[发明专利]电化学活性细菌及其筛选方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物电化学系统中应用的细菌品种，特别涉及电化学活性细菌新种及其电化学活性新种(Geobacter anodereducens SD-1)的筛选方法。 

背景技术

生物电化学系统(BES)一类利用微生物阳极催化氧化反应，将电子传递到阴极进行还原反应，从而将化学能转化为电能的装置，主要包括微生物燃料电池(MFC)和微生物电解池(MEC)。当以废水为阳极基质时，这类系统能在处理废水的同时以不同的能源形式(例如电能、氢能等)回收废弃生物质中的能量。因此，生物电化学系统在近10年中被广泛研究，成为一个新的研究热点。其中系统所依赖的生物催化剂(阳极微生物)，叫做电化学活性细菌。硫还原泥土杆菌(Geobacter sulfurreducens)是电化学活性微生物的模式菌株，它的电化学活性和混合培养菌群的相当，并且往往是混菌阳极生物膜中的优势种群。但是，该细菌最初是以它的铁还原能力从底泥中分离获得，随后被用于生物电化学系统中。最近的研究发现微生物还原金属氧化物的过程和细胞将电子导到电极的行为是不一样的。有的微生物不能还原金属氧化物但却能在BESs中单独产电，反之亦然。这表明相比于矿物质的电子受体，细菌在电极上生长需要不同的特性。因此，我们推测以细菌的电化学活性(接种该细菌的生物电化学反应器的产电能力)而不是金属还原能力为指标，以高度富集电化学活性细菌的混菌阳极生物膜为分离菌源，能获得电化学活性更高，更能适应生物电化学系统的电化学活性细菌。 

新的电化学活性细菌一方面能优化生物电化学系统的阳极工作性能，另一方面能为生物电化学系统阳极电子传递机理的研究提供新的微生物资源。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种电化学活性细菌及其筛选方法。 

为解决技术问题，本发明的解决方案是： 

提供一种电化学活性细菌，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏名称为阳极还原泥土杆菌SD-1(Geobacter anodereducens SD-1)，保藏号为 CGMCC No：8662，保藏日期为：2013.12.30，保藏单位地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。 

本发明中，所述该电化学活性细菌的16S rRNA序列如SEQ ID NO：1所示。 

本发明还提供了电化学活性细菌的筛选方法，是采用稀释-绝迹法进行电化学活性细菌的分离、纯化和筛选；其特征在于，是选择富集了电化学活性微生物的阳极生物膜作为分离菌源，利用微型生物电化学反应器作为分离装置，并以生物电化学反应器的产电能力为筛选指标；具体包括： 

(1)所述富集了电化学活性微生物的阳极生物膜取自生物电化学反应器，该生物电化学反应器最初由城市生活废水处理厂初沉池的出水接种，以甲酸为基质，稳定运行至少半年，以便在其阳极材料上沉积形成阳极生物膜；经克隆文库的群落分析表明，阳极生物膜中的优势种群为数量>50％的硫还原泥土杆菌和数量>20％的乙酸杆菌；在该生物电化学反应器中，通过乙酸杆菌将甲酸转化成浓度<50ppm的乙酸，然后硫还原泥土杆菌利用该乙酸作为基质进行产电； 

(2)筛选过程所使用的分离装置是微型生物电化学反应器：由5mL血清瓶构建，阳极材料为1.5cm×1cm的石墨板，阴极材料为1.5cm×1cm不锈钢网；经砂纸清理后的不锈钢丝或者钛丝与阴阳两个电极连接，作为引出线导出电流；电极的引出线分别穿过一个直径20mm丁基橡胶塞；反应器由铝箔盖密封后，用高压蒸气灭菌；取生物电化学反应器的阳极生物膜样品，用磷酸缓冲溶液(PBS)倍比稀释后接种于灭过菌的微型生物电化学反应器； 

(3)以微型生物电化学反应器的产电能力为指标，选择能产生电流的最大稀释倍数下的微型反应器进行下一个分离周期，直至获得纯培养微生物——阳极还原泥土杆菌；所述分离周期是指：稀释——接种新的微型反应器——运行微型反应器——监测电流产生的整个过程。 

本发明中，运行所述微型生物电化学反应器时，使用的培养基的成分为： 

每升水中，包含乙酸钠1g；NH₄Cl0.31g；KCl0.13g；50mM磷酸缓冲溶液；Wolfe微量元素液12.5mL；Wolfe维生素液5mL； 

所述磷酸缓冲溶液的成分为：