深海熱液環(huán)境參與氫代謝微生物的多樣性及產氫特性研究.pdf

1、由微生物介導的發(fā)酵產氫由于具有眾多的優(yōu)點，在制氫方面可能具有更大的生產潛力。深海熱液系統(tǒng)具有特殊生態(tài)環(huán)境，與陸地和海洋中的其他生物群落有著根本的區(qū)別。本研究針對深海熱液環(huán)境開展氫代謝菌的研究工作，以期獲得特殊生境中的氫代謝微生物資源和氫酶資源。
　　利用西南印度洋，南大西洋，東太平洋等不同來源的深海熱液環(huán)境樣品，進行了氫代謝菌的分離培養(yǎng)工作。共獲得7個高溫發(fā)酵產氫富集培養(yǎng)物。細菌16S rRNA基因序列分析表明，富集培養(yǎng)物中的主要

2、類群是Calroanaerobacter，Clostridium,Caminicella, Desulfotomaculum和Caulobacter，其中Caloranaerobacter屬在這些富集物中都有富集到而且均是優(yōu)勢類群，約占73.5％。這個結果表明Caloranaerobacter屬菌株在熱液環(huán)境中普遍存在，可能在該極端環(huán)境生物產氫過程中發(fā)揮作用。
　　通過分離純化，獲得2株高溫產氫菌，分別標記為菌株H363和菌株H5

3、3214。16S rRNA基因鑒定結果表明這些菌屬于Caloranaerobacter屬，與模式種C.azorensis MV1087T有最高的序列相似性，分別是99.44％和98.96％。另外，利用其他分離培養(yǎng)方法獲得1株高溫產氫菌，獲得15株中溫發(fā)酵產氫菌，10株氫氧化菌。目前已完成2株菌Kosmotoga pacifica SLHLJ1T和Defluviimonas indicum20V17T的新種系統(tǒng)分類鑒定工作。
　　深

4、入研究了Caloranaerobacter屬菌株的產氫特性。首先采用響應面方法優(yōu)化了該屬菌株的產氫培養(yǎng)基。結果表明初始pH值，蛋白胨和酵母膏的濃度是影響菌株產氫的重要因素。菌株C.azorensis H53214在最優(yōu)產氫條件下:初始pH值7.7，蛋白胨8.3 g/L和酵母膏7.9 g/L，最大累積產氫量，氫氣得率和產生速率分別為1.58 L H2/L培養(yǎng)基，1.46 mol H2/mol葡萄糖和25.7 mmol H2/g celld

5、ry weight/h。比較分析了目前所有屬于Caloranaerobacter屬菌株的產氫特點，包括C.azorensis H53214，C.azorensis H363，C.ferrireducens DY22619以及模式菌株C.azorensis MV1087，這些菌株均分離自深海熱液環(huán)境。研究結果表明菌株H363，H53214，DY22619和MV107的氫氣得率分別為0.11，1.21，3.13和2.85mol H2/mol

6、葡萄糖。液體末端發(fā)酵產物的檢測結果表明菌株H363，H53214和MV107采用乙醇-乙酸發(fā)酵途徑產氫，而菌株DY22619則是采用丁酸-乙酸發(fā)酵途徑產氫。這些結果表明該屬大部分菌株具有較高產氫潛力。另外，雖然這些菌株分類上同屬于Caloranaerobacter屬，但是發(fā)酵產氫的途徑卻不同。
　　通過基因組測序方法研究了氫酶基因的多樣性。目前獲得的基因組序列包括模式菌株K.pacifica SLHLJ1T的完成圖序列，模式菌株D

7、.indicum20V17T的基因組草圖序列，菌株C.azorensis H53214和C.ferrireducens DY22619的基因組草圖序列。研究表明菌株K.pacifica SLHLJ1T既含有[NiFe]-氫酶，又含有[FeFe]-氫酶，而菌株D.indicum20V17T則只含有[NiFe]-氫酶。重點關注了Caloranaerobacter屬的氫酶特點。該屬菌株只含有[FeFe]-氫酶，且均位于細胞周質間隙。該酶在Ca

8、loranaerobacter屬多樣性非常豐富，含有多種分子結構，導致Caloranaerobacter屬菌的氫代謝過程非常復雜，同時這也可能與該屬菌在熱液環(huán)境這個極端生態(tài)系統(tǒng)下生存的適應性有關。
　　總之，本研究基于可培養(yǎng)方法對不同深海熱液環(huán)境樣品進行了氫代謝微生物的分離培養(yǎng)，揭示了熱液環(huán)境氫代謝微生物的多樣性，發(fā)現(xiàn)Caloranaerobacter屬菌株在各大洋熱液環(huán)境中廣泛存在。首次描述Caloranaerobacter屬，