厭氧型固碳微生物篩選方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種厭氧型固碳微生物篩選方法，包括如下步驟：分別配制基礎(chǔ)培養(yǎng)基和微量元素溶液，將二者混合后得到適宜于海洋中的厭氧型固碳微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)液：把一部分培養(yǎng)液和海水樣品混合，并在無(wú)氧氣體下培養(yǎng)4～8天，得到含有多種厭氧型固碳微生物的混合菌液；分別配制至少一種電子供體原液；把一部分培養(yǎng)液和一種或幾種電子供體原液混合，得到混合生長(zhǎng)液；把混合菌液接種到混合生長(zhǎng)液中，在無(wú)氫氣體下培養(yǎng)4～8天，得到含有多種具有穩(wěn)定固碳效率的厭氧型固碳微生物的目標(biāo)菌液；本方法工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，可在短時(shí)間內(nèi)獲得具有較高固碳效率的厭氧型固碳微生物，可有效利用于微生物固碳的過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中CO2的資源化。
【專利說(shuō)明】厭氧型固碳微生物篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固碳微生物的篩選領(lǐng)域，涉及一種厭氧型固碳微生物篩選方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由CO2引發(fā)的“溫室效應(yīng)”所造成的全球氣候變暖是當(dāng)前全球面臨的重大環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)IPCC第4次評(píng)估報(bào)告指出:在最近的一個(gè)十年期(1995~2004年)，CO2當(dāng)量增加的排放速率(每年9.2億噸CO2當(dāng)量)比前一個(gè)十年期(1970~1994年)增加的排放速率海年4.3億噸CO2當(dāng)量)高得多。中國(guó)的“十二五規(guī)劃建議草案”顯示我國(guó)將CO2減排放在了相當(dāng)重要的位置上。而在2010年末舉行的坎昆會(huì)議上，中國(guó)承諾到2020年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(⑶P)C02排放將比2005年下降40%~45%。同時(shí)CO2又是地球上最豐富的碳資源，具有轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源和能源的巨大潛力。因此，CO2的固定在環(huán)境、能源、資源方面都具有重要的意義。當(dāng)前，在考慮如何減排CO2的前提下，研究CO2的回收與固定，既能有效減少環(huán)境中游離的CO2，又能將其再生為資源，因此已引起世界各國(guó)的廣泛興趣。
[0003]CO2的固定主要有物理法、化學(xué)法和生物法，而大多數(shù)物理法和化學(xué)法都必須結(jié)合生物法來(lái)最終固定co2。生物法固定CO2主要依靠植物和自養(yǎng)微生物，傳統(tǒng)上植物的光合作用較為重要也更為人所重視。但地球上存在各種各樣的植物不能生長(zhǎng)的特殊環(huán)境(如干旱貧瘠的沙漠土壤和工業(yè)廢氣的捕集場(chǎng)合)，在這些特殊環(huán)境中，微生物所具有的環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)勢(shì)便顯現(xiàn)出來(lái)了，因此從整個(gè)生物圈的物質(zhì)流和能量流來(lái)看，微生物固定CO2意義重大。
[0004]目前公認(rèn)具有較高固碳效率的微生物主要是光合微生物和化能自養(yǎng)細(xì)菌中的氫-氧化細(xì)菌。藻類等光合微生物由于在培養(yǎng)過(guò)程中需要持續(xù)光照，以及還具有不耐熱和耐受高濃度CO2的特性，于是其實(shí)際應(yīng)用受到了一定的限制。而氫-氧化細(xì)菌雖然不用光照且生長(zhǎng)范圍較為寬泛，但其在生長(zhǎng)過(guò)程中必須提供以高濃度氫氣作為電子供體，因此普通環(huán)境條件難以符合其生長(zhǎng)要求，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，供氫氣也存在嚴(yán)重的安全隱患。鑒于此，發(fā)掘生長(zhǎng)時(shí)不用光照與供氫的高效固碳微生物，對(duì)于實(shí)現(xiàn)普通環(huán)境條件下的微生物固碳(如土壤環(huán)境與吸收工業(yè)排放CO2的大型生物反應(yīng)器中)具有重要意義。
[0005]海洋在全球碳循環(huán)過(guò)程中有著重要地位，其每年要吸收2.0Gt (lGt=109t)人為排放的CO2，海洋中固碳微生物的研究也一直是全球相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜谊P(guān)注的焦點(diǎn)。目前，科學(xué)家們已從全球多個(gè)海域(包括全球四大洋，數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū))采集水土樣品，通過(guò)分離篩選獲得了多個(gè)系列的生長(zhǎng)時(shí)不用光照與供氫的固碳微生物菌群。
[0006]但是，一般而言，從這些來(lái)自不同海域的海水樣品中篩選得到的非光合微生物的固碳效率通常較低，只有在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的馴化(如:數(shù)個(gè)月甚至一年以上)，這些菌種的固碳效率才會(huì)達(dá)到一個(gè)較高并且可以利用的水平。另外，由于來(lái)自不同海域的海水樣品有差異，因此篩選非光合微生物的方法也有差異。目前缺少一種簡(jiǎn)捷高效且能適用于絕大部分海區(qū)水土樣品的非光合固碳微生物篩選方法，這一點(diǎn)限制了非光合固碳微生物的工業(yè)應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種厭氧型固碳微生物篩選方法，對(duì)海洋中存在的具有高固碳效率的厭氧型固碳微生物在厭氧條件下進(jìn)行篩選。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0009]本發(fā)明提供一種對(duì)海洋中的厭氧型固碳微生物進(jìn)行篩選的厭氧型固碳微生物篩選方法，包括如下步驟:
[0010](I)、分別配制基礎(chǔ)培養(yǎng)基和微量元素溶液，將二者混合后得到適宜于海洋中的厭氧型固碳微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)液；
[0011](2)、把一部分培養(yǎng)液作為篩選用培養(yǎng)液和海水樣品混合,并在無(wú)氧氣體下培養(yǎng)4~8天，得到含有多種厭氧型固碳微生物的混合菌液；
[0012](3)、分別配制至少一種電子供體原液；
[0013](4)、把一部分培養(yǎng)液作為生長(zhǎng)用培養(yǎng)液和一種或幾種電子供體原液混合,得到混合生長(zhǎng)液；
[0014](5)、把混合菌液加入到混合生長(zhǎng)液中，在無(wú)氫氣體下培養(yǎng)4~8天，得到含有多種具有穩(wěn)定固碳效率的厭氧型固碳微生物的目標(biāo)菌液。
[0015]在上述步驟(1)中，每升基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入2毫升微量元素溶液，基礎(chǔ)培養(yǎng)基包含以下組分:0.5g/L ~1.0g/L KH2PO4、1.0g/L ~2.0g/L K2HPO4、0.lg/L ~0.2g/L MgSO4.7H20、10g/L ~30g/L NaCl、0.0Olg/L ~0.01g/L CaCl2、0.0036mmol/L ~
0.036mmol/L亞鐵離子和0.0075mol/L~0.075mol/L NH4+離子，微量兀素溶液為1.68mg/L Na2MoO4.2Η20、0.4mg/L H3BO3> 1.0mg/L ZnSO4.7Η20、1.0mg/L MnSO4.5Η20、7.0mg/LCuSO4.5Η20、1.0mg/L CoCl2.6H20 或 1.0mg/L NiSO4.7H20 中的一種或幾種。
[0016]在上述步驟(1)中，進(jìn)一步地，亞鐵離子為FeSO4 WH2CKFeSOjP FeCl2中的其中一種，NH4+ 離子為(NH4) 2S04 或 NH4Cl。
[0017]在上述步驟(2)中，無(wú)氧氣體含有體積百分比為5%~30%的二氧化碳和體積百分比為70%~95%的氫氣，進(jìn)一步地，無(wú)氧氣體優(yōu)選為含有體積百分比為20%的二氧化碳和體積百分比為80%的氫氣。
[0018]在上述步驟(2)中，海水樣品為海水或海洋沉積物稀釋液，當(dāng)海水樣品為海水時(shí)，每升篩選用培養(yǎng)液加入25~75毫升海水，當(dāng)海水樣品為海洋沉積物稀釋液時(shí)，每升篩選用培養(yǎng)液加入25~50毫升海洋沉積物稀釋液，海洋沉積物稀釋液通過(guò)每升無(wú)菌水中溶解0.1克海洋沉淀物而制成。
[0019]在上述步驟(3)中，每種電子供體原液中電子供體的濃度為80~200mg/mL。
[0020]在上述步驟(3)中，進(jìn)一步地，電子供體為亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽和硫化物中的任意一種，混合生長(zhǎng)液中含有濃度為I~15g/L的亞硝酸鹽、或者含有濃度為I~15g/L的硫代硫酸鹽、或者含有濃度為I~15g/L的硫化物。
[0021]在上述步驟(3)中，更進(jìn)一步地，亞硝酸鹽為NaNO2或KNO2,硫代硫酸鹽為Na2S2O3或K2S2O3,硫化物為Na2S或K2S。
[0022]在上述步驟(5)中，無(wú)氫氣體含有體積百分比為5%~30%的二氧化碳和體積百分比為70%~95%的氮?dú)?，進(jìn)一步地，無(wú)氫氣體優(yōu)選為含有體積百分比為20%的二氧化碳和體積百分比為80%的氮?dú)?。[0023]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本方法首先使用氫氣從海水或海洋沉積物樣品中篩選得到厭氧型固碳微生物，再利用由亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽及硫化物組成的混合電子供體培養(yǎng)出厭氧型固碳微生物，可在短時(shí)間內(nèi)(8天左右)從海水或海洋沉積物樣品中篩選獲得高效的厭氧型固碳微生物菌群。本方法不僅工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、對(duì)不同海域的海水樣品具有普遍適用性，而且篩選時(shí)間短、固碳效率高，具有潛在的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明的厭氧型固碳微生物篩選方法首先在氫氣存在的缺氧條件下，從海水或海洋沉積物中篩選出多種厭氧型固碳微生物，再利用由亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽及硫化物組成的混合電子供體系統(tǒng)繼續(xù)培養(yǎng)和篩選所得的厭氧型固碳微生物，最后得到含有多種具有較高固碳效率的厭氧型固碳微生物的菌群。其詳細(xì)過(guò)程如下所述:
[0027]實(shí)施例一
[0028]本實(shí)施例提供一種厭氧型固碳微生物篩選方法，用于對(duì)海洋中的具有較高固碳效率的厭氧型固碳微生物進(jìn)行篩選，包括如下步驟:
[0029](I)、分別配制基礎(chǔ)培養(yǎng)基和微量元素溶液，將二者混合后得到適宜于厭氧型固碳微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)液:
[0030](2)、把一部分培養(yǎng)液作為篩選用培養(yǎng)液和海水樣品混合,并在無(wú)氧氣體下培養(yǎng)4天(稱作第一培養(yǎng)周期)，得到含有多種厭氧型固碳微生物的混合菌液；
[0031](3)、分別配制三種電子供體原液；
[0032](4)、把一部分培養(yǎng)液作為生長(zhǎng)用培養(yǎng)液和上述三種電子供體原液混合，得到混合生長(zhǎng)液；
[0033](5)、把步驟(2)所得的混合菌液接種到步驟(4)所得的混合生長(zhǎng)液中，在無(wú)氫氣體下培養(yǎng)4天(稱作第二培養(yǎng)周期)，得到含有多種具有穩(wěn)定固碳效率的厭氧型固碳微生物的目標(biāo)菌液。
[0034]在上述步驟(1)中，基礎(chǔ)培養(yǎng)基包含以下組分:0.5g/L~1.0g/L KH2PO4、1.0g/L~2.0g/L Κ2ΗΡ04、0.lg/L ~0.2g/L MgSO4.7H20、lOg/L ~30g/L NaCl、0.0Olg/L ~0.01g/L CaCl2、0.0036mmol/L ~0.036mmol/L 亞鐵離子和 0.0075mol/L ~0.075mol/L NH:離子，其優(yōu)選的配方詳見(jiàn)表1 ;微量元素溶液包含以下組分:1.68mg/L Na2MoO4.2H20、0.4mg/LH3BO3U.0mg/LZnS04.7Η20、1.0mg/L MnSO4.5Η20、7.0mg/L CuSO4.5Η20、1.0mg/L CoCl2.6Η20和1.0mg/LNiS04.7H20，其優(yōu)選的配方詳見(jiàn)表2。
`[0035]表1基礎(chǔ)培養(yǎng)基的優(yōu)選配方表
[0036]
JI14 Ikh2Po4 Ik2Hpo4~IMgso4.7h2o~INaCi Icaci2 |(nh4)2so4 IFeso4.7h2o濃度 1.0g/L~ 2.0g/L 0.2g/L20g/L~ 0.01g/L 0.038mol/L 0.0036mmol/L
[0037]表2微量兀素溶液的優(yōu)選配方表
【權(quán)利要求】
1.一種厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:包括如下步驟: (1 )、分別配制基礎(chǔ)培養(yǎng)基和微量元素溶液，將二者混合后得到適宜于海洋中的厭氧型固碳微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)液: (2)、把一部分所述培養(yǎng)液作為篩選用培養(yǎng)液和海水樣品混合,并在無(wú)氧氣體下培養(yǎng)4~8天，得到含有多種所述厭氧型固碳微生物的混合菌液； (3)、分別配制至少一種電子供體原液； (4)、把一部分所述培養(yǎng)液作為生長(zhǎng)用培養(yǎng)液和一種或幾種所述電子供體原液混合，得到混合生長(zhǎng)液； (5)、把所述混合菌液加入到所述混合生長(zhǎng)液中，在無(wú)氫氣體下培養(yǎng)4~8天，得到含有多種具有穩(wěn)定固碳效率的所述厭氧型固碳微生物的目標(biāo)菌液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:每升所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入2毫升所述微量元素溶液，所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基包含以下組分:0.5g/L~1.0g/L KH2PO4U.0g/L ~2.0g/L K2HP04、0.lg/L ~0.2g/L MgSO4.7H20、10g/L ~30g/L NaCl、0.0Olg/L ~0.01g/L CaCl2、0.0036mmol/L ~0.036mmol/L 亞鐵離子和 0.0075mol/L ~0.075mol/L NH4+離子，所述微量元素溶液為 1.68mg/L Na2MoO4.2Η20、0.4mg/L H3BO3U.0mg/L ZnSO4.7H20、1.0mg/L MnSO4.5H20、7.0mg/L CuSO4.5H20、1.0mg/L CoCl2.6H20 或 1.0mg/L NiSO4.7H20中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述亞鐵離子為FeSO4.7H20、FeSO4 和 FeCl2 中的其中一種，所述 NH4+ 離子為(NH4) 2S04 或 NH4Cl。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述無(wú)氧氣體含有體積百分比為5%~30%的二氧化碳和體積百分比為70%~95%的氫氣,所述無(wú)氫氣體含有體積百分比為5%~30%的二氧化碳和體積百分比為70%~95%的氮?dú)狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述無(wú)氧氣體含有體積百分比為20%的二氧化碳和體積百分比為80%的氫氣，所述無(wú)氫氣體含有體積百分比為20%的二氧化碳和體積百分比為80%的氮?dú)狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述海水樣品為海水或海洋沉積物稀釋液，當(dāng)所述海水樣品為海水時(shí)，每升所述篩選用培養(yǎng)液加入25~75毫升海水；當(dāng)所述海水樣品為海洋沉積物稀釋液時(shí)，每升所述篩選用培養(yǎng)液加入25~50毫升海洋沉積物稀釋液，所述海洋沉積物稀釋液通過(guò)每升無(wú)菌水中溶解0.1克海洋沉淀物而制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:每種所述電子供體原液中電子供體的濃度為80~200mg/mL。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述電子供體為亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽和硫化物中的任意一種，并且所述混合生長(zhǎng)液中含有濃度為I~15g/L的亞硝酸鹽、含有濃度為I~15g/L的硫代硫酸鹽或者含有濃度為I~15g/L的硫化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的厭氧型固碳微生物篩選方法，其特征在于:所述亞硝酸鹽為NaNO2或KNO2 ;或者所述硫代硫酸鹽為Na2S2O3或K2S2O3 ;或者所述硫化物為Na2S或K2S。
【文檔編號(hào)】C12N1/02GK103834586SQ201310746050
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】胡佳俊, 王磊, 胡煜 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)