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关键词：
准好氧,风帽,甲烷,二氧化碳,风速
发表时间：
2012-08-13 17:39:11
非光合CO_2同化微生物菌群的选育_优化及其群落结构分析
曾柔 | -> | 1222| 0| 0.277096MB |非光合微生物,CO2同化,电子供体,无机碳源结构,微生物群落结构
摘要: 通过从海水及其沉积物中分离、筛选, 并结合电子供体和无机碳源结构的优化以期获得不用光照与供氢的高效固碳微生物菌群; 通过16S rDNA 序列分析、比对等手段研究非光合固碳微生物菌群的结构, 以期为优化群落配置, 进一步提升固碳效率提供理论依据. 结果显示, 通过分离和长期驯化可从海洋中得到在普通好氧、厌氧条件下具有固碳能力的非光合微生物菌群. 添加硫代硫酸钠、硫化钠和氢气作为电子供体可有效提升菌群的固碳效率, 在以硫代硫酸钠为电子供体的好氧、厌氧条件下, 该菌群的CO2 同化效率分别可达10144 mgPL和12156 mgPL. 该固碳菌群对混合无机碳源的同化效率显著高于单一碳源, 在以CO2 、碳酸氢钠及碳酸钠为混合碳源情况下, 菌群好氧、厌氧固碳效率( 以CO2 计) 分别可达110 mg#( L#d) - 1, 和72mg#( L#d) - 1 , 接近氢氧化细菌的水平. 微生物群落结构分析结果表明, 添加不同电子供体后, 固碳微生物菌群的优势种发生了显著变化, 在发现的16 个优势菌种中, 11 个是不可培养微生物, 即其只能以共生方式存在. 菌群混合培养时的固碳效率可能是多种菌共同作用的结果, 因此优化固碳微生物菌群的结构和配比将有利于其固碳效率的进一步提升.
/ 温室效应0 造成的全球变暖是当前面临的重大环境问题. CO2 作为主要的温室气体, 所造成的温室效应占总效应的50%[ 1] , 且CO2 在大气中存留期最长可达200 a. 随着人类利用能源速度的不断增长, CO2 排放量增长趋势令人担忧. 根据政府间气候变化专门委员会( IPCC) 预测[ 2] , 人类活动产生的折算CO2 将从1997 年的2171 @ 1010 tPa增长到2100 年的9150 @ 1010tPa, 而大气中的CO2 体积分数也将从现有的316 @ 10- 4增长到2050 年的712 @ 10- 4 . 为减缓温室效应, 人们重点关注的是包括CO2 在内的温室气体的减排[ 3, 4] . 然而CO2 又是地球上最丰富的碳源和可再生资源[ 5] , 因此在考虑如何减排CO2 的前提下, 研究CO2 的回收与固定, 既能有效减少环境中游离的CO2 , 又能将其再生为资源[ 6~ 8] , 因此已引起了世界各国的广泛关注. CO2 的固定方法主要有物理法[9] 、化学法[ 10] 和生物法[ 11] , 而大多数物理法和化学法能量消耗较大, 且物理法固定的CO2 最终
都必须结合生物法将其转化为有机碳. 生物法固定CO2 主要是依靠植物和微生物[ 12] , 传统上植物的光合作用较为重要也更为人重视, 但地球上存在各种各样的环境, 尤其是在植物不能生长的特殊环境中,微生物的环境适应性强、生长迅速的优势便显现出来了, 因此从整个生物圈的物质流、能量流来看, 微生物固定CO2 在环境、能源和资源方面具有极其重要的意义.
目前国际上有关CO2 微生物固定的研究主要集中在藻类[ 13] 及氢氧化细菌[ 14] 方面. 藻类经济价值较高, 但由于需光照培养, 在大规模培养时, 存在很多难题; 且藻类不耐高温和高CO2 浓度, 若应用于工业废气( 10% ~ 20% CO2 ) 的直接处理, 则效果不佳[ 15] . 在非光合固碳微生物中, 氢氧化细菌的生长速率是最快的, 而且相比藻类其适应范围更广, 但由于培养中需要通10% 的氢气, 在实际应用中存在很多困难, 又极不安全[ 16~ 18] . 因此获得不用供氢与光照的高效固碳微生物是实现CO2 微生物固定与资源化的重要前提.
本研究根据地球起源时期的古细菌具有自养碳同化功能以及海洋中目前尚存在较多古细菌的特
点[ 19] , 分别从我国的黄海、东海、南海以及南极海域采集海水和沉积物, 通过分离、筛选得到了不用供氢与光照的固碳微生物; 并在通过电子供体和无机碳源结构的优化, 实现在普通好氧和厌氧条件下的高效固碳; 同时运用分子生物学手段分析各培养条件下固碳微生物的群落结构变化, 以便为进一步构建高效固碳微生物菌群提供理论依据. 研究结果将为发展微生物固碳技术提供技术支撑, 并为实现CO2资源化、缓解全球气候变暖提供一种可选择的手段.
都必须结合生物法将其转化为有机碳. 生物法固定CO2 主要是依靠植物和微生物[ 12] , 传统上植物的光合作用较为重要也更为人重视, 但地球上存在各种各样的环境, 尤其是在植物不能生长的特殊环境中,微生物的环境适应性强、生长迅速的优势便显现出来了, 因此从整个生物圈的物质流、能量流来看, 微生物固定CO2 在环境、能源和资源方面具有极其重要的意义.
目前国际上有关CO2 微生物固定的研究主要集中在藻类[ 13] 及氢氧化细菌[ 14] 方面. 藻类经济价值较高, 但由于需光照培养, 在大规模培养时, 存在很多难题; 且藻类不耐高温和高CO2 浓度, 若应用于工业废气( 10% ~ 20% CO2 ) 的直接处理, 则效果不佳[ 15] . 在非光合固碳微生物中, 氢氧化细菌的生长速率是最快的, 而且相比藻类其适应范围更广, 但由于培养中需要通10% 的氢气, 在实际应用中存在很多困难, 又极不安全[ 16~ 18] . 因此获得不用供氢与光照的高效固碳微生物是实现CO2 微生物固定与资源化的重要前提.
本研究根据地球起源时期的古细菌具有自养碳同化功能以及海洋中目前尚存在较多古细菌的特
点[ 19] , 分别从我国的黄海、东海、南海以及南极海域采集海水和沉积物, 通过分离、筛选得到了不用供氢与光照的固碳微生物; 并在通过电子供体和无机碳源结构的优化, 实现在普通好氧和厌氧条件下的高效固碳; 同时运用分子生物学手段分析各培养条件下固碳微生物的群落结构变化, 以便为进一步构建高效固碳微生物菌群提供理论依据. 研究结果将为发展微生物固碳技术提供技术支撑, 并为实现CO2资源化、缓解全球气候变暖提供一种可选择的手段.
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