[发明专利]一种具有产电特性的Tolumonas osonensis菌株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Tolumonas osonensis菌株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

随着社会与经济的不断发展，能源消耗将逐年增加。煤炭、石油、天然气等不可再生能源持续增长的大量消耗，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时也带来了地球变暖、酸雨增加等问题。因此，为了人类能源的稳定持久供应、实现经济的可持续增长，改变能源的生产和消费方式，开发新的、对环境无害的、非石油类的可再生能源供给方式是未来能源发展的主体思路。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)是一种利用微生物做催化剂氧化有机物并直接将化学能转化成电能的新型装置。它结合燃料电池与生物学技术手段，实现了生物化学能与电能的直接转化，是一种清洁的可持续能源，已逐渐成为新能源开发的焦点。

MFCs的基本结构与其他类型燃料电池类似，由阳极室和阴极室组成。阳极室中的有机物在厌氧条件下通过微生物新陈代谢作用氧化为代谢产物并释放出电子和质子；电子由微生物传递到阳极表面，再由阳极经外电路传导到阴极，同时质子通过质子膜到达阴极室；在阴极室中，电子、质子和电子受体(通常为空气或溶氧)发生还原反应，产物为H₂O。这样在阳极室中产生的电子被不断的传递、消耗，从而形成闭合回路产生持续电流，这样就同时实现了有机物的去除和电流的产生。

产电微生物(Electricigens)是指那些在厌氧条件下能够完全氧化有机物成CO₂，然后把氧化过程中产生的电子通过电子传递链传递到电极上产生电流的微生物。目前已报道的能在无介体条件下运行MFCs产电的微生物包括细菌类和真菌类。其中，细菌类产电微生物主要包括希瓦氏菌属(Shewanella)、地杆菌属(Geobacter)、假单胞菌菌属(Pseudomonas)、弓形菌属(Arcobacter)、产氢细菌家族的产电菌(如丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、铁还原红螺菌(Rhodoferax ferrireducens)、人苍白杆菌(Ochrobactrum anthropi)、耐寒细菌(Geopsychrobacter electrodiphilus)、克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae L17)等。真菌类的产电微生物主要包括异常汉逊酵母(Hansenula anomala)、沼泽红假单孢菌(Rhodopseudomonas palustris)、小球藻(Chlorellavulgaris)等。产电微生物是微生物燃料电池中重要的生物催化剂，直接影响产电效率。因此挖掘更多具有这种功能的微生物对于丰富产电微生物的多样性，提高产电效率具有重要意义。

Tolumonas osonensis是2011年发现的甲苯单胞菌属(Tolumonas)的一个新种。细胞染色为革兰氏阴性。兼性厌氧，最适生长温度和pH分别为22℃和7.5。目前，Tolumonas osonensis种内微生物的产电特性及其在微生物燃料电池方面的应用在国内外尚未发现相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有产电能力的新菌株---Tolumonas osonensis P2-A-1及其在微生物燃料电池中的应用。

本发明通过对污水处理厂的污泥进行富集、分离、纯化和筛选，得到一株Tolumonas osonensis P2-A-1。该菌株可以作为微生物燃料电池的阳极催化剂，进行催化底物产电，从而实现了本发明的目的。

本发明得到的菌株命名为Tolumonas osonensis P2-A-1，已于2013年5月保存在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号院中科院微生物研究所)，其简称为CGMCC，保藏编号为CGMCC7562。