專利名稱：黃桿菌菌株及其在微生物發(fā)電中的應(yīng)用的制作方法
黃桿菌菌株及其在微生物發(fā)電中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種黃桿菌菌株、其生物學(xué)純培養(yǎng)物，以及它們?cè)谖⑸锶剂想姵刂械膽?yīng)用。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，資源與環(huán)境問題已經(jīng)成為人類社會(huì)共同面臨的重大挑戰(zhàn)，亟須尋找新的能源技術(shù)。在這個(gè)過程中，可再生能源的開發(fā)利用成為一條重要途徑，日益得到各國(guó)的重視?？稍偕茉粗饕ㄌ柲?、風(fēng)能和生物質(zhì)能的開發(fā)利用。其中，生物質(zhì)能因?yàn)槠溟_發(fā)形式多樣性、低成本、不增加環(huán)境CO2負(fù)擔(dān)等特點(diǎn)，近年來得到了快速發(fā)展。生物乙醇、生物柴油、微生物制氫等可以用于驅(qū)動(dòng)汽車等移動(dòng)式裝置；微生物燃料電池(miCTobial fuelcell,MFC)則可以利用工業(yè)和生活垃圾腐化過程中微生物大量繁殖及其產(chǎn)生電子的能力來獲取電能，其得到廣大科研工作者的關(guān)注。目前我國(guó)微生物燃料電池的研發(fā)相對(duì)滯后，研發(fā)高功率輸出的MFC對(duì)于解決我國(guó)一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的可持續(xù)能源供應(yīng)具有重要的價(jià)值。由于我國(guó)幅員遼闊，地形地貌復(fù)雜，存在大量耕種價(jià)值低、居住條件差的陸地，加上邊境線和海岸線非常漫長(zhǎng)，存在大量的邊境哨所和海島哨所，發(fā)展分布式MFC能源供應(yīng)技術(shù)對(duì)解決這些地方長(zhǎng)期小規(guī)?；顒?dòng)所需的能源供
應(yīng)具有重要意義。氧氣是MFC功率輸出的主要限制因素，因?yàn)檠鯕獗汝枠O更容易獲得電子，在氧氣存在的條件下，胞外產(chǎn)電菌產(chǎn)生的電子更容易被氧氣捕獲利用，不利于MFC的功率輸出。因此目前MFC的研究在陽 極室嚴(yán)格厭氧的條件下進(jìn)行，這種對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻的MFC，離大規(guī)模應(yīng)用仍有較大差距。根據(jù)已有條件，應(yīng)該開發(fā)在氧氣存在條件下仍具有高產(chǎn)電活性的胞外產(chǎn)電菌。在現(xiàn)有資料中，未見黃桿菌具有產(chǎn)電活性的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于擴(kuò)展產(chǎn)電微生物的種類，特別是開發(fā)好氧菌在微生物燃料電池中的應(yīng)用，以改善胞外產(chǎn)電菌的厭氧實(shí)驗(yàn)條件。為此,本發(fā)明提供一種黃桿菌(Flavobacterium sp.),所述菌株為MMR-2,保藏單位:中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏單位地址:北京市朝陽區(qū)大屯路，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，保藏日期:2012年11月22日，保藏號(hào)=CGMCC N0.6872。所述菌株的16S rRNA基因序列為SEQ ID N0.2。本發(fā)明另一方面提供一種細(xì)菌株系的生物學(xué)純培養(yǎng)物，其具有保藏號(hào)為CGMCCN0.6872的黃桿菌菌株MMR-2的所有鑒定特征。本發(fā)明再一方面提供一種微生物燃料電池，所述微生物燃料電池的產(chǎn)電微生物為上述黃桿菌菌株或上述生物學(xué)純培養(yǎng)物。所述產(chǎn)電微生物的電子供體可以為葡萄糖、乙酸鹽、滅活藍(lán)藻液，或它們的任意組
口 O
所述微生物燃料電池包括陽極室、陰極室和外電路三部分，所述陽極室包含陽極液、陽極和產(chǎn)電微生物。所述陽極液可以為添加碳源的藍(lán)藻培養(yǎng)基、肉湯培養(yǎng)基或污水。所述微生物燃料電池的質(zhì)子交換膜可以為CM1-7000。所述微生物燃料電池的陰極可以為Pt/C催化的空氣陰極。本發(fā)明的提供了一種具有產(chǎn)電性能的新型黃桿菌菌株，將其應(yīng)用于微生物燃料電池中，拓展了產(chǎn)電微生物的范圍。該黃桿菌菌株為好氧菌，利用其制備微生物燃料電池可改善厭氧實(shí)驗(yàn)條件。此外，本發(fā)明的微生物燃料電池可以使用污水作為陽極液，在燃料電池運(yùn)行中，所述黃桿菌分解污水中的有機(jī)物，在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)，還可以對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1，微生物燃料電池中陽極碳紙的掃描電鏡圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的黃桿菌菌株MMR-2菌株系統(tǒng)發(fā)育樹圖。圖3是根據(jù)本法實(shí)施例2，微生物燃料電池的電壓和功率輸出隨時(shí)間變化圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而非限定本發(fā)明。本發(fā)明提供一種新的黃桿菌菌株(Flavobacterium sp.)MMR-2,該菌株分離自藍(lán)藻培養(yǎng)液。保藏單位:中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏單位地址:北京市朝陽區(qū)大屯路，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，保藏日期:2012年11月22日，保藏號(hào):CGMCC N0.6872。該黃桿菌菌株MMR-2的鑒定特征如下:菌落呈圓形，邊緣光滑，產(chǎn)黃色色素；菌體呈短桿狀，革蘭氏染色呈陰性，嚴(yán)格好氧菌；可以利用葡萄糖、甘露醇、木糖、阿拉伯糖、乙酸鈉等物質(zhì)作為碳源；硝酸鹽還原實(shí)驗(yàn)、形成吲哚實(shí)驗(yàn)、苯丙氨酸脫氨酶實(shí)驗(yàn)、V-P反應(yīng)實(shí)驗(yàn)均為陰性。經(jīng)測(cè)定，所述黃桿菌菌株的16S rRNA基因序列為SEQ ID N0.2，經(jīng)檢索，在Genebank數(shù)據(jù)庫中未發(fā)現(xiàn)完全相同的序列。本發(fā)明另一方面提供一種細(xì)菌株系的生物學(xué)純培養(yǎng)物，具有保藏號(hào)為CGMCCN0.6872的黃桿菌菌株MMR-2的所有上述鑒定特征。本發(fā)明的黃桿菌菌株具有產(chǎn)電性能，將其用作微生物燃料電池的產(chǎn)電微生物，從而拓展了產(chǎn)電微生物的范圍。本發(fā)明的微生物燃料電池中，所用的產(chǎn)電微生物可以是上述黃桿菌菌株或是上述生物學(xué)純培養(yǎng)物。本發(fā)明的產(chǎn)電微生物的電子供體可以為葡萄糖、乙酸鹽、滅活藍(lán)藻液，或它們的任意組合。該微生物燃料電池可以包括陽極室、陰極室和外電路三部分，陽極室包含陽極液、陽極和產(chǎn)電微生物。所述陽極液可以為添加碳源的藍(lán)藻培養(yǎng)基、肉湯培養(yǎng)基或污水；質(zhì)子交換膜可以為CM1-7000 ;陰極可以為Pt/C催化的空氣陰極。利用污水作為陽極液的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)本發(fā)明的微生物燃料電池在運(yùn)行中，產(chǎn)電微生物黃桿菌會(huì)分解污水中的有機(jī)物，在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)，還可以對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。而且由于本發(fā)明的黃桿菌菌株為好氧菌，利用所述黃桿菌菌株或其純培養(yǎng)物制備微生物燃料電池還可以改善厭氧實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)施例1菌株MMR-2的分離微生物燃料電池采用雙室H-型瓶狀系統(tǒng)，將兩個(gè)250ml的有蓋無機(jī)玻璃瓶通過直徑為1.6cm2玻璃管相連，中間含有2cm2質(zhì)子交換膜(Nafion 117,美國(guó)Dupont公司)。以兩個(gè)有蓋無機(jī)玻璃瓶分別作為陽極室和陰極室，以碳紙作為電極，以藍(lán)藻作為陽極催化劑接種到陽極室，碳紙通過石墨夾具分別固定在陰極室和陽極室，兩電極間距為12cm2，通過銅線與外電阻或者萬用表相連。微生物燃料電池經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，陽極碳紙上富集了一層生物膜。將陽極碳紙置于掃描電鏡下觀察，如圖1所示，生物膜主要由細(xì)菌組成。將陽極碳紙上的生物膜多次劃線接種，得到純化菌株，將所得菌株進(jìn)行篩選，在氧氣存在條件下，具有較高產(chǎn)電性能的菌株為黃桿菌MMR-2菌株。菌株MMR-2的鑒定對(duì)所得菌株MMR-2分別進(jìn)行形態(tài)鑒定、生理生化鑒定和分子鑒定，結(jié)果如下:形態(tài)鑒定結(jié)果:菌落邊緣光滑，呈黃色，菌體呈桿狀，革蘭氏染色呈陰性；生理生化鑒定結(jié)果:好氧菌；可以利用葡萄糖、甘露醇、木糖、阿拉伯糖、乙酸鈉等物質(zhì)作為碳源；硝酸鹽還原實(shí)驗(yàn)、形成吲哚實(shí)驗(yàn)均、苯丙氨酸脫氨酶實(shí)驗(yàn)、V-P反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為陰性。分子鑒定結(jié)果:所述MMR-2菌株的16S rRNA基因序列為SEQ ID N0.2。于NCBI數(shù)據(jù)庫中用BLAST檢索與MMR-2菌株16S rRNA基因的相近序列，將MMR-2菌株16S rRNA基因序列、檢索到的相近序列以及相近細(xì)菌分類群的代表序列進(jìn)行分析，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖2所示，其中，括號(hào)中的內(nèi)容為各個(gè)菌株在NCBI數(shù)據(jù)庫中的登錄號(hào)；數(shù)值為該分支節(jié)點(diǎn)支持率，MMR-2菌株單獨(dú)處于一個(gè)不同的分支，說明MMR-2菌株為新菌株。根據(jù)以上的鑒定結(jié)果，MMR-2菌株屬于黃桿菌，將其進(jìn)行保藏，保藏信息如下:保藏單位為中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏日期為2012年11月22日，保藏號(hào)為CGMCC N0.6872?，F(xiàn)有技術(shù)中具有產(chǎn)電活性的均為嚴(yán)格厭氧菌，本實(shí)施例分離的MMR-2菌株屬于好氧菌。因此，利用所述黃桿菌菌株或其純培養(yǎng)物制備微生物燃料電池可改善厭氧實(shí)驗(yàn)條件。

實(shí)施例2本發(fā)明的實(shí)施例2提供了一種微生物燃料電池，包括陽極室、陰極室和外電路三部分，陽極室包含陽極液、陽極和產(chǎn)電微生物，所述產(chǎn)電微生物為實(shí)施例1所得MMR-2菌株或具有MMR-2菌株所有鑒定特征的生物學(xué)純培養(yǎng)物。陽極液使用195ml肉湯基培養(yǎng)基，陽極為碳紙，質(zhì)子交換膜為CM1-7000，陰極為Pt/C催化的空氣電極，陰極室中含有濃度50mM磷酸緩沖液。本實(shí)施例中的陽極液還可以使用添加碳源的BGll培養(yǎng)基或污水。當(dāng)使用污水作為陽極液時(shí)，除了發(fā)電還可分解污水中的有機(jī)物，不僅實(shí)現(xiàn)了將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污水凈化處理。MMR-2菌株的培養(yǎng)將MMR-2菌株單菌落接入至肉湯基培養(yǎng)基中，室溫培養(yǎng)24小時(shí)后，得到MMR-2菌株的生物學(xué)純培養(yǎng)物，用于下述微生物燃料電池產(chǎn)電實(shí)驗(yàn)。微牛物燃料電池產(chǎn)電實(shí)齡陽極液為195ml肉湯基培養(yǎng)基，陽極為碳紙，陰極為Pt/C催化的空氣電極，陰極室中含有濃度50mM磷酸緩沖液，將上述生物學(xué)純培養(yǎng)物(5ml)作為產(chǎn)電微生物接種于陽極室。微生物燃料電池啟動(dòng)過程中，外電路的電阻保持5000ohm ;當(dāng)輸出電壓低于200mV時(shí)，將微生物燃料電池中的溶液全部移除，同時(shí)更換為新的進(jìn)水溶液。在實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)裝置和電極都進(jìn)行高壓滅菌，且產(chǎn)電微生物的接種在超凈工作臺(tái)進(jìn)行，避免雜菌污染。微生物燃料電池兩端采用萬用表 每隔Imin記錄一次。電壓和功率輸出如圖3所示，室溫下微生物燃料電池運(yùn)行270小時(shí)，其最大輸出功率為 284.3mW/m2。以上所述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種黃桿菌菌株，其特征在于，所述菌株為MMR-2，保藏號(hào)為CGMCC No. 6872。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的黃桿菌菌株，其中，所述菌株的16SrRNA基因序列為SEQ IDNo. 2。
3.—種細(xì)菌株系的生物學(xué)純培養(yǎng)物，其特征在于，具有保藏號(hào)為CGMCC No. 6872的黃桿菌菌株MMR-2的所有鑒定特征。
4.一種微生物燃料電池，其特征在于，所述微生物燃料電池的產(chǎn)電微生物為權(quán)利要求I所述的黃桿菌菌株或權(quán)利要求2所述的生物學(xué)純培養(yǎng)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池，其中，所述產(chǎn)電微生物的電子供體為葡萄糖、乙酸鹽、滅活藍(lán)藻液，或它們的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池，包括陽極室、陰極室和外電路三部分，所述陽極室包含陽極液、陽極和產(chǎn)電微生物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池，其中，所述陽極液為添加碳源的藍(lán)藻培養(yǎng)基、肉湯培養(yǎng)基或污水。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池，其中，所述微生物燃料電池的質(zhì)子交換膜為 CMI-7000。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池，其中，所述微生物燃料電池的陰極為Pt/C催化的空氣陰極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種黃桿菌菌株MMR-2，以及具有該菌株的所有鑒定特征的生物學(xué)純培養(yǎng)物，所述黃桿菌菌株的保藏號(hào)為CGMCC No.6872。本發(fā)明還涉及一種微生物燃料電池，所述微生物燃料電池中的產(chǎn)電微生物為上述黃桿菌菌株或上述生物學(xué)純培養(yǎng)物。本發(fā)明的黃桿菌菌株為好氧菌，并且具有產(chǎn)電性能。本發(fā)明拓展了產(chǎn)電微生物的范圍，并且利用本發(fā)明的所述黃桿菌菌株制備微生物燃料電池可以改善胞外產(chǎn)電菌的厭氧實(shí)驗(yàn)條件。
文檔編號(hào)C12R1/20GK103255087SQ20131014799
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日 公開號(hào)201310147993.0
發(fā)明者馬美榮, 鄧宗武, 曹利敏, 荊磊, 史小菊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所