产电微生物的快速筛选及其产电特性研究

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产电微生物通过将自身代谢产生的电子传递至细胞外,促进细胞外物质的氧化还原转化,参与多种重要的元素循环过程,在绿色化工、生物能源和环境修复等方面拥有广阔的应用前景。然而目前有关产电微生物的筛选分离方法比较单一、且效率较低,已获得的产电微生物数量和种类相当有限,对其产电机制了解较少,在很大程度上限制了产电微生物相关研究的深入开展。本研究通过建立产电微生物的快速筛选分离新方法,分离、鉴定新型的产电微生物,并探究其胞外电子传递特性,为产电微生物研究提供菌种资源及理论参考。主要研究内容及结果如下:(1)建立了“梯度稀释-偶氮还原”的产电微生物快速筛选方法。以长期稳定产电超过3年的沉积物微生物燃料电池阳极泥样为初始接种物,经梯度稀释后采用偶氮涂布平板和划线纯化的方法从中筛选分离出34株纯菌。16S r RNA基因分析结果显示主要归属于Bacillus,Bosea,Ensifer,Lysinibacillus,Paenibacillus和Nocardia等菌属,其中Bosea、Ensifer和Nocardia这三个菌属为首次发现的产电功能菌属。为深入研究产电微生物功能活性提供了宝贵的实验材料。(2)探讨了分离菌株利用不同胞外电子受体的功能特性。通过利用双室微生物燃料电池(MFCs)分析了新分离菌株利用不同碳源的产电特性,及其还原偶氮、三价铁和三氧化钨的能力,发现不同菌株之间的三种还原能力存在很大的差异,并且与其产电能力之间并无显著的相关性。相关结果拓展了产电微生物功能活性特点的科学认知。(3)研究了菌株Ensifer sp.Y5的产电特性。选取新型产电菌属菌株Ensifer sp.Y5作为研究对象,通过循环伏安扫描、MFC产电测试、激光扫描共聚焦显微镜观察、电子介体测定和细胞色素c测定等实验探讨其产电特性。发现该菌可利用甲酸盐、乙酸盐、乳酸盐和葡萄糖等多种碳源进行产电,并且产电过程中可能同时存在依赖胞外细胞色素c蛋白的直接电子传递和分泌电子介体来介导电子传递的间接电子传递两种胞外电子传递方式。据了解,这是首个有关Ensifer菌属产电特性的研究,相关结果补充和丰富了微生物产电机理。
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