[發明專利]一種高效篩選嗜酸微生物的裝置及其篩選方法

有效

• 申請號: 202110333715.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113214976B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 周洪波;周文博;孫見行;王玉光;程海娜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C12N1/02
• 分類號: C12N1/02;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04;C12M1/02;C12M1/00
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發明屬于環境微生物領域，具體是涉及一種篩選嗜酸微生物的裝置及其方法，包括生物反應器、與生物反應器通過管道和泵連接的儲液罐Ⅰ、儲液罐Ⅱ、儲液罐Ⅲ和尾液處理器，還包括磁力攪拌恒溫裝置和曝氣裝置。本發明裝置不僅可設置多種選擇壓力的組合，而且可以在強的磁力攪拌刮擦下避免底部加熱形成鐵釩等結垢，此外在連續篩選下形成更加平穩的選擇壓力，從而可以有針對性的快速篩選到目的性強且菌株活性強、耐受性高的菌株，能顯著縮短篩選目的嗜酸微生物的時間，最短周期為1周即可快速篩選出相應選擇壓力下的目的微生物。適用于多種嗜酸微生物的篩選，如經過誘變后的菌株或復合菌群、環境中的細菌樣品或其他來源的微生物。

技術領域

本發明屬于環境微生物領域，具體是涉及到一種高效篩選嗜酸微生物的裝置及其篩選方法。

背景技術

嗜酸微生物生長在最適pH值3.0以下的環境中，它們依靠氧化基質中的Fe²⁺為Fe³⁺和低價態硫(S⁰、硫代硫酸鈉、硫化氫)為硫酸根而獲取能量。多用于處理傳統技術難處理的復雜礦和回收低品位廢棄礦石，具有常規方法無法比擬的優點，如：無污染、低成本、不受礦種限制、低能耗、反應溫和等。近幾年，具有鐵和硫氧化等能力的嗜酸微生物在提取電子廢棄物中金屬、工業廢氣脫硫、煤炭脫硫等方面起著重要作用。同時在重金屬污染土壤修復以及相關重金屬污染治理等領域的研究和應用方面也越來越受到重視。

菌種活性較低是制約生物冶金和工業廢物處理過程的一個重要因素。一方面因為嗜酸微生物為自養微生物，生長比較緩慢，抵抗環境因素壓力如抗有機物、抗有毒金屬離子等的能力較差而導致活性不高甚至死亡。如Park等利用氧化亞鐵硫桿菌浸出含砷尾礦中的砷,當礦漿濃度為2％時，砷的浸出率達到80％，而當將礦漿濃度提高到4％時，提取率僅為25％，反應體系中細菌的生長受到了抑制。因此，目前針對嗜酸微生物的培養，科研人員大多把焦點集中到如何使用育種方法來提高菌種耐受性。

菌種選育包括突變體的產生和篩選，尤其篩選方法決定了育種的效率和效果。常見的篩選方法有液體批式培養、固體平板法和雙層平板法等，但在實際操作中存在著很多問題：例如，因為培養環境的選擇性，連續多次傳代培養之后往往導致其優勢菌群發生選擇性篩選而丟失，得不到理想的目的菌株或菌群；嗜酸性冶金微生物因其大多數為化能自養微生物，在固體平板分離培養基中形成單菌落的時間較長，很多嗜酸性微生物難以在固體平板上生存，且菌落平板中容易發生亞鐵氧化形成紅色鐵沉淀，整個培養基逐步由透明演化成鐵銹紅色，難以分辨出單菌落；固體培養基常使用瓊脂或瓊脂糖，在高溫或低pH下容易水解，因此不能用來篩選耐高溫和低pH的菌種等。雖然現在基因工程已經得到了很廣泛的應用，但目前對浸礦細菌的遺傳背景知識了解不多，以及缺乏有遺傳標志和優良基因的供體菌和受體菌，并且外源基因難于在自養菌中穩定表達。此外，浸礦細菌的應用領域基本是開放體系，基因工程菌的使用也存在生物安全性的擔憂，需要有嚴格的評估和審批程序。鑒于以上原因，當前在生物浸出工藝中使用基因工程菌存在技術上和法規上的障礙。因此，采用新型的菌種選育技術是嗜酸微生物研究領域的當務之急。

恒化器是一個簡單易于采用的培養微生物的實驗裝置，控制某一種營養物濃度，使其始終成為生長限制因子，而達到控制培養液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進行連續生長繁殖。由于沒有營養物質限制和代謝產物抑制，恒化器常用于提高菌株發酵代謝產物方面。目前有人發現恒化器可以提高土霉素的發酵產量；還有人利用恒化器篩選出了耐高產乳酸突變菌株，乳酸產量比出發菌株提高了18.1g/L。目前的恒化器裝置僅限于培養異養微生物，對于嗜酸微生物，由于其多為化能自養型鐵硫氧化細菌，生長在酸性環境中，且無需得到代謝產物，在恒化器中的培養及操作方式也明顯區別于自養微生物。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可快速得到優良目的菌株的高效篩選裝置及其篩選方法。