CN110760469B - 一种脱硫弧菌及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微生物领域，具体涉及一株具有电活性的脱硫弧菌及其应用。脱硫弧菌Desulfovibrio sp.strain JY，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2019年10月28日，保藏号为CGMCC NO.18877。该菌能利用乙醇或乳酸还原硫酸盐产生乙酸代谢产物。该菌株在淡水和海水环境中均具有很强的产电能力，最大电流输出密度可达243.2mA/m2。该菌株是目前报道的首例电活性脱硫弧菌，可为探索微生物胞外电子传递在腐蚀中的作用提供模式菌株，进而为海洋金属腐蚀防控技术提供策略。

Description

一种脱硫弧菌及其应用
技术领域
本发明属于微生物领域，具体涉及一株具有电活性的脱硫弧菌及其应用。
背景技术
脱硫弧菌是一种严格厌氧的硫酸盐还原菌，可以利用乳酸或乙醇为底物还原硫酸盐产生乙酸代谢产物，革兰氏染色为阴性。
微生物腐蚀造成的危害越来越受到世界各国的重视，是海洋腐蚀的重要类型之一。据估计，大约20％以上的腐蚀损失是微生物腐蚀损失，全世界因微生物腐蚀直接造成的损失估计每年约300～500亿美元。近年来，研究人员发现，微生物腐蚀包含双重作用，微生物影响腐蚀和微生物抑制腐蚀，这极大丰富了人们对腐蚀微生物种群的认知。
对于微生物腐蚀机制的研究主要集中在微生物加速腐蚀方面，本质上是金属-微生物-化合物三者之间的电子流动导致了金属设施原本功能性质的恶化。胞外电子传递腐蚀模型是微生物利用金属为电子供体，硫酸盐或硝酸盐为电子受体进行厌氧呼吸，进而导致金属腐蚀现象，其机理涉及微生物胞外电子传递。因此，纯菌腐蚀功能的研究是探索和分析微生物腐蚀机理的基础。
胞外电子传递腐蚀机制是目前的热点之一，电活性微生物是一类具有胞外电子传递能力，能够产生电流或接收电流从而完成生命代谢活动的微生物。因此，分离具备产电活性的微生物是探索微生物腐蚀机理的前提条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一株具有电活性的脱硫弧菌及其应用。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种脱硫弧菌，脱硫弧菌Desulfovibrio sp.strain JY，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2019年10月28日，保藏号为CGMCC NO.18877。
所述菌株培养基为每升培养基(SL)成分包括：乳酸钠(60％)，4.0mL；酵母粉，1g；MgSO4·7H2O，0.5g；NaCl，5.0g，培养体系pH为7.2。
一种脱硫弧菌的应用，所述脱硫弧菌在生产乙酸中的应用。
所述脱硫弧菌在以乳酸或乙醇为底物产生乙酸代谢产物中的应用。
所述脱硫弧菌在30℃厌氧条件下以乳酸或乙醇为底物产生乙酸代谢产物中的应用。
一种脱硫弧菌的应用，所述脱硫弧菌在微生物燃料电池中的应用。
一种脱硫弧菌的应用，所述脱硫弧菌在淡水或海水环境中具产电能力，在作为产电活性微生物中的应用。
本发明所具有的优点
本发明自富集界河沉积物后获取的产甲烷团聚体分离得到了脱硫弧菌，Desulfovibrio sp.strain JY，通过鉴定和检测发现，该菌不仅能氧化乳酸或乙醇还原硫酸盐，并且具有产电能力，在淡水和海水环境中均具有很强的产电能力，可见该菌在微生物腐蚀方面具有较高的应用价值及广阔的应用领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的脱硫弧菌JY在透射电子显微镜下形态特征图；
图2为本发明实施例提供的脱硫弧菌JY在扫描电子显微镜下形态特征图；
图3为本发明实施例提供的脱硫弧菌JY的16S rRNA基因系统进化树；
图4为本发明实施例提供的脱硫弧菌JY的以乙醇为底物产生乙酸等代谢产物过程图；
图5为本发明实施例提供的脱硫弧菌JY在微生物燃料电池中产生电流图。
具体实施方式
通过附图说明和具体实施例对本发明的内容作进一步详细说明。
实施例1
脱硫弧菌Desulfovibrio sp.strain JY的分离鉴定：
1)取富集的产甲烷团聚体，按101～109倍梯度稀释，取稀释109倍的产甲烷团聚体接种于含有2wt％琼脂的SL培养基的厌氧管中，利用亨盖特方法进行冰上滚管，30℃厌氧培养箱中培养2个星期，得到单菌落。将单菌落接种于液体SL培养基的厌氧管中，30℃厌氧培养箱中培养2个星期。
SL培养基为：每升水中含乳酸钠(60％)，4.0mL；酵母粉，1g；MgSO4·7H2O，0.5g；NaCl，5.0g，培养体系pH为7.2。
2)收集厌氧管中菌株细胞，细胞通过2％磷钨酸负染后，用透射电子显微镜JEM-1400(Joel,日本)观察。细胞在2.5％戊二醛固定液中4℃固定过夜。磷酸盐洗涤细胞后，用一系列乙醇溶液(30％、50％，70％，90％和100％)梯度脱水，冷冻干燥机中干燥喷金，扫描电子显微镜(S-4800，日本日立)下形态观察。脱硫弧菌形态特征如图1和图2所示。
由图1和2可见菌株JY为弧状或S状弯曲，长度为3-6μm，宽为0.4-1μm。
3)厌氧培养箱中取2μL菌液用于PCR扩增。PCR体系(25μL)：2.5μL Taq buffer缓冲液；2μL dNTP底物；0.3μL Taq酶；0.5μL Ba907r反向引物；0.5μL Ba27f正向引物；2μL菌液模板；17.2μL无菌水。
PCR程序：94℃预变性，5min，细菌裂解；94℃变性，30s，DNA解链；55℃退火，30s，引物及酶结合；72℃延伸，1min；循环30次。
引物：Ba27f(5’-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3’)；Ba907r(5’-CCG TCA ATTCCT TTR AGT TT-3’)。
4)16S rRNA测序，测序结果在Greengens上进行序列比对，鉴定结果显示该菌与脱硫弧菌Desulfovibrio fructosivorans同源性有99.0％的相似性，进化分析如图3所示。
上述菌株保藏说明
菌种名称：脱硫弧菌Desulfovibrio sp.strain JY
菌株编号：JY
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
保藏机构简称：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
保藏日期：2019年10月28日
保藏中心登记入册编号：CGMCC NO.18877
实施例2
该脱硫弧菌能够利用乳酸或乙醇为底物快速生长并还原硫酸盐产生硫化氢气体、乙酸等代谢产物。
选取乙醇(20mmol/L)和乳酸(20mmol/L)为底物，SO4 2-(2mmol/L)为电子受体，脱硫弧菌以10％的接菌量接种于厌氧管中培养。在培养过程中加入2mmol/L的Fe2+，观察培养基中是否产生黑色沉淀。研究表明Desulfovibrio sp.strain JY能够利用底物乙醇和乳酸的同时还原硫酸盐生长如图4所示。
由图4可见该脱硫弧菌利用乙醇为底物快速生长并还原硫酸盐产生乙酸等代谢产物。
实施例3脱硫弧菌Desulfovibrio sp.strain JY的电化学活性检测：
1)按照上柜方法组建“H”型微生物燃料电池，以石墨片(3.5cm×2.5cm×0.5cm，透射面积为17.5cm2)作为电极，外电路连接1KΩ电阻，以阳离子交换膜将阴阳两室隔开，阳极为不包含电子受体的基础营养培养基，阴极为铁氰化钾溶液。
2)微生物燃料电池阳极室接种10wt％的脱硫弧菌，将连有多行扫描器的数字电压表的正负极分别连接到微生物燃料电池的阳极和阴极，每30s记录一次电压，结果如图5所示。
由图5可见该菌在微生物燃料电池中具有电流输出的能力，最大电流输出密度可达243.2mA/m2。

Claims (6)

1.一种脱硫弧菌（Desulfovibrio sp.） JY，其特征在于：脱硫弧菌保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2019年10月28日，保藏号为 CGMCC NO.18877。
2.一种权利要求1所述的脱硫弧菌的应用，其特征在于：所述脱硫弧菌在生产乙酸中的应用。
3.按权利要求2所述的脱硫弧菌的应用，其特征在于：所述脱硫弧菌在以乳酸或乙醇为底物产生乙酸代谢产物中的应用。
4.按权利要求3所述的脱硫弧菌的应用，其特征在于：所述脱硫弧菌在30°C厌氧条件下以乳酸或乙醇为底物产生乙酸代谢产物中的应用。
5.一种权利要求1所述的脱硫弧菌的应用，其特征在于：所述脱硫弧菌在微生物燃料电池中的应用。
6.一种权利要求1所述的脱硫弧菌的应用，其特征在于：所述脱硫弧菌在淡水或海水环境中具产电能力，在作为产电活性微生物中的应用。
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