[发明专利]一种具有产电特性的芽孢杆菌及其在微生物燃料电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及一种芽孢杆菌即短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)的产电特性及其在微生物燃料电池中的应用研究。 

背景技术

随着人类的进步与发展，对能源的需求愈加强烈。为了解决能源短缺问题，人类在积极寻求新型能源方式，开发和利用可再生能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)作为一种集污水净化和产电为一体的创新性污水处理与能源回收技术，近年受到研究者的关注。MFCs是燃料电池中特殊的一类，是指利用酶或者微生物作为催化剂，通过其代谢作用，在常温、常压、厌氧下将生活污水或工业废水中含有的大量有机化合物的化学能直接转化为电能的装置，包含阴阳两个极室，中间由质子交换膜分隔开，在降解有机物的同时回收清洁能源。 

在废水处理方面，MFCs具有现有方法所不具备的几项优势。首先，MFCs可以作为电源进行能量修复。其次，在稳定条件下，MFCs处理产生的剩余污泥较好氧处理的少。第三，MFCs处理中，微生物仅消耗少量污染物为其生长提供能量，大部分污染物被转化为电能。MFCs被认为是一项很有前景的生产清洁能源及进行环保型废水处理的技术。 

影响MFCs效果的关键因素是产电微生物。目前，分离的产电微生物主要是变形菌门和厚壁菌门的细菌，多为兼性厌氧菌。本发明专利涉及一种短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)，该菌种具有很强的产电性能，在微生物燃料电池方面的应用国内外尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的是提供从自然界分离出具有高活性产电能力的短小芽孢杆菌，所述的短小芽孢杆菌(Bacillus sp.)MFC-2菌株(以下简称MFC-2菌株)，所属分类为芽孢杆菌，保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编：100101，保藏日期为2011年7月12日，保藏号为CGMCC No.5056。 

本发明的另一个目的是提供MFC-2菌株在微生物燃料电池方面的应用，该菌株具有产电能力强和能够利用有机废水进行产电的性能。用其制备的微生物燃料电池具有广阔的应用前景。 

本发明的MFC-2菌株是该种内首次报道具有产电特性的芽孢杆菌菌株，在微生物燃料电池中具有很高的产电活性，具有广阔的工业应用前景。 

本发明的MFC-2菌株是分离自南京大学生命科学学院门前的有机废水中，经菌落和形态的显微观察、染色反应、常规生理生化特征性实验以及16s rDNA序列分析，该菌株鉴定为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus) MFC-2菌株，具有以下特征： 菌落规则圆形、表面光滑、有光泽、不透明乳白色、边缘整齐；菌体细杆状、菌体直、两端圆形、革兰氏阳性，一般为0.6~0.7μm×2.0~3.0μm；生理生化反应表现为：厌氧生长实验、V-P反应实验、7%NaCl生长实验、明胶液化实验、马尿酸盐实验、酪素水解实验均为阳性；吲哚实验、苯丙氨酸脱羧酶活性实验、丙二酸盐利用实验、硝酸盐还原实验、柠檬酸盐利用实验均为阴性；能利用葡萄糖、阿拉伯糖、甘露醇、木糖，但不能利用淀粉；16s rDNA序列分析结果表明，该菌与Bacillus aerophilus，Bacillus subtilis，Bacillus altitudinis和Bacillus pumilus的同源性均为100%。结合生理生化反应特征，鉴定其为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。 

本发明的MFC-2菌株可利用多种碳源，在厌氧和好氧条件下均可生长；在微生物燃料电池装置中具有很高的产电能力。短小芽孢杆菌具有产电性能的报道属于首次。 

本发明的MFC-2菌株的应用：（1）该菌能以葡萄糖作为电子供体直接用于微生物燃料电池中进行产电；（2）能在污水环境中利用有机物成分进行产电；（3）该菌可以用吸附或包埋在电极载体上的方式作为微生物燃料电池阳极催化剂。 

  

附图说明

图1为微生物燃料电池的构造示意图； 

图2为MFC-2菌株在碳纸电极表面的附着扫描电镜图；

图3为MFC-2菌株在微生物燃料电池中的开路电压—时间曲线示意图。

  

具体实施方式

实施例1：MFC-2菌株的筛选、分离、鉴定