一个新的高温产氢菌及产氢特性的研究

利用Hungate滚管技术从西藏山南地区热泉淤泥中分离到一株高温产氢的厌氧发酵细菌T42。菌株T42革兰氏染色反应为阴性,但KOH裂解试验证实其为革兰氏阳性杆菌。菌体大小为0.7μm~0.9μm×3.2μm~7μm,不运动,不产芽孢。其生长温度范围为32℃~69℃,最适生长温度为60℃~62℃,生长pH范围为5.0~8.8,最适生长pH为7.0~7.5,代时30min。有机氮源是T42菌株的必需生长因子。菌株T42利用淀粉、纤维二糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、果糖、糖原和海藻糖等底物生长并发酵产氢,发酵葡萄糖的终产物为乙酸、乙醇、H2和CO2。G C含量为31.2mol%。系统发育分析表明菌株T42与Thermobrachium celere和Caloramator indicus位于同一分支,生理生化特征也表明菌株T42应是Thermobrachium属的一个新菌株,在中国普通微生物菌种保藏中心的保藏号为AS1.5039。菌株T42的最佳产氢初始pH为7.2,最佳产氢温度为62℃,其氢转化率为1.06mol H2/mol葡萄糖,最大产氢速率为24.0mmol H2/gDW/h。20mmol/L的Mg2 和2mmol/L的Fe2 可分别提高菌株T42的产氢量20%和23.3%,而Ni2 对其产氢无明显的作用。当菌株T42和热自养甲烷热杆菌(Methanothermobacter thermautotrophicus)Z245共培养时,由于降低了氢分压,使其葡萄糖利用率和氢产量分别提高1倍和2.8倍,发酵产物乙酸和乙醇的比例也从1提高到1.7。     

厌氧产氢微生物研究进展

微生物是生物制氢的核心。本文论述了通过厌氧代谢途径产氢的微生物种类及高效产氢微生物选育和应用的研究趋势, 其中重点论述了中温和嗜热厌氧产氢微生物的产氢能力、底物利用范围及代谢特性, 简述了嗜热一氧化碳营养型产氢菌的种类及代谢特点。     

丁酸盐降解菌和氢营养菌共培养物的研究

采用Hungate厌氧技术,对处理屠宰和咛檬酸废水的两个实验室厌氧消化器中的丁酸降解蓖和氢营养菌进行了研究。观察到两个消化器中的丁酸盐降解菌的组成相同。丁酸盐转化为甲烷的过理由四种细菌共同完成。其中包括一种降解丁酸盐的产氢产乙酸细菌和一种利用乙酸盐的产甲烷菌,以及两种形态完全不同的利用H2／CO2的产甲烷菌。对分离到的一株丁酸盐降解菌SBI 菌株的鉴定表明,该菌应属沃而夫氏互营单胞菌(Syntrophomonas walfei)。     

浮霉菌门严格厌氧产氢细菌(Thermopirellula anaerolimosa)的分离及其生理特性

[目的]厌氧颗粒污泥中含有大量未知微生物资源,利用低浓度底物及添加抗生素的培养基进行厌氧发酵细菌的筛选,并对分离菌株进行生理生化特性研究.[方法]利用系列稀释法及亨盖特厌氧滚管技术从制糖废水厌氧处理反应器的颗粒污泥中分离到一株高温厌氧产氢细菌VM20-7T,通过16S rRNA基因序列同源性确定其系统发育地位.[结果]菌株VM20-7T为高温、严格厌氧、革兰氏阴性梨形细菌,细胞大小为(0.7-2.0)μm×(0.7-2.0) μm,不运动,不产芽胞.其生长温度范围为35℃-50℃(最适温度45℃),pH范围为6.0-8.3(最适pH7.0-7.5),NaCl耐受范围为0％-0.5％(w/v,最适浓度0％).菌株VM20-7T可利用葡萄糖、麦芽糖、核糖等多种糖类为唯一碳源生长,葡萄糖发酵终产物是乙酸和H2.该菌株不利用硝酸盐、硫酸盐等作为电子受体生长.G+C含量为60.9 mol％,16S rRNA基因序列同源性显示菌株属于浮霉菌门,但与已培养菌株的同源性较低,与梨形菌属一红小梨形菌属-芽殖小小梨形菌属(Pirellula-Rhodopirellul -Blastopirellula,PRB)分支的亲缘关系最近,但序列相似性也仅为82.7％-84.3％.[结论]利用低浓度糖类并添加抗生素分离厌氧颗粒污泥中的微生物,获得了浮霉菌门首例严格厌氧细菌VM20-7T.生理生化特性和系统发育分析显示,菌株VM20-7T为浮霉菌目的新属新种,命名为Thermopirellula anaerolimosa.该菌株的菌种保藏号为CGMCC 1.5169T=JCM 17478T=DSM 24165T.     

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.     

高效产氢菌B49菌株adh和L-ldh基因克隆及序列分析

设计细菌adh基因和L-ldh基因简并引物,采用降落PCR并结合Cassette PCR方法从高效产氢菌B49中扩增全长基因.共获得两段基因组DNA片段.其中一段序列长1902 bp.包括adh基因开放阅读框 1101 bp,共编码366个氨基酸,编码产物分子量为 39.71 kD,理论等电点为pH5.93.该基因与Clostridium thermocellum ATCC 27405的adh位点序列一致性为73%.另一段序列长2490bp,包括L-ldh基因开放阅读框951 bp,共编码316个氨基酸,编码产物分子量为34.23 kD,理论等电点为pH 6.09.该基因与Bacillus megaterium的L-ldh位点一致性为74%.试验结果表明,采用CodeHop和Genefisher程序化设计的简并引物可信性强,阳性率高,CodeHop设计简并引物效果要好于Genefisher.adh和L-ldh的成功克隆为通过代谢工程手段敲除adh和L-ldh基因提供了科学依据,从而为进一步提高B49产氢能力的代谢工程研究奠定基础.     

氯仿处理厌氧污泥发酵制氢中微生物多样性的解析

研究了不同浓度氯仿对厌氧污泥产氢及其微生物多样性的影响。在氯仿浓度为0.050%时,累积氢、氢气产率、VFA和总糖降解率均达到最大,分别为639mL、1.71molH2/mol消耗葡萄糖、2880mg/L和85%。利用PCR-DGGE技术对不同浓度氯仿处理的污泥样品中微生物多样性和种群结构进行分析显示,4个细菌克隆属于Clostridia,2个细菌克隆分别属于Acidobacteria和δ-proteobacteria,其他4个均属于不可培养细菌。Clostridia中的4个菌群均属产氢菌群,条带7中含有的细菌可能属于HPB。发酵产氢后的污泥样品C3(氯仿浓度=0.05%)中细菌类型主要有:Megasphaera sueciensis、Megasphaera paucivorans、Clostridium cellulosi、Clostridium sp.和不可培养细菌,为最适产氢群落结构。