CN103289905B - 一种低阶煤降解菌及其在褐煤液化中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低阶煤降解菌Davidiellatassiana CGMCCNo.7440在褐煤液化中的应用。该菌株最适生长条件为:温度25°C,培养基为CDA,培养条件:pH:6.5,培养时间:24-48h。在CDA固体培养基上25℃培养48h,菌落特征为直径1cm左右的黄绿色菌落,呈近似圆形,表面呈短茸毛状,有丘状隆起褶皱,边缘呈纤毛状,质地疏松,易挑起。本发明通过对所获菌株进行形态特征及ITS序列测定分析,初步确定了其分类地位;为低阶煤降解菌提供了新的选择,其降解作用对于低阶煤液化的解决具有突出的技术效果,具有重要的作用。

Description

一种低阶煤降解菌及其在褐煤液化中的应用
技术领域
本发明涉及微生物降解低阶煤技术领域,具体的,本发明涉及一种利用降解低阶煤菌及其在褐煤液化中的应用的技术领域。
背景技术
中国有丰富的煤炭资源,已探明的煤炭储量超过8.1×1011t,在我国能源构成中占70%以上,75%的发电燃料、75%的工业燃料、80%的居民生活燃料和60%的化工原料,都是来自煤炭。新疆作为我国重要的煤炭产地,煤炭资源非常丰富,已探明储量1008亿吨,占全国10%,预测储量2.19万亿吨,占全国总储量的40%以上,居全国首位。
低阶煤是处于低变质阶段的煤,根据中国煤层煤分类GB/T17607 分类,低阶煤的定义是Qgr.maf<24 MJ/kg 的煤,煤类分为低变质烟煤(包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤)和褐煤。风化煤、褐煤等低阶煤资源,在我国已探明的褐煤保有储量达1303亿吨,占全国煤炭储量的13%弱。褐煤是一种变质程度低、易风化自燃、发热量低、含水量、含氧量及挥发分较高的年轻煤种,芳香族碳含量较低,并含有少量的氮和硫等元素。这些低价煤资源直接燃烧热效率低,工业应用价值低,长期露天堆放,不仅造成能源的浪费,而且容易造成环境污染。因此,如何合理开发和充分利用褐煤及低阶煤资源将是一个值得深入研究的课题。
煤炭作为资源,具有广泛的用途,既可以作为能源,又可以提取有用的化工产品,60%以上的化工原料就来自煤炭,对经济的发展起着重要的作用。作为能源,煤炭必须清洁高效利用,采用高温、高压等手段把煤转变为液体、气体等其它类燃料代替油类物质,就是其高效转化利用的一种。而从煤炭中提取化工产品,通常采用的是物理的、化学的外加一定的压力一定的温度的条件下来进行。从煤炭转化为油类物质和提取化工品的过程来看,成本较高、条件苛刻。而采用微生物转化技术来处理煤炭,使之转化成另一种产品,或者作为燃料,或者从中提取化工品,或作为其它类物质,具有工艺简单、低能耗、无污染等许多常规处理技术难以比拟的优点。因此,微生物转化技术处理煤炭已成为了国内外研究的热点。利用白腐真菌,放线菌等进行低阶煤液化的报道、研究较多,但是利用Davidiella tassiana菌种进行低阶煤液化的研究还未见报道。
发明内容
鉴于现有技术目前褐煤产量多、传统利用价值低、长期堆放造成环境污染的技术现状,本发明利用微生物转化技术的优点,旨在要解决的问题是利用提供的微生物Davidiella tassiana降解褐煤,并获得良好的应用效果。
本发明采用主要的技术方案:
通过对新疆阜康市煤矿区域的煤样样品中进行低阶煤降解菌的筛选,获得具有较强液化活性的的菌株,经过进一步筛选、驯化选育,获得一株编号为RM-1的菌株。通过对所获菌株进行形态特征及ITS序列测定分析,初步确定了其分类地位;为低阶煤降解菌提供了新的选择,其降解作用对于低阶煤液化的解决具有突出的技术效果。
本发明具体提供的一种低阶煤降解菌,通过在新疆阜康市煤矿区域的煤样样品中分离、筛选和培养,获得一批作为可降解低阶煤的微生物菌株,从中筛选出一株编号为RM-1的菌株,降解沙尔湖褐煤具有稳定而显著的效果,经微生物学分类与鉴定,属于Davidiella tassiana
具体的,本发明提供的一种低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No.7440,编号为RM-1。该菌株已于申请日前保藏于布达佩斯条约微生物国际保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)。地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编:100101。保藏日期是2013年 4月9日,保藏号是CGMCC No.7440。经微生物学鉴定为Davidiella tassiana。该菌株最适生长条件为:温度25°C,培养基为CDA培养基,培养条件:pH:6.5, 培养时间:48-72h。在CDA固体培养基上25℃培养48h,菌落特征为直径1cm左右的黄绿色菌落,呈近似圆形,表面呈短茸毛状,有丘状隆起褶皱,边缘呈纤毛状,质地疏松,易挑起;依照《真菌鉴定手册》对编号为RM-1菌株进行形态学测定,生理生化检测确定编号为RM-1菌株为Davidiella tassiana中的成员。通过BLAST同源比对,菌株RM-1的ITS序列在NCBI数据库中进行BLAST分析后,构建系统进化树, 菌株RM-1与Davidiella tassiana处于最小分支, 是其近似种;菌株ITS序列提交至GeneBank中获得基因登录号为: KF002787。因而将编号为RM-1菌株确定为Davidiella tassiana
同时,本发明提供了菌种低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No.7440的保存培养条件,CDA固体培养基及培养条件:蔗糖3.0%,酵母提取物0.5%,K2HPO0.1%,MgSO4·7H2O 0.05%,KCl 0.05%,NaNO30.3%,FeSO4·7H2O0.001%,琼脂2%。培养条件:温度25°C,pH:6.5,培养时间:24-48h。在其CDA培养基斜面上25°C条件下,培养24-48小时,后采用无菌的脱脂牛奶为保护剂,真空冷冻干燥后低温保存;平时使用保存在CDA固体培养基的斜面上,4°C 冰箱保存备用。
进一步,本发明提供低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No.7440生长条件,最佳培养时间为24h,最适生长pH为6.5,大量产孢子时间为24h;确定最佳碳源为蔗糖,最佳氮源为酵母提取物。
本发明同时提供低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No.7440在褐煤液化中的应用。通过在500ml三角瓶中加入150ml CZAPECK DOX-medium 培养基,每瓶加入5g预处理煤样。预处理方法为将煤样粒径粉碎至100目,并且在121℃条件下灭菌30min。同时,为了使煤样更易被液化,煤样被浸泡在6mol/L的硝酸溶液中进行48h浸泡预处理。最后,将菌株RM-1接种进入三角瓶中,经过21天发酵,通过酸沉淀法测定每株菌株转化率。并通过应用沙尔湖褐煤,哈密大南湖长焰煤等具有同样的效果,降解沙尔湖褐煤具有稳定而显著的效果,培养72小时其能够明显的降解褐煤产生黑色液滴,经多次实验验证其降解效果较为稳定,从而能够证明了本发明提供的菌种Davidiella tassiana CGMCC No.7440在褐煤液化中的应用获得显著而明显的技术效果。
通过实施本发明具体的发明内容,可以达到以下有益效果。
(1)本发明提供了分离得到的菌种Davidiella tassiana CGMCC No. 7440是一种低阶煤降解菌,通过应用沙尔湖褐煤,哈密大南湖长焰煤等具有同样的效果,降解沙尔湖褐煤具有稳定而显著的效果,培养72小时其能够明显的降解褐煤产生黑色液滴,经多次实验验证其降解效果较为稳定。
(2)利用本发明提供的Davidiella tassiana CGMCC No. 7440 可将褐煤有效降解液化,并将液化产物应用于工农业生产当中,在发酵过程不会产生污染环境的二次废物。
附图说明
图1显示为低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No. 7440的菌落形态图一。
图2显示为低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No. 7440的菌落形态图二。
图3显示为低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No.7440的ITS系统发育树图。
图4显示为低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No. 7440降解褐煤前状态图。
图5显示为低阶煤降解菌Davidiella tassiana CGMCC No. 7440的降解褐煤结果图。
具体实施方式
下面,举实施例说明本发明,但是,本发明并不限于下述的实施例。
本发明采用的煤样:沙尔湖褐煤;培养基及其它材料:培养基选用: CDA固体、CZAPECK DOX-medium液体培养基。
主要仪器与试剂:MSSPX-250型生化培养箱,MLS-3020高压蒸汽灭菌锅,SW-CJ-1F B型单人双面净化工作台,E360K离心机,恒温摇床HWY-100。PCR仪 Eppendorf No:5345,电泳仪Bio-Rad Mode 200/2.0,凝胶成像仪United-Bio,GK-330C plus,PCR预混液(TaKaRa Biotechnology),其余试剂均为分析纯。
本发明中选用的所有菌种和原辅材料,以及选用的菌种培养条件和方法都为本领域熟知选用的,本发明中涉及到的%都为重量百分比,除非特别指出除外。
实施例一:微生物RM-1菌株的分离、筛选、分类及鉴定
(1)菌种的分离和筛选
通过在新疆阜康市煤矿区域的煤样样品中分离、筛选和培养,获得一批作为可降解新疆低阶煤的微生物菌株,通过进一步筛选,筛选的具体步骤是:取1g矿煤样样品,加入无菌水,分别稀释成100、10-1以及10-2三个梯度浓度,均匀涂布于CDA固体培养基上,25℃,静置培养,待菌落充分生长后,挑选不同形态的菌落重新接种到CDA固体培养基进行纯化,如此反复纯化5代,经过平板筛选,共分离获得7株褐煤降解菌株;经过进一步复筛,得到降解菌株RM-1。从中筛选出一株编号为RM-1的菌株,将菌株接种到CDA固体培养基上,静置于25℃培养箱培养24-48h,待菌株长满整个培养基后,均匀加入一层硝酸处理过的煤粉,可见RM-1菌株可将新疆低阶煤降解,通过应用沙尔湖褐煤,哈密大南湖长焰煤等具有同样的效果,在RM-1菌丝体表面产生黑色液滴。降解沙尔湖褐煤具有稳定而显著的效果,培养72小时其能够明显的降解褐煤产生黑色液滴,经多次实验验证其降解效果较为稳定。经微生物学分类与鉴定,属于Davidiella tassiana类。
具体的,本发明提供的一种低阶煤降解菌Davidiella tassiana,编号为RM-1。该菌株已于申请日前保藏于布达佩斯条约微生物国际保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)。地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编:100101。保藏日期是2013年 4月9日,保藏号是CGMCC No. 7440。经微生物学鉴定为Davidiella tassiana。该菌株最适生长条件为:温度25°C,培养基为CDA,培养条件:pH:6.5, 培养时间:24-8h。在CDA固体培养基上25℃培养48h,菌落特征为直径1cm左右的黄绿色菌落,呈近似圆形,表面呈短茸毛状,有丘状隆起褶皱,边缘呈纤毛状,质地疏松,易挑起,参见附图1;依照《真菌鉴定手册》,对编号为RM-1菌株进行形态学测定,生理生化检测确定编号为RM-1菌株为Davidiella tassiana中的成员。通过BLAST同源比对,菌株RM-1的ITS序列在NCBI数据库中进行BLAST分析后,构建系统进化树,参见附图2所示, 菌株RM-1与Davidiella tassiana处于最小分支, 是其近似种;菌株ITS序列提交至GeneBank中获得基因登录号为:KF002787。因而将编号为RM-1菌株确定为Davidiella tassiana
(2) PCR 扩增拮抗菌ITS序列及其测序
挑取少量单菌落,放入盛有25μL无菌水的EP管中, 100°C煮沸8-10 min,后迅速放入冰水混合物中5 min。离心10000 r/min、5 min,4°C保存,用时取上清。PCR扩增ITS序列。ITS序列分析,以提取到的细胞总DNA为模板,利用引物:
上游引物ITS1:5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′;
下游引物ITS4:5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′。
PCR扩增反应体系为50μL,含有24μL premix Taq,引物1 1μL,引物2 1μL,模板2μL,无菌水22μL。扩增条件: 94°C 4 min,94°C 55 s,53°C 30 s,72°C 90 s,30个循环;72°C 7 min。扩增产物(约500 bp)经1%琼脂糖凝胶电泳分离鉴定,PCR产物直接进行双向测序。
将PCR扩增产物进行测序,经测序后确认该片段实验长度为486bp。
(3)ITS序列比对及系统发育分析
将测序得到的ITS序列与GenBank数据库中的核苷酸序列进行BLAST分析,从中获取相近的ITS序列,用Clustal X软件和MEGA 4.1Neighbor-joining 法构建系统进化树,参见附图2。菌株ITS序列提交利用GeneBank中的 BankIt 软件进行在线提交,获得基因登录号 KF002787。
结合RM-1的形态结构特征及生理生化特性,确定其为Davidiella tassiana CGMCC No. 7440。
将RM-1的ITS序列进行BLAST分析,结果显示,RM-1与菌株Davidiella tassiana的相似性最高,达到了100%。
将RM-1的ITS序列在NCBI数据库中进行BLAST分析后,构建系统进化树。参见附图3所示,菌株RM-1与Davidiella tassiana之间进化距离最短,是Davidiella tassiana的近似种。结合RM-1的形态结构特征及生理生化特性,确定其为Davidiella  tassiana
综合根据ITS序列分析结果,结合形态及生理生化特性,将菌株RM-1鉴定为Davidiella  tassiana
实施例二:低阶煤降解菌Davidiella  tassiana  CGMCC No. 7440的生长因子
参见如下方式,但是应根据本发明提供的Davidiella tassiana CGMCC No.7440特性确定其具体的生长因子。
把菌株RM-1接到CDA固体培养基培养。结果见表1。
由表1得出, 菌株RM-1最适合生长因子。
表1:温度、pH、盐、抗生素对菌株RM-1生长的影响
温度(℃) 4 10 15 20 25 30
生长情况 + + + + +++ ++
温度(℃) 35 40 45 50 55 60
生长情况 ++ +
pH 1 2 3 4 5 6
生长情况 + ++
pH 7 8 9 10    
生长情况 + + +    
NaCl浓度 0.5% 1% 2% 3% 4% 5%
生长情况 ++ ++ ++ ++ + +
NaCl浓度 6% 7% 8% 9% 10%  
生长情况 +  
由表1得出菌株RM-1最适合生长因子。
CDA固体培养基及培养条件:蔗糖3.0%,酵母提取物0.5%, K2HPO40.1%, MgSO4·7H2O0.05%,KCl0.05%,NaNO30.3%,FeSO4·7H2O0.001%,琼脂2%。培养条件:温度25°C,pH:6.5,培养时间:24-48h。
实施例三:低阶煤降解菌 Davidiella  tassianaCGMCC No. 7440的褐煤降解实验
为了进一步检测RM-1在液体培养基中对新疆低阶煤的液化能力,将新疆沙尔湖褐煤加入液体培养基中。煤样粒径被粉碎至100目,并且在121℃条件下灭菌30min。为了使煤样更易被液化,煤样被浸泡在6mol/L的硝酸溶液中进行48h预处理。
在500ml三角瓶中加入150ml CZAPECK DOX-medium 培养基,每瓶加入5g煤样。将菌株RM-1接种进入三角瓶中,经过21天发酵,通过酸沉淀法测定每株菌株转化率。
酸沉淀法:首先使用离心机将发酵结束后的菌丝体及煤渣与发酵液分离,再使用定性滤纸将发酵液过滤。向得到的发酵液中加入酸,使发酵液pH值稳定在2以下,得到酸沉淀产物。将酸沉淀产物放入80℃烘箱干燥18-20h,得到沉淀产物的干重,实验结果见表2,计算转化率 :
      转化率=(沉淀质量/加入煤样质量)×100%
表2:转化率试验结果
项目 培养基 培养基+菌 培养基+煤 培养基+煤+菌
转化率(%) 0 0 1.5 58.34
实施例四:低阶煤降解菌 Davidiella  tassianaCGMCC No.7440脱细胞提取物褐煤降解实验
为了证实本发明中,细胞外成分的溶煤活性,将沙尔湖褐煤加入RM-1的脱细胞提取物中进行溶煤实验。
在500mL三角烧瓶中加入150mL CZAPECK DOX-medium培养液,每瓶用5mL培养2天并经破碎的菌丝悬浮液接种到CZAPECK DOX-medium培养液中继续培养,以150r/min摇动速度进行摇瓶培养,以保证培养液有充足的溶解氧补充。 
培养7天后离心分离,再用0.5μm孔径的有机滤膜过滤,得到的无细胞液加入5g煤样。当煤样溶解后,滤液颜色变深,采用酸沉淀法测定转化率。结果见表3:
表3:采用酸沉淀法测定转化率结果
项目 培养基 培养基+菌 培养基+煤 培养基+煤+提取物
转化率(%) 0 0 1.1 54.91
参见附图3,通过上述实验验证了Davidiella tassianaCGMCC No. 7440的溶煤能力,得到了高效、稳定的技术效果。
本发明提供的Davidiella  tassiana CGMCC No. 7440是一种低阶煤降解菌,通过应用沙尔湖褐煤,哈密大南湖长焰煤等具有同样的效果,降解沙尔湖褐煤具有稳定而显著的效果,培养72小时其能够明显的降解褐煤产生黑色液滴,经多次实验验证其降解效果较为稳定。
SEQUENCE LISTING
 
<110>  新疆科林思德新能源有限责任公司
 <120>  一种低阶煤降解菌及其在褐煤液化中的应用
<130>  2013
<160>  1    
<170>  PatentIn version 3.3
<210>  1
<211>  486
<212>  DNA
<213>  Davidiella tassiana
<400>  1
gttattcata accctttgtt gtccgactct gttgcctccg gggcgaccct gccttcgggc     60
gggggctccg ggtggacact tcaaactctt gcgtaacttt gcagtctgag taaacttaat    120
taataaatta aaacttttaa caacggatct cttggttctg gcatcgatga agaacgcagc    180
gaaatgcgat aagtaatgtg aattgcagaa ttcagtgaat catcgaatct ttgaacgcac    240
attgcgcccc ctggtattcc ggggggcatg cctgttcgag cgtcatttca ccactcaagc    300
ctcgcttggt attgggcaac gcggtccgcc gcgtgcctca aatcgtccgg ctgggtcttc    360
tgtcccctaa gcgttgtgga aactattcgc taaagggtgt tcgggaggct acgccgtaaa    420
acaaccccat ttctaaggtt gacctcggat caggtaggga tacccgctga acttaagcat    480
atcaaa                                                               486
 

Claims (2)

1.一种低阶煤降解菌Davidiella tassiana RM-1, 该低阶煤降解菌Davidiella tassiana RM-1的保藏号为CGMCC No. 7440。
2.如权利要求1所述的低阶煤降解菌Davidiella tassiana RM-1在褐煤液化中的应用。
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