纯菌株与混合菌株在MFC中降解喹啉及产电性能的研究

刘颖琪 | -> | 1204| 2| 0.431504MB |微生物燃料电池,非产电菌,喹啉,降解,共基质,产电性能

摘要:微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC) 阳极微生物菌群组成与MFC 产电性能有重要关系. 从稳定运行了210 d 以上，以200 mg·L － 1 喹啉为燃料的MFC 阳极室分离提纯出4 株兼性厌氧菌Q1、b、c 和d，分别代表原MFC 中所有4 类不同菌落形态的可培养菌. 16S rDNA 序列分析结果表明，菌株Q1、c 和d 属于假单胞菌属( Pseudomonas sp. ) ，菌株b 属于伯克霍尔德菌属(Burkholderia sp. ) . 通过构建双室MFC，以200 mg·L － 1 喹啉和300 mg·L － 1 葡萄糖为混合燃料，以铁氰化钾为电子受体测定各菌株产电能力，结果表明菌株b、c 和d 均为非产电菌. 产电菌Q1 与非产电菌b、c、d 复合产电电荷量依次为3. 00、3. 57 和5. 13C，库仑效率依次为3. 85% 、4. 59% 和6. 58% ，产电菌与非产电菌对燃料的降解利用存在竞争关系，使得复合菌产电能力比产电菌Q1 单独时的产电能力差. 在MFC 中，非产电菌与产电菌复合产电时24h 内对喹啉的去除率均可以达到100% ，降解喹啉效果优于4 株菌单独构建的MFC，即混合菌更有利于利用复杂碳源. GC /MS 的测定结果表明，产电菌株Q1 构建的纯菌MFC 和原混合菌MFC 周期结束时出水中存在的喹啉代谢产物均为2-羟基喹啉和苯酚.

    微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC) 是微生物降解有机物，将有机物的化学能转化成电能的装置［1］. 以电池中微生物种属是否单一来分类，可分为纯菌MFC 和混合菌MFC. 由于纯菌电池维护上的困难，以及实际污水成分一般较复杂，实验中用的大多数是混合菌MFC［2 ～ 4］. 有研究发现，在使用相同浓度相同种类基质的情况下，混合菌MFC 产生的电流比纯菌MFC 大6 倍［5］. 但纯菌MFC 的运行在科研中也有非常重要的意义，因使用单一菌种研究微生物产电机制及降解过程难度较使用混合菌低，而且得出的结论也更为可靠［6 ～ 8］.
    目前已有关于MFC 中产电菌与非产电菌种间关系的研究，但研究中多针对以易降解有机物为燃料的MFC［9 ～ 11］. 对以难降解有机物为燃料的MFC，张翠萍等［12］的研究推测，以葡萄糖和喹啉为混合燃料的混合菌MFC 中有可能存在2 种菌群，一类为快速降解喹啉菌群，一类为产电菌群. 以葡萄糖和喹啉为混合燃料的纯菌MFC 的研究［13］亦推测，混合菌MFC 中，非产电菌对燃料的竞争导致仅小部分燃料被利用来产电，此两推论尚未有进一步实验验证.
    本研究通过筛选以200 mg·L － 1 喹啉为燃料的混合菌MFC 中所有不同菌落形态的可培养菌，分离提纯出4 株兼性厌氧菌代表原MFC 中所有4 类不同菌落形态的可培养菌，对比分析单一菌株和两两复合菌株的产电性能和降解喹啉性能，分析各菌株间关系，并进一步研究了混合菌MFC 阳极微生物各菌群所起作用.

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