專利名稱：一種具有產(chǎn)電特性的蠟樣芽孢桿菌及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種芽孢桿菌即蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus )的產(chǎn)電特性及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究。
背景技術(shù)：
能源緊張和環(huán)境污染是我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大主要挑戰(zhàn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對(duì)能源的大量消耗而導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化，尤其是碳排放增加引起的溫室效應(yīng)將對(duì)全球氣候長(zhǎng)期影響。因此，通過節(jié)約能源或?qū)崿F(xiàn)新型能源的替代來實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一是目前面臨的最主要的研究課題。微生物燃料電池 (Microbial Fuel Cell, MFC)是一種新型、便捷的能源裝置。它可以利用各種有機(jī)物、無機(jī)物以及微生物呼吸的代謝產(chǎn)物、發(fā)酵產(chǎn)物、污水等作為燃料，是目前環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 微生物燃料電池如果用在廢水處理工藝，除了可以對(duì)廢水進(jìn)行有效處理外，還可以為人類提供清潔能源，具有清潔、安全、低噪音、高效、低輻射以及利于操作等特點(diǎn)。Logan等以城市生活污水為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)構(gòu)造的新型微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)了在污水處理的同時(shí)回收電能，從而在一定程度上降低了污水的處理成本(參見Liu H，Ramnarayanan R, Logan B Ε. Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell[J]. Environmental Science Technology,2004, 38 (14) :4040-4046.)。據(jù)分析，廢水中含有大量的能量(BOD)，目前污水處理仍以耗能較高的好氧曝氣處理工藝為主，而利用厭氧甲烷發(fā)酵的處理污水工藝因有機(jī)污染物濃度較低在經(jīng)濟(jì)上不可行且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，不僅對(duì)能源回收不利，還將消耗大量能源。同時(shí)，我國(guó)持續(xù)的城市化進(jìn)程將使用于污水處理的經(jīng)濟(jì)成本大幅上升，進(jìn)而給經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境帶來不利的影響。MFC技術(shù)兼具厭氧污水處理和好氧曝氣的特征，污水處理效率高，還可產(chǎn)生電能，有望為水資源的可持續(xù)利用帶來新契機(jī)。1999年，Kim等首次發(fā)現(xiàn)有些微生物在代謝過程中可將電子直接傳遞到電極表面(參見Kim B H, Kim H J, Hyun W S et al. Direct electrode reaction of Fe(III)-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens [J]· J Microbiol Biotechnol, 1999，9(2) : 127-131·)。2004 年，Jang 和 Liu 等直接以混合菌分別成功構(gòu)建了無中間體無質(zhì)子交換膜MFC，電池輸出功率達(dá)到了幾百mWm2，這一顯著的成績(jī)立即引起了更多人對(duì)MFC的關(guān)注，也引發(fā)了以混合菌接種MFC的研究熱潮。隨后，研究人員相繼發(fā)現(xiàn)某些微生物能在無介體的條件下直接將體內(nèi)產(chǎn)生的電子傳遞到電極。最近的研究發(fā)現(xiàn)了多種可以向細(xì)胞外直接轉(zhuǎn)移電子的細(xì)菌，這些胞外產(chǎn)電菌大多集中于兩類異化金屬還原菌屬——Shewanella和Geobacter。有關(guān)蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus)的產(chǎn)電特性及其在微生物燃料電池方面的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)有報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供從自然界中分離具有高活性產(chǎn)電能力的蠟樣芽孢桿菌及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用，所述的蠟樣芽孢桿菌(Bacillus sp.)MFC-I菌株(以下簡(jiǎn)稱MFC-I菌株)，所屬分類為芽孢桿菌，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”，地址北京市朝陽區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào)，郵編100101，保藏日期為2011年7月12日，保藏號(hào)為CGMCC No5055。該MFC-I菌株能在污水環(huán)境中利用有機(jī)物成分進(jìn)行產(chǎn)電，該菌還可以作為微生物燃料電池陽極催化劑進(jìn)行催化底物產(chǎn)電。本發(fā)明的MFC-I菌株是該種內(nèi)首次報(bào)道具有產(chǎn)電特性的菌株，在微生物燃料電池中具有很高的產(chǎn)電活性，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景和理論研究?jī)r(jià)值。本發(fā)明的MFC-I菌株是分離自南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院門前的有機(jī)廢水中，經(jīng)菌落和形態(tài)的顯微觀察、染色反應(yīng)、常規(guī)生理生化特征性實(shí)驗(yàn)以及16s rDNA序列分析，該菌株鑒定為蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus) MFC-I菌株，具有以下特征(1)菌體為細(xì)胞桿狀， 末端方，成短或長(zhǎng)鏈，直徑為0. 4 0.6 μ m，菌長(zhǎng)為2.0 5. Oym; (2)革蘭氏陽性；(3) 菌落大，表面粗糙，扁平，不規(guī)則，在普通瓊脂平板培養(yǎng)基上，37 °C，培養(yǎng)M h，可形成圓形或近似圓形、質(zhì)地軟、無色素、稍有光澤的白色菌落(似蠟燭樣顏色)直徑5-7 mm;(4) 16S rDNA 序列分析結(jié)果表明，該 MFC-I 菌與 Bacillus cereus、Bacillus thuringiensis 和Bacillus subtilis的同源性均為100%，結(jié)合生理生化鑒定，鑒定其為蠟樣芽孢桿菌 (Bacillus cereus)。(5)根據(jù)《伯杰氏手冊(cè)》和《常見細(xì)菌鑒定手冊(cè)》中描述的上述四種芽孢桿菌的鑒定特征(表1)，測(cè)定了 MFC-I菌株的生理生化反應(yīng)以及生長(zhǎng)特性，其生理生化指標(biāo)如表1所示
表1蠟樣芽孢桿菌MFC-I菌株的生理生化指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種具有產(chǎn)電能力的蠟樣芽孢桿菌，其特征在于所述的蠟樣芽孢桿菌(Bacillus cereus MFC-I)，在2011年7月12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，保藏號(hào)為CGMCC No. 5055。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠟樣芽孢桿菌，在微生物燃料電池中的應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蠟樣芽孢桿菌在微生物燃料電池中的應(yīng)用，其特征在于所述的蠟樣芽孢桿菌能以葡萄糖作為電子供體直接用于微生物燃料電池中進(jìn)行產(chǎn)電；或者能在污水環(huán)境中利用有機(jī)物成分進(jìn)行產(chǎn)電。
全文摘要
一種具有產(chǎn)電能力的蠟樣芽孢桿菌，該蠟樣芽孢桿菌(Bacilluscereus)，2011年7月12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”，其保藏號(hào)為CGMCCNo.5055。該菌株鑒定為蠟樣芽孢桿菌(Bacilluscereus)菌株，具有以下特征菌體為細(xì)胞桿狀，末端方，成短或長(zhǎng)鏈，直徑為0.4～0.6μm，菌長(zhǎng)為2.0～5.0μm；革蘭氏陽性；菌落大，表面粗糙，扁平，不規(guī)則，在普通瓊脂平板培養(yǎng)基上，37℃，培養(yǎng)24h，可形成圓形或近似圓形、質(zhì)地軟、無色素、稍有光澤的白色菌落(似蠟燭樣顏色)直徑5-7mm。可利用多種碳源，并能在厭氧和好氧條件下生長(zhǎng)。利用該菌株制備的微生物燃料電池具有較高的產(chǎn)電能力，既可以直接用于微生物燃料電池中進(jìn)行產(chǎn)電，也可以利用污水有機(jī)物進(jìn)行產(chǎn)電。
文檔編號(hào)H01M8/16GK102399722SQ20111034751
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者劉常宏, 張劍榮, 趙翠娥, 郭利川 申請(qǐng)人:南京大學(xué)