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文檔簡(jiǎn)介
1、由微生物介導(dǎo)的發(fā)酵產(chǎn)氫由于具有眾多的優(yōu)點(diǎn),在制氫方面可能具有更大的生產(chǎn)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(duì)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(jìn)行了氫代謝菌的分離培養(yǎng)工作。共獲得7個(gè)高溫發(fā)酵產(chǎn)氫富集培養(yǎng)物。細(xì)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(shì)類群,約占73.5%。這個(gè)結(jié)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(chǎn)氫過程中發(fā)揮作用。
通過分離純化,獲得2株高溫產(chǎn)氫菌,分別標(biāo)記為菌株H363和菌株H5
3、3214。16S rRNA基因鑒定結(jié)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(chǎn)氫菌,獲得15株中溫發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)氫特性。首先采用響應(yīng)面方法優(yōu)化了該屬菌株的產(chǎn)氫培養(yǎng)基。結(jié)果表明初始pH值,蛋白胨和酵母膏的濃度是影響菌株產(chǎn)氫的重要因素。菌株C.azorensis H53214在最優(yōu)產(chǎn)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(chǎn)氫量,氫氣得率和產(chǎn)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(chǎn)氫特點(diǎn),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(jié)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(chǎn)物的檢測(cè)結(jié)果表明菌株H363,H53214和MV107采用乙醇-乙酸發(fā)酵途徑產(chǎn)氫,而菌株DY22619則是采用丁酸-乙酸發(fā)酵途徑產(chǎn)氫。這些結(jié)果表明該屬大部分菌株具有較高產(chǎn)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(chǎn)氫的途徑卻不同。
通過基因組測(cè)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(diǎn)關(guān)注了Caloranaerobacter屬的氫酶特點(diǎn)。該屬菌株只含有[FeFe]-氫酶,且均位于細(xì)胞周質(zhì)間隙。該酶在Ca
8、loranaerobacter屬多樣性非常豐富,含有多種分子結(jié)構(gòu),導(dǎo)致Caloranaerobacter屬菌的氫代謝過程非常復(fù)雜,同時(shí)這也可能與該屬菌在熱液環(huán)境這個(gè)極端生態(tài)系統(tǒng)下生存的適應(yīng)性有關(guān)。
總之,本研究基于可培養(yǎng)方法對(duì)不同深海熱液環(huán)境樣品進(jìn)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,
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