本發(fā)明涉及海洋微藻，具體地說(shuō)是一種具有產(chǎn)電活性的海洋微藻及其在電化學(xué)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前，人類開(kāi)發(fā)利用的新能源包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、海洋能和生物質(zhì)能源等。其中來(lái)自太陽(yáng)能的生物質(zhì)能源具有可再生性，作為一種可代替化石燃料、具有廣泛使用價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景的能源受到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。

微生物燃料電池技術(shù)就是利用微生物尤其是細(xì)菌通過(guò)生物質(zhì)產(chǎn)生生物電能的新方法。利用微生物燃料電池，可以借助微生物的催化作用直接將簡(jiǎn)單有機(jī)物分子或復(fù)雜生物質(zhì)分子中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)物轉(zhuǎn)化或降解。因此，微生物燃料電池技術(shù)在清潔能源生產(chǎn)、污染治理、環(huán)境修復(fù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

微生物燃料電池產(chǎn)電過(guò)程中陽(yáng)極的產(chǎn)電微生物發(fā)揮巨大作用，這些產(chǎn)電微生物具有特殊的胞外電子傳遞途徑，能夠?qū)㈦娮訌募?xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)到細(xì)胞外的固體電子受體，如金屬氧化物、電極等，從而實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生或環(huán)境污染治理。

目前發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)電微生物大部分是細(xì)菌，主要集中在變形菌門的不同亞門，代表性的產(chǎn)電菌包括γ-變形菌門的希瓦氏菌(shewanellasp.)和δ-變形菌門的地桿菌(geobactersp.)，并且都來(lái)源于陸地環(huán)境，海洋中的產(chǎn)電菌報(bào)道甚少。

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些光合自養(yǎng)微藻也具有胞外電子傳遞的活性，這些產(chǎn)電微藻利用光能固定co2，在光合作用過(guò)程中能將胞內(nèi)的電子傳出胞外，在微生物燃料電池中通過(guò)電極接收產(chǎn)生電能。和傳統(tǒng)產(chǎn)電微生物相比，微藻是光合自養(yǎng)型生物，廣泛分布于陸地、海洋，其營(yíng)養(yǎng)豐富、光合利用率高，無(wú)需有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。因此，微藻作為生物質(zhì)能源利用的重要物種之一，其能源開(kāi)發(fā)備受關(guān)注。

目前報(bào)道的產(chǎn)電微藻多屬于藍(lán)藻門和綠藻門，主要有聚球藻(synechocystissp.)、小球藻(chlorellavulgaris)、萊茵衣藻(chlamydomonasreinhardtii)、螺旋藻(spirulinasp.)、杜氏鹽藻(dunaliellatertiolecta)等，產(chǎn)電活性不一，并且僅有寥寥幾篇報(bào)道。同時(shí)關(guān)于產(chǎn)電微藻,尤其海洋產(chǎn)電微藻的認(rèn)識(shí)還十分欠缺，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)于海洋產(chǎn)電微藻的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對(duì)目前產(chǎn)電微藻研究的現(xiàn)狀，提供一種來(lái)自海洋的產(chǎn)電微藻-微擬球藻(nanochloropsissp.)，并在微生物燃料電池中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種海洋產(chǎn)電微藻，產(chǎn)電微藻為微擬球藻(nanochloropsissp.)hdy2，已于2017年3月22日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，地址：中國(guó)，北京，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，郵編：100101，保藏編號(hào)為：cgmccno.13868，分類學(xué)命名為微擬球藻(nanochloropsissp.)。

一種權(quán)利要求1所述的海洋產(chǎn)電微藻的應(yīng)用，所述微擬球藻在電化學(xué)中的應(yīng)用。

所述微擬球藻在海水藻類培養(yǎng)基中，光照條件下釋放電子，在微生物燃料電池中通過(guò)電子傳遞實(shí)現(xiàn)在電化學(xué)中的應(yīng)用。

所述微生物燃料電池為離子交換膜間隔的雙室微生物燃料電池或單室微生物燃料電池。

所述微擬球藻在海水藻類培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期后接種至微生物燃料電池的陽(yáng)極室，在光照條件下使微擬球藻釋放電子，通過(guò)電子傳遞實(shí)現(xiàn)在電化學(xué)中的應(yīng)用。

具體是：

a)在無(wú)菌條件下，將所述微擬球藻(nanochloropsissp.)接種于f/2海水藻類培養(yǎng)基中，54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期備用；

b)將上述培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的微藻培養(yǎng)液接種于光合微生物燃料電池的陽(yáng)極室，陰極室溶液為k3fe(cn)6，利用磷酸緩沖液ph7.8配制；

c)將構(gòu)建的光合微生物燃料電池陰陽(yáng)兩極連接，并外接電阻，于54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃培養(yǎng)條件下，實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生。

d)另外利用電化學(xué)工作站，采用循環(huán)伏安法檢測(cè)藻在雙室微生物燃料電池中的氧化還原特性，探討其產(chǎn)電機(jī)理。

所述微擬球藻(nanochloropsissp.)具有獨(dú)特的胞外電子傳遞途徑，能在海水藻類培養(yǎng)基(ph≈7.8)中，光照條件下利用無(wú)機(jī)鹽生長(zhǎng)，釋放電子，在微生物燃料電池中傳遞給陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明獲得的微擬球藻(nanochloropsissp.)屬于海洋微藻，和微生物相比，不需要有機(jī)碳源，不需厭氧，僅利用光能固定二氧化碳，在通用的海水藻類培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，易于培養(yǎng)，具有良好的電化學(xué)活性。同時(shí)微藻能利用廢水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，起到凈化廢水的作用。微擬球藻(nanochloropsissp.)也是常用的餌料、能源微藻，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的微擬球藻(nanochloropsissp.)的細(xì)胞形態(tài)光學(xué)顯微鏡圖片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微擬球藻(nanochloropsissp.)在單室微生物燃料電池中的產(chǎn)電活性圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的微擬球藻(nanochloropsissp.)在雙室微生物燃料電池中的產(chǎn)電活性圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的微擬球藻(nanochloropsissp.)在雙室微生物燃料電池中產(chǎn)電的循環(huán)伏安曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

藻株微擬球藻(nanochloropsissp.)的獲得和純化

1)微擬球藻(nanochloropsissp.)獲得

微擬球藻(nanochloropsissp.)分離自海水中，現(xiàn)保存于中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所海岸帶生物學(xué)與生物資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，已于2017年3月22日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，地址：中國(guó)，北京，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，郵編：100101，保藏編號(hào)為：cgmccno.13868，分類學(xué)命名為微擬球藻(nanochloropsissp.)(參見(jiàn)圖1)。

取10ml藻種接入40mlf/2藻類培養(yǎng)液中，54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。f/2培養(yǎng)液成分，包括(mg/l):nano375,nah2po4.2h2o5,na2edta20,fecl3.6h2o3.16,cuso4.5h2o0.01,znso4.7h2o0.023,cocl2.6h2o0.012,mncl2.4h2o0.18,na2moo4.2h2o0.07,thiaminehydrochloride(vb1)0.1μg/l,cyanocobalamin(vb12)0.5μg/l,biotin0.5μg/l,海水(0.45μm濾膜過(guò)濾)1000ml。

2)藻株微擬球藻(nanochloropsissp.)的純化

為了后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用，需要對(duì)獲得的藻株進(jìn)行進(jìn)一步無(wú)菌純化備用。向上述培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微擬球藻(nanochloropsissp.)的培養(yǎng)液中，分別依次加入300mg/l青霉素，100mg/l鏈霉素和100mg/l慶大霉素，于藻類光照培養(yǎng)箱中處理36h，獲得無(wú)菌藻株，全部操作在無(wú)菌條件下進(jìn)行。將獲得的藻株連續(xù)接種5代以上培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，微擬球藻(nanochloropsissp.)密度約為1×10⁷cells/ml左右，備用。

所述微擬球藻(nanochloropsissp.)屬于真眼點(diǎn)藻綱，微擬球藻屬，單細(xì)胞，似球形，單獨(dú)或聚集，細(xì)胞直徑約2-5μm。通常該藻因胞內(nèi)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富被廣泛作為水產(chǎn)育苗培育的餌料微藻。同時(shí)，由于其通常含有豐富的不飽和脂肪酸特別是epa被作為能源微藻研究，在生物質(zhì)能源領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

實(shí)施例2

利用單室微生物燃料電池檢測(cè)微擬球藻(nanochloropsissp.)的產(chǎn)電活性。

如實(shí)施例1中所述，將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微擬球藻(nanochloropsissp.)接種于單室微生物燃料電池，放置于54μmolquanta/(m².s)光照下，12：12h光暗比，25±1℃條件下進(jìn)行產(chǎn)電測(cè)試。

測(cè)試方法：?jiǎn)问椅⑸锶剂想姵?，接種藻培養(yǎng)液總體積30ml，對(duì)照組接入無(wú)藻滅菌培養(yǎng)液，陽(yáng)極為石墨電極，電極尺寸12mm×12mm×3mm，陰極為空氣陰極，兩極連接鈦絲，外接1000ω電阻，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(model2700,keithleyinstruments,usa)采集電壓信號(hào)，excellinx軟件記錄每分鐘的輸出電壓，根據(jù)歐姆定律計(jì)算電流密度[c＝u/(rs),c(ma/m²)為電流密度，其中u為輸出電壓(mv)，r是外電阻(ω)，s是陽(yáng)極石墨電極表面積(m²)](參見(jiàn)圖2)。如圖2所示，微擬球藻(nanochloropsissp.)具有明顯的產(chǎn)電活性，其產(chǎn)電活性的最高值能達(dá)到26.10ma/m²。

實(shí)施例3

利用雙室微生物燃料電池檢測(cè)微擬球藻(nanochloropsissp.)的產(chǎn)電活性

如實(shí)施例1中所述，將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微擬球藻(nanochloropsissp.)接種于雙室微生物燃料電池的陽(yáng)極室，放置于54μmolquanta/(m².s)光照條件下，12：12h光暗比，25±1℃條件下進(jìn)行產(chǎn)電測(cè)試。測(cè)試方法：雙室微生物燃料電池，接種藻培養(yǎng)液總體積100ml，對(duì)照組接入無(wú)藻滅菌培養(yǎng)液，陰陽(yáng)兩極均為石墨電極，電極尺寸30mm×25mm×3mm，陰極溶液為50mmol/l的k3fe(cn)6，利用0.1mol/l的na2hpo4和nah2po4緩沖液按照ph7.8的比例配制，兩極連接鈦絲，外接1000ω電阻，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(model2700,keithleyinstruments,usa)采集電壓信號(hào)，如實(shí)施例2中所示，計(jì)算電流密度(參見(jiàn)圖3)。如圖3所示，微擬球藻(nanochloropsissp.)具有明顯的產(chǎn)電活性，并且這種電活性具有藻類產(chǎn)電的明顯光暗效應(yīng)特征。

實(shí)施例4

如實(shí)施例1中所述，將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微擬球藻(nanochloropsissp.)接種于雙室微生物燃料電池的陽(yáng)極室，放置于54μmolquanta/(m².s)光照條件下，25±1℃條件下進(jìn)行產(chǎn)電測(cè)試，同時(shí)以向雙室微生物燃料電池的陽(yáng)極室中接入滅菌培養(yǎng)液作為對(duì)照組。測(cè)試方法：循環(huán)伏安法(cv曲線)。如實(shí)施例3所述，待雙室微生物燃料電池穩(wěn)定運(yùn)行后，開(kāi)路狀態(tài)下加入?yún)⒈入姌O(ag/agcl)，以陽(yáng)極為工作電極，陰極為對(duì)電極，構(gòu)建三電極體系。用660e電化學(xué)工作站(上海辰華)以10mv/s的掃描速度在0-1.0v的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描分析(參見(jiàn)圖4)。結(jié)果如圖4所示，微擬球藻(nanochloropsissp.)具有明顯的產(chǎn)電活性。圖中沒(méi)有顯示特別明顯的氧化還原峰，說(shuō)明微擬球藻(nanochloropsissp.)可能通過(guò)直接接觸的方式傳遞電子。