CN111548969B - 一株海藻希瓦氏菌scs-1及其在微生物产电中的应用 - Google Patents

一株海藻希瓦氏菌scs-1及其在微生物产电中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一株海藻希瓦氏菌scs‑1及其在微生物产电中的应用，一株海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs‑1，已于2019年10月16日保藏于由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，保藏编号：CGMCC No.18696。该菌具有较强的产电能力，在20mM的乳酸作为电子供体时，其最大输出电压为375±10mV，其最大功率密度为470±15mW/m2。

Description

一株海藻希瓦氏菌scs-1及其在微生物产电中的应用
技术领域
本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一株海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)scs-1及其在微生物产电中的应用。
背景技术
微生物产电是一种新的能源生产方式，关于产电微生物的基础研究已经成为环境化工和能源领域的热点，微生物产电在废水处理和能源回收，环境修复、微生物电解质制氢、微生物电合成、贵金属还原、海水脱盐、污泥处置、纳米材料合成、环境在线检测等多方面显示出很好的应用前景。对于目前发现的产电微生物而言，微生物的产电能力限制了微生物产电在工业上的应用，菌株的性能从根本上影响了其产电能力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一株产电性能高的海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)scs-1。
本发明的第二个目的是提供一株产电性能高的海藻希瓦氏菌(Shewanellaalgae)scs-1的应用。
本发明的技术方案概述如下：
一株海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)scs-1 CGMCC NO.18696。
上述一株海藻希瓦氏菌在产电中的应用。
本发明的优点
本发明是从海洋中分离纯化的一株产电性能高的海藻希瓦氏菌及其在产电上的应用。该菌具有较强的产电能力，在20mM的乳酸作为电子供体时，其最大输出电压为375±10mV，其最大功率密度为470±15mW/m2。
附图说明
图1，其中A图为海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的透射电镜图；B图为海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的扫描电镜图S4800 3.0kV 9.8mmX10.0k SE(M)Bar＝5μm。
图2为海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的底物利用情况及在最优底物下的生长曲线。其中A为其在以20mM氨基酸类为底物时生长25h的OD600；B为其在以20mM有机酸类为底物时生长25h的OD600；C为其在以20mM糖类为底物时生长25h的OD600；D为其在最优底物乳酸浓度为20mM的情况下的生长曲线。
图3为以南海淤泥为接种源的电池的多周期电压图。
图4为筛选得到的海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1在实验室条件下的电压图。
图5为筛选得到的海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1在实验室条件下的伏安循环曲线图。
图6为筛选得到的海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1在实验室条件下的功率密度图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)scs-1已于2019年10月16日保藏于由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，保藏编号：CGMCC No.18696。
实施例1
海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的获得。
本发明的海泥与海水均采集于中国海南岛附近海洋，样品保存于4°冰箱，对采集的样品，组装微生物燃料电池进行富集，电池为双极室H型，其中阳极室(工作体积140mL)和阴极室(工作体积140mL)，用杜邦Nafion 117质子交换膜分开；阳极采用经过预处理的碳布(2.5cm×2.5cm)，阴极采用经过预处理的碳布(2.5cm×3cm)。阳极室放置阳极液(见表1)60ml、海水60ml,海泥20ml，往电池的阴极室中加入140ml阴极液(见表2)，连接上2000欧姆的电阻构成闭合回路，放入30℃培养箱中静置培养，用数字式万用表测定微生物燃料电池的输出电压(如图3所示)。当电池的电压下降时，向电池的阳极室中用新的海水和阳极液替换掉原先的海水和阳极液，用于补充碳源，经过两次补料，产电菌的富集结束，将电池的阳极碳布取出，放入PBS(pH＝7.4)缓冲液中，经过震荡得到菌悬液，将得到的菌悬液涂布于无抗的LB平板上，过夜培养后向长着菌落的平板上加入含有三氧化钨的LB培养基(含有琼脂粉的固体培养基，在其未凝固时加入)，将覆盖三氧化钨的平板放置于30℃培养箱中静置培养，6-10小时后观察平板的颜色变化，其中产电菌的菌落区域与三氧化钨接触会变成蓝色，因此，挑取变蓝色的区域的菌落，将其重新画线纯化。经过上述方法挑选出来30株菌株。对其分别提基因组，扩增其16SrDNA，在NCBI上比对其序列，最终得到一株产电菌株scs-1。
表1：阳极液的组成(1L)：余量为无菌水
Figure BDA0002516512220000021
表2：阴极液组成(1L)：余量为无菌水
组成 K<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>] KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>
含量(g) 16.4 6.8 11.4
产电菌株scs-1在固体LB培养基中的菌落为圆形，浅棕黄色，边缘光滑，有光泽，其革兰氏染色为阴性，在透射电镜及扫描电镜下观察该菌的形态为短杆状(见图1中A和B)，两端呈圆形，生长对数期为5-25h。菌株scs-1的16SrDNA序列的登录号为SUB6419330Shewanella MN559295，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
鉴定为海藻希瓦氏菌Shewanella algae，并保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC No.18696。
实施例2
海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1最优底物的筛选
配置含有不同底物的基础培养基，将培养基加入到96孔板中，接种5％的海藻希瓦氏Shewanella algaescs-1种子液，将其放置于转速为200转/分，温度为30℃的摇床中培养，在24h时利用酶标仪测量其OD600。其中OD600的大小反映了菌株在该底物下的生长状况，(如图2所示)，图2为海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的底物利用情况及在最优底物下的生长曲线。其中A为其在以20mM氨基酸类为底物时生长25h的OD600；B为其在以20mM有机酸类为底物时生长25h的OD600；C为其在以20mM糖类为底物时生长25h的OD600；D为其在最优底物乳酸浓度为20mM的情况下的生长曲线。经过实验，海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1的最优底物为乳酸。
所选的底物见表3，在筛选时分别添加5mM、10mM、15mM、20mM。经过筛选表明在20mM条件下菌株能得到更好的生长。
表3：所选取的三大类底物，分别为氨基类，有机酸类，糖类。
Asp 天冬氨酸 AA 乙酸 Galactose 半乳糖
Ser 丝氨酸 LA 乳酸 Glycerine 甘油
Val 缬氨酸 DL-ML Dl-苹果酸 D(+)Sucrose 蔗糖
His 组氨酸 PyA 丙酮酸 glucose 葡萄糖
Glu 谷氨酸 FuA 富马酸 Xylose 木糖
实施例3
海藻希瓦氏菌Shewanella algae scs-1在产电中的应用
从-80℃冰箱取出筛选出的菌株，划线活化，把活化后的菌接种到含有3.4％氯化钠LB液体培养基中，放入转速为200转/分，温度为30℃的摇床中过夜培养，得到一级种子液。
将一级种子液转接到400毫升表1所示阳极液中培养，阳极液以乳酸钠为电子供体，在转速为200转/分，温度为30℃的摇床中培养16小时，得到发酵液。
启动双室微生物燃料电池，电池中的阳极面积为1*1cm2，阴极面积为2.5*3cm2，用新鲜阳极液对得到的发酵液调节OD600为1得到稀释液。取140ml稀释液加入到阳极室，取140ml表2所示阴极液加入阴极室，连接上2000欧姆的电阻组成闭合回路，将其放入30℃恒温培养箱中静置培养。
将上述启动的电池连接上数据采集器，记录电压(如图4所示)，当电压达到峰值并保持恒定时，用循环伏安法和线性扫描伏安法测电池的电化学性能，得到电池的伏安循环曲线(如图5所示)和功率密度曲线(如图6所示)从上述图可以看出，海藻希瓦式Shewanellaalgae scs-1的最大输出电压为375±10mV，其最大功率密度为470±15mW/m2，由于其从海洋中筛选得到，因此该菌株能够适应高盐的生长条件，在污水处理，海洋原位采能上有着较好的应用前景。
本实验所需的试剂如下：
Luria-Bertani(LB)液体培养基：NaCl(34g/L)、酵母提取物(5g/L)和蛋白胨(10g/L)。
5×M9母液：称取2.5gNaCl,5gNH4Cl,15gKH2PO4和30gNa2HPO4溶于适量ddH2O中，后定容至1L，灭菌后降至室温，储存于4℃冰箱。
序列表
<110> 天津大学
<120> 一株海藻希瓦氏菌scs-1及其在微生物产电中的应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1272
<212> DNA
<213> 海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)
<400> 1
gcgggggcgg ctaacacatg caagtcgagc ggtaacattt caaaagcttg cttttgaaga 60
tgacgagcgg cggacgggtg agtaatgcct gggaatttgc ccatttgtgg gggataacag 120
ttggaaacga ctgctaatac cgcatacgcc ctacggggga aagcagggga ccttcgggcc 180
ttgcgctgat ggataagccc aggtgggatt agctagtagg tgaggtaaag gctcacctag 240
gcgacgatcc ctagctggtc tgagaggatg atcagccaca ctgggactga gacacggccc 300
agactcctac gggaggcagc agtggggaat attgcacaat gggggaaacc ctgatgcagc 360
catgccgcgt gtgtgaagaa ggccttcggg ttgtaaagca ctttcagcga ggaggaaagg 420
gtgtaagtta ataccttaca tctgtgacgt tactcgcaga agaagcaccg gctaactccg 480
tgccagcagc cgcggtaata cggagggtgc gagcgttaat cggaattact gggcgtaaag 540
cgtgcgcagg cggtttgtta agcgagatgt gaaagccccg ggctcaacct gggaaccgca 600
tttcgaactg gcaaactaga gtcttgtaga ggggggtaga attccaggtg tagcggtgaa 660
atgcgtagag atctggagga ataccggtgg cgaaggcggc cccctggaca aagactgacg 720
ctcaggcacg aaagcgtggg gagcaaacag gattagatac cctggtagtc cacgccgtaa 780
acgatgtcta ctcggagttt ggtgtcttga acactgggct ctcaagctaa cgcattaagt 840
agaccgcctg gggagtacgg ccgcaaggtt aaaactcaaa tgaattgacg ggggcccgca 900
caagcggtgg agcatgtggt ttaattcgat gcaacgcgaa gaaccttacc tactcttgac 960
atccacagaa tttttcagag atggattggt gccttcggga actgtgagac aggtgctgca 1020
tggctgtcgt cagctcgtgt tgtgaaatgt tgggttaagt cccgcaacga gcgcaacccc 1080
tatccttact tgccagcggg taatgccggg aactttaggg agactgccgg tgataaaccg 1140
gaggaaggtg gggacgacgt caagtcatca tggcccttac gagtagggct acacacgtgc 1200
tacaatggtc agtacagagg gttgcgaagc cgcgaggtgg agctaatccc ataaagctgg 1260
tcgtagtccg ga 1272

Claims (2)

1.一株海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)scs-1，保藏编号：CGMCC NO.18696。
2.权利要求1所述的一株海藻希瓦氏菌scs-1在产电中的应用。
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