高效产氢细菌新种--Ethanologenbacterium sp.X-1的分离鉴定及其产氢效能

为获得高效产氢发酵细菌 ,采用改进的厌氧Hungate培养技术 ,从生物制氢反应器CSTR中分离一株产氢细菌X 1。对该株细菌进行了形态学特征、生理生化指标、16SrDNA和 16S 2 3SrDNA间隔区序列分析等研究。结果表明与最相近的种属Clostridiumcellulosi和Acetanaerobacteriumelongatum等的 16SrRNA基因序列同源性为 94 %以下。16S 2 3SrRNA间隔区基因序列比对分析显示保守区域仅为tRNAAla和tRNAIle序列 ,其它可变部位没有同源性区域 ,鉴定为新属Ethanologenbacteriumsp .。该株细菌为专性厌氧杆菌 ,代谢特征为乙醇发酵 ,葡萄糖发酵产物主要为乙醇、乙酸、H2 和CO2 。在pH4 0和 36℃条件下最大产氢速率是 2 8 3mmolH2 (gdrycell·h)。经鉴定和产氢效能分析表明该菌株是一新属的高效产氢细菌     

有机酸胁迫下厌氧污泥产氢效果

乙酸、丙酸、乳酸及丁酸是厌氧发酵产氢过程中4种主要的液相末端发酵产物,其积累对产氢过程有一定的抑制作用。实验利用多种有机酸胁迫提高污泥的酸耐受能力,并以污泥中脱氢酶活性为生化指标,对不同浓度酸胁迫下厌氧污泥活性变化进行了研究。通过对胁迫后污泥产氢量及末端产物进行对比。结果表明,酸胁迫后污泥产氢量有一定增加,其中乙酸和丁酸胁迫效果最好,较对照组提高了近一倍;末端产物分析研究表明,不同的有机酸胁迫后,其产量在发酵过程中都有一定的增加,而乙酸含量在酸胁迫后都有不同程度的提高。     

高效产氢细菌新种——Ethanologenbacterium sp. X-1的分离鉴定及其产氢效能

为获得高效产氢发酵细菌,采用改进的厌氧Hungate培养技术,从生物制氢反应器CSTR中分离一株产氢细菌X1。对该株细菌进行了形态学特征、生理生化指标、16S rDNA和16S23S rDNA 间隔区序列分析等研究。结果表明与最相近的种属Clostridium cellulosi和Acetanaerobacterium elongatum等的16S rRNA基因序列同源性为94％以下。16S23S rRNA 间隔区基因序列比对分析显示保守区域仅为tRNAAla和tRNAIle序列,其它可变部位没有同源性区域,鉴定为新属Ethanologenbacterium sp.。该株细菌为专性厌氧杆菌,代谢特征为乙醇发酵,葡萄糖发酵产物主要为乙醇、乙酸、H2和CO2。在pH4.0和36℃条件下最大产氢速率是28.3mmol H2/(g dry cell·h)。经鉴定和产氢效能分析表明该菌株是一新属的高效产氢细菌。     

厌氧细菌Acetanaerobacterium elongatum从葡萄糖的产氢特性研究

为了了解影响厌氧发酵产氢细菌Acetanaerobacterium elongatumZ7产氢效率的因素,采用生理学方法对其进行了研究。结果表明:乙醇型发酵菌A.elongatumZ7的最适产氢温度为37℃,最适产氢的起始pH为8.0。该菌发酵葡萄糖和阿拉伯糖产氢的能力较强,氢气产率分别为1.55mol H2/mol葡萄糖和1.50mol H2/mol阿拉伯糖。酵母粉是菌株Z7生长和产氢所必须的生长因子;pH影响菌株的生长和葡萄糖利用率;氢压则影响电子流的分配,从而改变代谢产物乙酸和乙醇的比例;当产氢菌与甲烷菌共培养以维持发酵体系低的氢压时,可使氢的理论产量提高约4倍;培养基中乙酸钠浓度>60mmol/L明显抑制产氢。另外,一个只利用蛋白类物质的细菌能够促进菌株Z7对葡萄糖的利用,进而提供氢产量,为生物制氢的工业化生产提供理论参考。     

酒色着色菌利用产酸克雷伯氏菌发酵废液产氢

研究了酒色着色菌(Chromatiumvinosum DSM185)利用产酸克雷伯氏菌(Klebsiellaoxytoca HP1)发酵产氢废液进行光发酵和暗发酵产氢的可行性,以达到对产氢底物的充分利用和对产氢废液的进一步处理。研究结果表明C.vinosum可以利用K.oxytoca的发酵废液进行光发酵产氢和暗发酵产氢。C.vinosum发酵产氢后废液中残余还原糖和主要有机酸(丁酸)的含量明显降低,发酵产氢的最佳pH为6.5,添加0.1%(W/W)NH4Cl能促进产氢。在光照条件下丁酸利用率可达54.38%,产氢量达36.97mL/mg;在黑暗条件下丁酸利用率可达36.01%,产氢量达37.50mL/mg。     

高效产氢菌株Enterococcus sp. LG1的分离及产氢特性

采用Hungate厌氧培养技术分别从厌氧污泥、好氧污泥及河底泥中分离出12株厌氧产氢细菌,并对其中的Enterococcus sp.LG1(注册号:EU258743)进行了研究.结果表明,该株细菌为专性厌氧菌,经革兰氏染色结果为阴性.通过16S rDNA碱基测序和比对证实,该菌株是目前尚未报道过的1个新菌种,初步确定其细菌学上的分类地位.同时,以灭菌预处理的污泥为底物培养基,对该菌的产氢能力及污泥发酵过程中底物性质变化(SCOD、可溶性蛋白质、总糖和pH值等)进行了探讨.实验结果显示,产氢茵Enterococcus sp.LG1的发酵过程中只有H2和CO2产生,无CH4产生.产气量最高为36.48 mL/g TCOD,氢气含量高达73.5%,为已报道文献中以污泥为底物发酵制氢中之最高.根据污泥发酵产物分析得知,该菌的发酵类行为典型的丁酸型发酵.     

产氢菌的复合诱变选育及突变株HCM-23的产氢特性

以厌氧产氢细菌Clostridium sp. H-61为原始菌株, 先后经亚硝基胍(NTG)、紫外(UV)诱变, 选育得到1株高产突变株HCM-23。在葡萄糖浓度为10 g/L的条件下, 其产氢量为3024 mL/L, 比原始菌株提高了69.89%; 其最大产氢速率为33.19 mmol H2/g DW·h, 比原始菌株(19.74 mmol H2/g DW·h)提高了68.14%。经过多次传代试验, 稳定性良好。其发酵末端产物以乙醇和乙酸为主, 属于典型乙醇型发酵代谢类型。其最适产氢初始pH为6.5, 最适生长温度为36℃, 以蔗糖为最佳碳源。与原始菌株相比, 突变株HCM-23的产氢特性发生了改变, 如生长延滞期延长, 可利用无机氮源等。     

厌氧细菌Acetanaerobacterium elongatum从葡萄糖的产氢特性研究

为了了解影响厌氧发酵产氢细菌Acetanaerobacterium elongatum Z7产氢效率的因素,采用生理学方法对其进行了研究。结果表明：乙醇型发酵菌A. elongatum Z7的最适产氢温度为37℃, 最适产氢的起始pH为8.0。该菌发酵葡萄糖和阿拉伯糖产氢的能力较强,氢气产率分别为1.55mol H2/mol葡萄糖和1.50mol H2/mol阿拉伯糖。酵母粉是菌株Z7生长和产氢所必须的生长因子;pH影响菌株的生长和葡萄糖利用率;氢压则影响电子流的分配,从而改变代谢产物乙酸和乙醇的比例;当产氢菌与甲烷菌共培养以维持发酵体系低的氢压时,可使氢的理论产量提高约4倍;培养基中乙酸钠浓度> 60mmol/L明显抑制产氢。另外,一个只利用蛋白类物质的细菌能够促进菌株Z7对葡萄糖的利用,进而提供氢产量,为生物制氢的工业化生产提供理论参考。     

产氢菌的复合诱变选育及突变株HCM-23的产氢特性

以厌氧产氢细菌Clostridium sp.H-61为原始菌株,先后经亚硝基胍(NTG)、紫外(UV)诱变,选育得到1株高产突变株HCM-23.在葡萄糖浓度为10 g/L的条件下,其产氢量为3024 mL/L,比原始菌株提高了69.89%;其最大产氢速率为33.19 mmol H2/g DW·h,比原始菌株(19.74 mmolH2/g DW·h)提高了68.14%.经过多次传代试验,稳定性良好.其发酵末端产物以乙醇和乙酸为主,属于典型乙醇型发酵代谢类型.其最适产氢初始pH为6.5,最适生长温度为36℃,以蔗糖为最佳碳源.与原始菌株相比,突变株HCM-23的产氢特性发生了改变,如生长延滞期延长,可利用无机氮源等.     

海洋沉积物中铁还原细菌组成及异化铁还原与产氢性质分析

【背景】一些铁还原细菌具有异化铁还原与产氢的能力,该类细菌在环境污染修复的同时能够解决能源问题。【目的】从海洋沉积物中富集获得异化铁还原菌群,明确混合菌群组成、异化铁还原及产氢性质。获得海洋沉积物中异化铁还原混合菌群组成,分析菌群异化铁还原和产氢性质。【方法】利用高通量测序技术分析异化铁还原菌群的优势菌组成,在此基础上,分析异化铁还原混合菌群在不同电子供体培养条件下异化铁还原能力和产氢性质。【结果】高通量数据表明,在不溶性氢氧化铁为电子受体和葡萄糖为电子供体厌氧培养条件下,混合菌群的优势菌属主要是梭菌(Clostridium),属于发酵型异化铁还原细菌。混合菌群能够利用电子供体蔗糖、葡萄糖以及丙酮酸钠进行异化铁还原及发酵产氢。葡萄糖为电子供体时,菌群累积产生Fe(Ⅱ)浓度和产氢量最高,分别是59.34±6.73 mg/L和629.70±11.42 mL/L。【结论】异化铁还原混合菌群同时具有异化铁还原和产氢能力,拓宽了发酵型异化铁还原细菌的种质资源,探索异化铁还原细菌在生物能源方面的应用。     

发酵蓝靛果汁抑菌作用实验研究

目的：观察发酵蓝靛果汁对各种不同细菌的抑菌作用。方法：以药敏试验管碟法检测三种不同浓度发酵蓝靛果汁（蓝靛果原汁,75%蓝靛果汁,50%蓝靛果汁）对10种细菌的抑菌效果。结果：三种不同浓度的发酵蓝靛果汁对10种细菌均有明显的抑制作用。结论：发酵蓝靛果汁具有广谱抗菌作用。     

Halophilic anaerobic fermentative bacteria

In hypersaline environments bacteria are exposed to a high osmotic pressure caused by the surrounding high salt concentrations. Halophilic microorganisms have specific strategies for balancing the osmotic pressure and surviving in these extreme conditions. Halophilic fermentative bacteria form taxonomically and phylogenetically a coherent group mainly belonging to the order Halanaerobiales. In this review, halophilic anaerobic fermentative bacteria in terms of taxonomy and phylogeny, special characteristics, survival strategies, and potential for biotechnological applications in a wide variety of branches, such as production of hydrogen, are discussed.     

城市污泥中邻苯二甲酸酯(PAEs)的厌氧微生物降解

邻苯二甲酸酯(PAEs)是城市污泥中普遍存在的一类具有内分泌干扰性作用的有机污染物.研究污泥厌氧生物处理过程中PAEs的微生物降解对保障污泥农用的安全性十分必要.本文以污泥中两种主要的PAEs——邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸(2-乙基己)酯(DEHP)为研究对象,通过比较PAEs在污泥厌氧消化系统与发酵产氢系统中降解过程的差异及系统污泥特性的变化,分析不同污泥厌氧生物处理系统中影响PAEs降解的可能因素.结果表明: 在污泥厌氧发酵系统中,DBP在6 d内降解率达99.6%, DEHP在整个14 d的培养期间也降解了46.1%;在发酵产氢系统中,在14 d培养过程DBP的降解率仅为19.5%,DEHP则没有明显的降解.与厌氧消化系统相比,PAEs在发酵产氢系统中的降解受到明显抑制,这与发酵产氢过程中微生物量下降、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G⁺/G^-)和真菌/细菌变小及挥发性脂肪酸(包括乙酸、丙酸及丁酸)浓度升高有关.     

异化铁还原细菌Clostridium sp.LQ25分离及其产氢与铁还原特性

[背景] 一些异化铁还原细菌兼具铁还原和发酵产氢能力,可作为发酵型异化铁还原细菌还原机制研究的对象。[目的] 筛选出一株发酵型异化铁还原细菌。在异化铁还原细菌培养体系中,设置不同电子供体并分析电子供体。[方法] 通过三层平板法从海洋沉积物中筛选纯菌株,基于16S rRNA基因序列进行菌株鉴定。通过测定细菌培养液Fe （II）浓度及发酵产氢量分析菌株异化铁还原和产氢性质。[结果] 菌株LQ25与Clostridium butyricum的16S rRNA基因序列相似性达到100%,结合电镜形态观察,菌株命名为Clostridium sp.LQ25。在氢氧化铁为电子受体培养条件下,菌株生长较对照组（未添加氢氧化铁）显著提高。菌株LQ25能够利用丙酮酸钠、葡萄糖和乳酸钠进行生长。丙酮酸钠为电子供体时,菌株LQ25细胞生长和异化铁还原效率最高,菌体蛋白质含量是（78.88±3.40） mg/L,累积产生Fe （II）浓度为（8.27±0.23） mg/L。以葡萄糖为电子供体时,菌株LQ25发酵产氢量最高,达（475.2±14.4） mL/L,相比对照组（未添加氢氧化铁）产氢量提高87.7%。[结论] 筛选到一株具有异化铁还原和发酵产氢能力的菌株Clostridium sp.LQ25,为探究发酵型异化铁还原细菌胞外电子传递机制提供了新的实验材料。     

固定化技术在促进光合细菌产氢中的应用

氢气是一种新型的清洁高效能源,制氢技术的创新是目前研究的热点。将新型的技术及材料应用到生物制氢工艺中,从而促进生物制氢技术的产氢效率和工程应用是研究的重点之一。该文阐述了光合细菌在固定化生长条件下发酵产氢的最新研究进展,从固定化技术的原理、固定化方法的应用进展及影响因素几个方面进行了综述,详细阐述了包括包埋、悬浮载体附着生长及固定生物膜法等几种固定化方法对光发酵产氢的作用,介绍了国内外用于固定化的新型材料,并对今后的研究重点及方向进行了展望。     

微生物发酵产氢的影响因素分析*

随着环保要求的愈益严格和化石能源的日益短缺,氢作为清洁高效的可再生能源日益受到人们的重视。微生物发酵产氢可以利用可再生的生物质,符合可持续发展的要求。针对影响微生物发酵产氢的因素,总结了国内外在该领域的研究成果,重点介绍了产氢微生物、营养物、产物和工艺操作条件等方面对发酵产氢的影响,同时还阐述了以有机废弃物为基质时的发酵产氢影响因素。     

铁锰氧化物提高巴斯德梭菌电子输出率

[背景]发酵型异化金属还原菌通过发酵获取能量,同时也具有一定的异化还原变价金属氧化物的能力,关于变价金属氧化物对发酵型异化金属还原菌电子输出率的影响还知之甚少。[目的]探究铁锰氧化物(Fe2O3/MnO2)对发酵型异化金属还原菌Clostridium pasteurianum电子输出率的影响。[方法]将不同浓度Fe2O3/MnO2添加到以葡萄糖为底物并接种5%C.pasteurianum的发酵体系中,利用电化学工作站检测C.pasteurianum电化学特性;以菲啰嗪(Ferrozine)显色法和甲醛肟法分别测定发酵体系中Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)含量;气相色谱、高效液相色谱检测发酵底物葡萄糖及代谢产物(乙酸、丁酸、CO2和H2)随发酵时间的变化情况;最后计算发酵过程的电子输出率。[结果]研究表明,接种C.pasteurianum的微生物燃料电池可以检测到电流的产生,最大电流密度为0.93 mA/m^2;随着发酵时间的推移,反应体系中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的浓度逐渐增高;Fe2O3/MnO2的添加使发酵体系中葡萄糖消耗量提高了9.4%/7.7%,同时,乙酸产量提高了37.5%/25.0%,丁酸产量提高了22.7%/6.8%,氢气产量提高了21.6%/9.8%,而总的电子输出率则提高了24.27%/10.82%;添加铁锰氧化物的实验组pH值与对照组相比无显著差异。[结论]铁锰氧化物的添加可以提高C.pasteurianum的电子输出率,其原因可能是增加了葡萄糖消耗和缓冲pH值。研究结果为揭示变价金属氧化物影响发酵型异化金属还原菌电子输出的规律提供了证据,并进一步拓展了对变价金属氧化物与发酵型异化金属还原菌之间相互作用机制的认识。     

The bacteria of the sulphur cycle

This paper concentrates on the bacteria involved in the reductions and oxidations of inorganic sulphur compounds under anaerobic conditions. The genera of the dissimilatory sulphate-reducing bacteria known today are discussed with respect to their different capacities to decompose and oxidize various products of fermentative degradations of organic matter. The utilization of molecular hydrogen and formate by sulphate reducers shifts fermentations towards the energetically more favourable formation of acetate. Since acetate amounts to about two-thirds of the degradation products of organic matter, the complete anaerobic oxidation of acetate by several genera of the sulphate-reducing bacteria is an important function for terminal oxidation in sulphate-sufficient environments. The results of pure culture studies agree well with ecological investigations of several authors who showed the significance of sulphate reduction for the complete oxidation of organic matter in anaerobic marine habitats. In the dissimilatory sulphur-reducing bacteria of the genus Desulfuromonas the oxidation of acetate is linked to the reduction of elemental sulphur. Major characteristics of the anaerobic, sulphide-oxidizing phototrophic green and purple sulphur bacteria as well as of some facultative anoxygenic cyanobacteria, are given. By the formation of elemental sulphur and sulphate, these bacteria establish sulphur cycles with the sulphide-forming bacteria. In view of the morphological diversity of the sulphate-reducing bacteria and question of possible evolutionary relations to phototrophic sulphur bacteria is raised.     

Electricity generation from mixed volatile fatty acids using microbial fuel cells

Fermentative hydrogen production, as a process for clean energy recovery from organic wastewater, is limited by its low hydrogen yield due to incomplete conversion of substrates, with most of the fermentation products being volatile fatty acids (VFAs). Thus, further recovery of the energy from VFAs is expected. In this work, microbial fuel cell (MFC) was applied to recover energy in the form of electricity from mixed VFAs of acetate, propionate, and butyrate. Response surface methodology was adopted to investigate the relative contribution and possible interactions of the three components of VFAs. A stable electricity generation was demonstrated in MFCs after the enrichment of electrochemically active bacteria. Analysis showed that power density was more sensitive to the composition of mixed VFAs than coulombic efficiency. The electricity generation could mainly be attributed to the portion of acetate and propionate. However, the two components showed an antagonistic effect when propionate exceeded 19%, causing a decrease in coulombic efficiency. Butyrate was found to exert a negative impact on both power density and coulombic efficiency. Denaturing gradient gel electrophoresis profiles revealed the enrichment of electrochemically active bacteria from the inoculum sludge. Proteobacteria (Beta-, Delta-) and Bacteroidetes were predominant in all VFA-fed MFCs. Shifts in bacterial community structures were observed when different compositions of VFA mixtures were used as the electron donor. The overall electron recovery efficiency may be increased from 15.7% to 27.4% if fermentative hydrogen production and MFC processes are integrated.