CN109182205A - 具有固碳能力的红球菌及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有固碳能力的红球菌及其应用。特别涉及一株具有诱导含碳矿物生成能力的红球菌(Rhodococcus sp.)201806YC01。本发明还涉及该红球菌生物合成含碳矿物的过程。本发明首次公开了红球菌具有固定大气二氧化碳的能力，对于减缓大气“温室效应”，缓解全球气候变暖具有重要科学意义。

Description

具有固碳能力的红球菌及其应用

技术领域

本发明属于微生物固碳技术领域，具体地说，涉及具有固碳能力的红球菌及其应用。

背景技术

大气中的二氧化碳可以通过植物固定，以有机碳和无机碳的形式储存于土壤中。以往研究多集中于植物固碳，而土壤中微生物是否具有固定大气二氧化碳的功能未曾得知。在荒漠生态系统中，由于植被稀少，生产力较低，因此研究微生物固定大气二氧化碳的能力，对于认识荒漠生态系统碳累积过程，具有重要的意义。为此，有必要探究荒漠土壤中微生物生成含碳矿物的潜势，以及转化大气二氧化碳的能力。

发明内容

本发明的目的是提供具有固碳能力的红球菌及其应用。

为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供红球菌(Rhodococcus sp.)的以下任一应用：

1)固定大气二氧化碳中的应用；

2)诱导含碳矿物质生成中的应用。

本发明所述红球菌包括但不限于保藏编号为CGMCC No.16018的红球菌(Rhodococcus sp.)201806YC01。

前述的应用，采用有机碳源培养基培养所述红球菌，培养过程中红球菌将培养基中的碳源以及大气中的二氧化碳转化为含碳矿物质，然后从培养基中回收生成的含碳矿物质。

本发明所述含碳矿物质包括但不限于含碳无机矿物质，如碳酸盐。所述碳酸盐包括但不限于碳酸钙以及碳酸钙的同质异形体，如方解石和球霰石。

第二方面，本发明提供一株从内蒙古毛乌素沙地西南缘土壤中分离得到的具有固碳能力的红球菌(Rhodococcus sp.)201806YC01，该菌株现已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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，保藏编号CGMCC No.16018，保藏日期2018年6月29日。

第三方面，本发明提供由所述红球菌201806YC01制备的菌剂或复合微生物菌剂。

第四方面，本发明提供利用所述红球菌201806YC01生物合成含碳矿物质的方法，将红球菌201806YC01接种至液体培养基中，培养一段时间，然后从产物中分离纯化含碳矿物质(如碳酸钙)。

优选地，所述液体培养基的配方为：酵母浸提物5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠5g/L，氯化钙2g/L，pH 7.6。

优选地，培养条件为：25℃，避光培养。

优选地，所述液体培养基置于250mL三角瓶中，装液量为100-150mL(优选100mL)。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：

本发明首次公开了红球菌具有固定大气二氧化碳的能力，对于减缓大气“温室效应”，缓解全球气候变暖具有重要科学意义。

附图说明

图1为本发明实施例2中红球菌201806YC01诱导生成沉淀的电镜扫描图。

图2为本发明实施例2中含碳矿物能量色散衍射分析图。

图3为本发明实施例2中含碳矿物X射线衍射分析图。

图4为本发明实施例3中含碳矿物同位素丰度值；其中，Control，对照组；¹³CO₂addition，标记组。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件，如Sambrook等分子克隆实验手册(Sambrook J&RussellDW,Molecular Cloning:a Laboratory Manual,2001)，或按照制造厂商说明书建议的条件。

实施例1菌株201806YC01的分离鉴定

以内蒙古毛乌素沙地西南缘的土壤为目标土壤，具体筛选方案如下：

1、采集0-20cm深度的土壤，取采集的土壤1.0g，加入到9mL灭菌水中，震荡10min，制成土壤溶液。然后，再取1mL土壤悬浮液，置于9mL灭菌水中，以稀释土壤溶液。重复此操作。根据以往研究经验，将土壤溶液稀释到10^-3倍。取100μL土壤稀释液，接种至无机盐MSM培养基中，在25℃条件下培养7天。MSM培养基成分为：Na₂HPO₄·2H₂O，7.8g/L；KH₂PO₄，6.8g/L；Na₂S·9H₂O，0.187g/L；MgSO₄，0.2g/L；Ca(NO₃)₂·4H₂O，0.05g/L；NH₄NO₃，0.085g/L；FeSO₄·7H₂O，0.4g/L；微量元素溶液，1mL/L；NaHCO₃，5g/L；1.5％琼脂。所述微量元素溶液的配方为：FeSO₄·7H₂O,0.4g/L，ZnSO₄·7H₂O，0.1g/L；MnCl₂·4H₂O,0.3g/L；H₃BO₃ 0.3g/L；CuCl₂·2H₂O，0.1g/L；NiCl₂·6H₂O，0.2g/L；NaMoO₄ 0.3g/L；CoCl₂·6H₂O，0.1g/L；Na₂SeO₄·2H₂O，0.05g/L。

2、挑取无机盐培养基上生长出来的单菌落，涂布于LB培养基上，进一步分离纯化。获得菌株201806YC01。

3、进一步对菌株201806YC01进行16S rDNA测序：采用通用引物27F和1492R引物对菌株201806YC01的基因组DNA进行PCR扩增，然后将扩增产物进行测序，测序结果如SEQ IDNo.1所示。然后，利用NCBI数据库，根据菌株16S rDNA基因序列进行BLAST分析，结果表明菌株16S rDNA基因序列与红球菌属同源(与红球菌属中代表物种Rhodococcus sp.strainS2-17的序列同源性达100％，GenBank：PRJNA386772)，综合菌株201806YC01的形态、结构和生理生化方面的特性，最终确定菌株201806YC01为红球菌(Rhodococcus sp.)。

实施例2菌株201806YC01生成碳酸盐的过程

采用有机碳源培养基，对Rhodococcus sp.201806YC01菌株生成含碳矿物过程进行了测试。首先配制液体培养基100mL置于250mL三角瓶中，采用湿热法进行灭菌处理，即在121℃条件下灭菌15min。液体培养基成分为：酵母浸提物5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠5g/L，氯化钙2g/L。然后用接种针将所述菌株接种于液体培养基中，置于25℃，避光条件下培养。每隔3天观察一次是否有沉淀生成，第5次观察发现有沉淀生成，为获取足量沉淀进行后续分析，该过程共培养30天。培养结束后，收集生成的沉淀进行电镜扫描，能量色散衍射分析和X射线衍射分析。

结果如图1所示，通过扫描电镜分析，发现实验生成的沉淀为半球状；如图2及表1所示，根据能量色散衍射分析，沉淀的主要成分为碳、氧、钙，且通过原子百分比和重量百分比分析为碳酸钙；如图3所示，通过X射线衍射分析，碳酸钙的同质异形体主要为方解石和球霰石。表明所述菌株具有生成含碳矿物的能力。

表1含碳矿物元素组成分析表(重量和原子数)

实施例3菌株201806YC01沉淀大气二氧化碳的验证实验

采用实施例2的操作方法配制培养基，接种菌株。共设置6个培养瓶进行试验，三个置于¹³CO₂环境中培养，以标记大气中CO₂的去向；三个置于无¹³CO₂标记的环境中培养，作为对照。培养结束后，将沉淀物采用过氧化氢溶液处理，氧化去除有机物，然后测定无机沉淀物的¹³C丰度值。

结果如图4所示，在¹³CO₂环境下含碳矿物中¹³C丰度值为953.00‰，显著高于对照组的-11.52‰，说明标记组中含碳矿物中部分C来源于大气CO₂。表明所述菌株可以将大气CO₂沉淀为含碳矿物质，预示该菌株具有沉淀大气CO₂的潜力。研究发现,培养基pH由7.60升高到9.22，溶液中铵根离子浓度显著升高。说明可能是由于微生物的代谢作用，发生产碱作用，使溶液pH升高，从而使溶液中HCO₃ ^-和CO₃ ^2-含量增加，促进了碳酸盐矿物的形成。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

序列表

<110> 北京林业大学

<120> 具有固碳能力的红球菌及其应用

<130> KHP181115830.8

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1403

<212> DNA

<213> 红球菌(Rhodococcus sp.)

<400> 1

taccatgcaa gtcgagcggt aaggcctttc ggggtacacg agcggcgaac gggtgagtaa 60

cacgtgggtg atctgccctg cacttcggga taagcctggg aaactgggtc taataccgga 120

tatgacctcc tatcgcatgg tgggtggtgg aaagatttat cggtgcagga tgggcccgcg 180

gcctatcagc ttgttggtgg ggtaatggcc taccaaggcg acgacgggta gccgacctga 240

gagggtgacc ggccacactg ggactgagac acggcccaga ctcctacggg aggcagcagt 300

ggggaatatt gcacaatggg cgaaagcctg atgcagcgac gccgcgtgag ggatgacggc 360

cttcgggttg taaacctctt tcagcaggga cgaagcgcaa gtgacggtac ctgcagaaga 420

agcaccggct aactacgtgc cagcagccgc ggtaatacgt agggtgcaag cgttgtccgg 480

aattactggg cgtaaagagt tcgtaggcgg tttgtcgcgt cgtttgtgaa aaccagcagc 540

tcaactgctg gcttgcaggc gatacgggca gacttgagta ctgcagggga gactggaatt 600

cctggtgtag cggtgaaatg cgcagatatc aggaggaaca ccggtggcga aggcgggtct 660

ctgggcagta actgacgctg aggaacgaaa gcgtgggtag cgaacaggat tagataccct 720

ggtagtccac gccgtaaacg gtgggcgcta ggtgtgggtt ccttccacgg aatccgtgcc 780

gtagctaacg cattaagcgc cccgcctggg gagtacggcc gcaaggctaa aactcaaagg 840

aattgacggg ggcccgcaca agcggcggag catgtggatt aattcgatgc aacgcgaaga 900

accttacctg ggtttgacat ataccggaaa gctgcagaga tgtggccccc cttgtggtcg 960

gtatacaggt ggtgcatggc tgtcgtcagc tcgtgtcgtg agatgttggg ttaagtcccg 1020

caacgagcgc aacccctatc ttatgttgcc agcacgttat ggtggggact cgtaagagac 1080

tgccggggtc aactcggagg aaggtgggga cgacgtcaag tcatcatgcc ccttatgtcc 1140

agggcttcac acatgctaca atggccagta cagagggctg cgagaccgtg aggtggagcg 1200

aatcccttaa agctggtctc agttcggatc ggggtctgca actcgacccc gtgaagtcgg 1260

agtcgctagt aatcgcagat cagcaacgct gcggtgaata cgttcccggg ccttgtacac 1320

accgcccgtc acgtcatgaa agtcggtaac acccgaagcc ggtggcttaa ccccttgtgg 1380

gagggagccg tcgaaggtga tcg 1403

Claims (9)

1.红球菌(Rhodococcus sp.)的以下任一应用：

1)固定大气二氧化碳中的应用；

2)诱导含碳矿物质生成中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述红球菌为保藏编号为CGMCC No.16018的红球菌(Rhodococcus sp.)201806YC01。

3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，采用有机碳源培养基培养所述红球菌，培养过程中红球菌将培养基中的碳源以及大气中的二氧化碳转化为含碳矿物质，然后从培养基中回收生成的含碳矿物质。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述含碳矿物质包括含碳无机矿物质，优选碳酸盐。

5.红球菌(Rhodococcus sp.)201806YC01，其保藏编号为CGMCC No.16018。

6.利用权利要求5所述红球菌201806YC01生物合成含碳矿物质的方法，其特征在于，将红球菌201806YC01接种至液体培养基中，培养一段时间，然后从培养产物中分离纯化含碳矿物质。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述液体培养基的配方为：酵母浸提物5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠5g/L，氯化钙2g/L，pH 7.6。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，培养条件为：25℃，避光培养。

9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述液体培养基置于250mL三角瓶中，装液量为100-150mL。