調(diào)控。

亨蓋特滾管技術(shù)是1950年由美國(guó)微生物學(xué)家亨蓋提出并應(yīng)用于瘤胃厭氧微生物研究的一種厭氧培養(yǎng)技術(shù)。這種厭氧培養(yǎng)技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)而日趨完善，多年來(lái)的實(shí)踐證明，它是目前應(yīng)用最為廣泛、研究嚴(yán)格厭氧菌的一種非常有效的技術(shù)。本發(fā)明中將亨蓋特滾管技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)電菌的分離，但是，由于該套技術(shù)在操作裝置、操作步驟等方面還存在一定缺陷，還需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行必要的改良。

此外，培養(yǎng)基對(duì)菌株的選擇起重要作用，其對(duì)產(chǎn)電菌的分離有決定性的影響，是產(chǎn)電菌分離的基礎(chǔ)，通過(guò)改變培養(yǎng)基的配制方法或添加特定的成分，是實(shí)現(xiàn)特異性產(chǎn)電菌分離純化的主要途徑。

現(xiàn)有厭氧產(chǎn)電菌的分離和電化學(xué)活性的鑒定方法，主要還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）亨蓋特滾管分離整套裝置中的滾管機(jī)和定量加樣器價(jià)格昂貴，實(shí)際試驗(yàn)中難以獲得實(shí)用易操作的的成套設(shè)備。

（2）現(xiàn)有產(chǎn)電菌分離所采用的培養(yǎng)基，雖然基本組成營(yíng)養(yǎng)豐富，但由于配制步驟不正確或配比不合理，不能充分發(fā)揮每種營(yíng)養(yǎng)成分的功能，而不利于產(chǎn)電菌生長(zhǎng)，同時(shí)獲得的菌株電活性不強(qiáng)。

（3）滾管操作的稀釋倍數(shù)選擇時(shí)，由于不同菌落大小不同，生長(zhǎng)速率也不同，若滾管采用的稀釋倍數(shù)太小，則形成菌落密而小，不易挑出單菌落；若采用的稀釋倍數(shù)太大，則很可能難找到生長(zhǎng)完整的菌落。

（4）一般分離出的產(chǎn)電菌為好氧或者兼性厭氧，而嚴(yán)格厭氧產(chǎn)電菌分離成功較少，一方面由于嚴(yán)格厭氧菌生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，長(zhǎng)期的嚴(yán)格厭氧條件難以達(dá)到；另一方面由于在采用煮沸法或加入還原劑的方法去除氧氣的過(guò)程中，由于水分蒸發(fā)和還原劑酸性問(wèn)題，導(dǎo)致培養(yǎng)基pH條件難以控制。

（5）由于滾管操作和擴(kuò)大培養(yǎng)需反復(fù)進(jìn)行多次才能分離出純菌株，純化過(guò)程中容易染上雜菌，獲得單菌落的成功率低；

（6）分離出電化學(xué)活性菌株后，采用回投至滅菌反應(yīng)器的方法進(jìn)行電化學(xué)活性的檢驗(yàn)，操作繁瑣且周期長(zhǎng)。也有采用重新回投到MFC反應(yīng)器中進(jìn)行電化學(xué)活性鑒定，但操作周期長(zhǎng)，且純菌MFC啟動(dòng)較為困難，也容易染上雜菌而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種厭氧產(chǎn)電菌的分離及電化學(xué)活性鑒定方法，解決了產(chǎn)電菌分離中滾管整套設(shè)備購(gòu)置困難、培養(yǎng)基配制方法和厭氧滾管操作稀釋倍數(shù)選擇不合理、分離時(shí)嚴(yán)格厭氧條件較難達(dá)到、反復(fù)操作步驟和較長(zhǎng)的篩選周期容易染上雜菌和純菌的電化學(xué)活性的檢驗(yàn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。