石油脫硫脫氮菌株及其脫硫脫氮的基因與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微生物菌株及環(huán)境微生物領(lǐng)域，具體設(shè)及一株石油脫硫脫氮熱葡糖巧 地芽抱桿菌W-1及其降解基因與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀是環(huán)保世紀，作為化學(xué)工業(yè)主力軍的能源工業(yè)在環(huán)保和工藝方面都面臨許 多挑戰(zhàn)和機遇，并由此誕生了生物化工和環(huán)保領(lǐng)域交叉的一口新興學(xué)科。隨著全球工業(yè)化 進程的迅猛發(fā)展，對能源的需求量劇增，目前，世界能源結(jié)構(gòu)中石油所占比例最大，為 37.4%。石油產(chǎn)品中存在硫、氮化合物，應(yīng)用含有硫、氮化合物本產(chǎn)品，會對環(huán)境造成污染，對 設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。因此，脫硫、脫氮技術(shù)是石化工業(yè)及環(huán)境保護的重要研究課題。
[0003] 石油及其產(chǎn)品深度脫硫是我國乃至全世界石油化工領(lǐng)域在新世紀面臨的重要課 題。石油中的硫主要W硫醇、硫酸、嚷吩、苯并嚷吩(BT)及他們的烷基取代物和衍生物等有 機硫化物的形式存在，運些化合物在燃燒時產(chǎn)生大量的硫氯化物，帶來多種危害。其中最為 嚴重的是燃燒所產(chǎn)生的S〇2和S〇3極易與大氣中的水蒸氣化合形成酸雨，造成嚴重的污染，破 壞生態(tài)平衡，危害人體健康（MonticelloDJ.desul化;rizationoffossil化els.Ann Rev Microbiol. 1985,39:371~389)。近年來，隨著生物技術(shù)脫硫越來越為人民所關(guān)注。生物 催化脫硫(BDS)是一種在常溫常壓下利用需氧、厭氧菌除去石油含硫雜環(huán)化合物中結(jié)合硫 的一種新技術(shù)，其利用微生物特有的酶W生化裂解的方式將化石燃料中硫除去，是在常溫 常壓和不需要氨氣的條件下進行，能專一性切斷碳硫鍵而使化石燃料中的硫W硫酸鹽的形 式釋放出來，其目的是利用自然界存在的微生物脫除硫而不破壞有機燃料價值的控類。其 特點是工藝成本低，能耗省，流程簡單，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境清潔，符合生態(tài)環(huán)境友好的發(fā)展 趨勢。BDS技術(shù)從出現(xiàn)至今已發(fā)展了幾十年，目前為止仍處于開發(fā)研究階段。生物催化 脫硫技術(shù)為石油中有機硫組分的去除，開辟了一條新的途徑。
[0004] 石油中氮含量一般比硫含量低，質(zhì)量分數(shù)通常在0.05%~0.5%范圍內(nèi)，僅有少數(shù)原 油的氮含量分數(shù)超過0.6%。我國原油中氮含量偏高，且大多數(shù)原油的渣油中濃集了約90%的 氮，因此加工我國原油時，對原油中的氮含量應(yīng)倍加關(guān)注。原油中有機氮化物的存在對煉油 工藝、石油產(chǎn)品和環(huán)境都有很大危害。雖然原油中氮化物的數(shù)量和種類沒有硫化物多，但它 的影響要大于硫化物。在油品生產(chǎn)中，極微量的有機氮化物就可引起催化裂化、加氨精制等 工藝過程中貴重催化劑中毒，縮短催化劑的使用壽命，從而增加了生產(chǎn)成本，減少產(chǎn)量。據(jù) 統(tǒng)計，減少原油中氮含量的90%，能提高20%的汽油產(chǎn)量，還能減少設(shè)備腐蝕，降低費用。另 夕h氮化物會影響油品的顏色和安定性，特別是在儲存過程中，氮化物的存在會導(dǎo)致油色變 深及產(chǎn)生膠質(zhì)和沉淀;氮化物的燃燒會生成腐蝕性很強的酸性氣體，W氮氧化物Μ)χ的形式 排入大氣，造成嚴重的空氣污染，并形成酸雨。因此，脫除石油中的氮顯得尤為重要，而傳統(tǒng) 生物脫氮技術(shù)存在各種各樣的不可忽視的缺點：成本高、操作難度大、脫除底物種類有限、 脫除效果不顯著，并且已有的相關(guān)脫氮微生物的研究報道幾乎全為常溫微生物。
[000引本發(fā)明的菌株屬于嗜熱菌株，具有同時對石油脫硫脫氮的作用，可W應(yīng)用到石化 產(chǎn)業(yè)、環(huán)境保護業(yè)和其他相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種熱葡糖巧地芽抱桿菌W-1 (Geobacillus 1：1161'1]10旨111(3031(1日3；[113)及其鑒定和應(yīng)用，其鑒定的菌種屬于±壤芽抱桿菌屬，耐高溫，具有 很好的熱穩(wěn)定性能，可W在發(fā)酵等需要熱穩(wěn)定酶條件的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用；能有效脫除石油 中含硫(氮)化合物中硫(氮），w及該菌株在含硫(氮)的原油及其饋分脫硫脫氮中的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的第二個目的是提供該菌株的鑒定特征和16S rRNA序列。
[0008] 本發(fā)明的第Ξ個目的是提供該菌株脫除含硫含氮化合物中硫元素、氮元素的方 法。
[0009 ]本發(fā)明應(yīng)用于石油生物深度脫硫脫氮過程。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下： 本發(fā)明所提供的熱葡糖巧地芽抱桿菌，其特征在于：該菌株為Geobacillus thermoglucosidasius，2015年12月4日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物 中屯、（China General Microbiological Cultuer Collection Centre)進行保藏，保藏地 址:北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵政編碼：100101,登記入 冊編號為CGMCC N0.11780。
[00川 （1)該菌株已從大港油田地層水樣中分離純化得到，經(jīng)全基因測序，16S rDNA注釋 屬于Geobacillus thermoglucosidasius。該菌是革蘭氏陽性菌，生物學(xué)特性為接觸酶陽 性，體形態(tài)為有芽抱長桿菌，菌落呈圓形，乳白色，稍隆起，外形光滑，邊緣整齊，濕潤，不透 明；能水解明膠、淀粉和酪蛋白；能還原硝酸鹽和亞硝酸鹽；不能利用巧樣酸鹽；高于3%的 NaC 1其生長受到抑制。通過對該菌基因組的測序，發(fā)現(xiàn)該菌含有很多與石油脫硫脫氮相關(guān) 的基因。該菌的最適生長條件為:溫度60-65°C，pH=7.0~7.5，菌落形態(tài)如圖1。
[0012] (2)用ABI 50 C皿/E鑒定試劑條對該菌株利用不同碳源進行產(chǎn)酸試驗，結(jié)果顯示 該菌株能利用核糖、D-木糖、1^-阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、甘露醇、N-乙酷葡萄糖胺、 纖維二糖、麥芽糖、薦糖、海藻糖、:t侖糖，不能利用甘油、D-阿拉伯糖、山梨醇、乳糖等發(fā)酵 產(chǎn)酸。
[001引 （3 )通過對Geobac i 1 lus thermog lucos i das ius進行全基因測序發(fā)現(xiàn)， Geobacillus thermoglucosidasius具有許多與脫除含硫含氮化合物中硫元素的相關(guān)基因 (參見表1)、氮元素的相關(guān)基因（參見表2)，運些基因?qū)τ谑a(chǎn)業(yè)及環(huán)境保護方面的去硫 去氮有重要意義。
[0014] 表1 W-1基因組中與脫硫相關(guān)的基因
所述與脫除硫相關(guān)的基因參見表1 表2 W-1基因組中與脫氮相關(guān)的基因
所述與脫除氮相關(guān)的基因參見表1 核巧酸序列SEQ ID No.2:


AGCAAACGATCCGCAGGCGATGTCTTTATGGGCCGGGCAAGGATATCGCTTGGCGAAAGATATGCCGGCTGGAGAGA TTGTACAGTTGTTAATGAAGGAATTGAGAGAGATGGTGAATAAATAG 本發(fā)明采用活體細胞處理法處理高硫柴油、劣質(zhì)油漿;采用微庫倫法測定經(jīng)該菌處理 前后石油中的硫和氮的含量。結(jié)果表明： (l)W-l菌株脫除石油中硫和氮有顯著效果。
[001引（2巧經(jīng)W-1菌株處理的高硫柴油中所含硫含量為2.15%，氮含量為0.57%，經(jīng)W-1菌 株處理后硫、氮含量分別為0.53%、0.25%。
[0016 ] (3巧經(jīng)W-1菌株處理的劣質(zhì)油漿中所含硫含量為1.82%，氮含量為0.79%，經(jīng)W-1菌 株處理后硫、氮含量分別為0.72%、0.32%。
[0017]
【附圖說明】： 圖1為W-1的菌落形態(tài)圖。
[0018] 【具體實施方式】： 下面結(jié)合實施例說明本發(fā)明，運里所述實施例的方案，不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的專業(yè)人 員按照本發(fā)明的精神可W對其進行改進和變化，所述的運些改進和變化都應(yīng)視為在本發(fā)明 的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍和實質(zhì)由權(quán)利要求來限定;其中所用試劑均有市售； 本發(fā)明所用到的菌株來源： 實施例1:
(一)熱葡糖巧地芽抱桿菌W-1的提取方法 現(xiàn)場采集大港油田水樣，采用水樣加入1%石油在60°C 18化/min條件下進行富集培養(yǎng)。 一周后，在固體LB培養(yǎng)基(蛋白腺1 Og/L、酵母粉5g/L、氯化鋼1 Og/L、瓊脂粉15g/L，化0H調(diào)抑 至7.0，12rC、20min高壓滅菌，待溫度降到55°C時(手可觸摸），倒入培養(yǎng)皿中，獲得固體LB 培養(yǎng)基）