[发明专利]一种高效筛选嗜酸微生物的装置及其筛选方法

说明书

本发明属于环境微生物领域，具体是涉及一种筛选嗜酸微生物的装置及其方法，包括生物反应器、与生物反应器通过管道和泵连接的储液罐Ⅰ、储液罐Ⅱ、储液罐Ⅲ和尾液处理器，还包括磁力搅拌恒温装置和曝气装置。本发明装置不仅可设置多种选择压力的组合，而且可以在强的磁力搅拌刮擦下避免底部加热形成铁钒等结垢，此外在连续筛选下形成更加平稳的选择压力，从而可以有针对性的快速筛选到目的性强且菌株活性强、耐受性高的菌株，能显著缩短筛选目的嗜酸微生物的时间，最短周期为1周即可快速筛选出相应选择压力下的目的微生物。适用于多种嗜酸微生物的筛选，如经过诱变后的菌株或复合菌群、环境中的细菌样品或其他来源的微生物。

技术领域

本发明属于环境微生物领域，具体是涉及到一种高效筛选嗜酸微生物的装置及其筛选方法。

背景技术

嗜酸微生物生长在最适pH值3.0以下的环境中，它们依靠氧化基质中的Fe²⁺为Fe³⁺和低价态硫(S⁰、硫代硫酸钠、硫化氢)为硫酸根而获取能量。多用于处理传统技术难处理的复杂矿和回收低品位废弃矿石，具有常规方法无法比拟的优点，如：无污染、低成本、不受矿种限制、低能耗、反应温和等。近几年，具有铁和硫氧化等能力的嗜酸微生物在提取电子废弃物中金属、工业废气脱硫、煤炭脱硫等方面起着重要作用。同时在重金属污染土壤修复以及相关重金属污染治理等领域的研究和应用方面也越来越受到重视。

菌种活性较低是制约生物冶金和工业废物处理过程的一个重要因素。一方面因为嗜酸微生物为自养微生物，生长比较缓慢，抵抗环境因素压力如抗有机物、抗有毒金属离子等的能力较差而导致活性不高甚至死亡。如Park等利用氧化亚铁硫杆菌浸出含砷尾矿中的砷,当矿浆浓度为2％时，砷的浸出率达到80％，而当将矿浆浓度提高到4％时，提取率仅为25％，反应体系中细菌的生长受到了抑制。因此，目前针对嗜酸微生物的培养，科研人员大多把焦点集中到如何使用育种方法来提高菌种耐受性。

菌种选育包括突变体的产生和筛选，尤其筛选方法决定了育种的效率和效果。常见的筛选方法有液体批式培养、固体平板法和双层平板法等，但在实际操作中存在着很多问题：例如，因为培养环境的选择性，连续多次传代培养之后往往导致其优势菌群发生选择性筛选而丢失，得不到理想的目的菌株或菌群；嗜酸性冶金微生物因其大多数为化能自养微生物，在固体平板分离培养基中形成单菌落的时间较长，很多嗜酸性微生物难以在固体平板上生存，且菌落平板中容易发生亚铁氧化形成红色铁沉淀，整个培养基逐步由透明演化成铁锈红色，难以分辨出单菌落；固体培养基常使用琼脂或琼脂糖，在高温或低pH下容易水解，因此不能用来筛选耐高温和低pH的菌种等。虽然现在基因工程已经得到了很广泛的应用，但目前对浸矿细菌的遗传背景知识了解不多，以及缺乏有遗传标志和优良基因的供体菌和受体菌，并且外源基因难于在自养菌中稳定表达。此外，浸矿细菌的应用领域基本是开放体系，基因工程菌的使用也存在生物安全性的担忧，需要有严格的评估和审批程序。鉴于以上原因，当前在生物浸出工艺中使用基因工程菌存在技术上和法规上的障碍。因此，采用新型的菌种选育技术是嗜酸微生物研究领域的当务之急。

恒化器是一个简单易于采用的培养微生物的实验装置，控制某一种营养物浓度，使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行连续生长繁殖。由于没有营养物质限制和代谢产物抑制，恒化器常用于提高菌株发酵代谢产物方面。目前有人发现恒化器可以提高土霉素的发酵产量；还有人利用恒化器筛选出了耐高产乳酸突变菌株，乳酸产量比出发菌株提高了18.1g/L。目前的恒化器装置仅限于培养异养微生物，对于嗜酸微生物，由于其多为化能自养型铁硫氧化细菌，生长在酸性环境中，且无需得到代谢产物，在恒化器中的培养及操作方式也明显区别于自养微生物。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可快速得到优良目的菌株的高效筛选装置及其筛选方法。