专利名称：一种具有产电特性的蜡样芽孢杆菌及其在微生物燃料电池中的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于生物技术领域，特别涉及一种芽孢杆菌即蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus )的产电特性及其在微生物燃料电池中的应用研究。
背景技术：
能源紧张和环境污染是我国现代社会可持续发展面临的两大主要挑战。随着社会经济不断发展，对能源的大量消耗而导致环境质量的严重恶化，尤其是碳排放增加引起的温室效应将对全球气候长期影响。因此，通过节约能源或实现新型能源的替代来实现环境效益、经济效益和社会效益的统一是目前面临的最主要的研究课题。微生物燃料电池 (Microbial Fuel Cell, MFC)是一种新型、便捷的能源装置。它可以利用各种有机物、无机物以及微生物呼吸的代谢产物、发酵产物、污水等作为燃料，是目前环境领域的研究热点。 微生物燃料电池如果用在废水处理工艺，除了可以对废水进行有效处理外，还可以为人类提供清洁能源，具有清洁、安全、低噪音、高效、低辐射以及利于操作等特点。Logan等以城市生活污水为营养物质构造的新型微生物燃料电池实现了在污水处理的同时回收电能，从而在一定程度上降低了污水的处理成本(参见Liu H，Ramnarayanan R, Logan B Ε. Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell[J]. Environmental Science Technology,2004, 38 (14) :4040-4046.)。据分析，废水中含有大量的能量(BOD)，目前污水处理仍以耗能较高的好氧曝气处理工艺为主，而利用厌氧甲烷发酵的处理污水工艺因有机污染物浓度较低在经济上不可行且运行时间较长，不仅对能源回收不利，还将消耗大量能源。同时，我国持续的城市化进程将使用于污水处理的经济成本大幅上升，进而给经济、社会、环境带来不利的影响。MFC技术兼具厌氧污水处理和好氧曝气的特征，污水处理效率高，还可产生电能，有望为水资源的可持续利用带来新契机。1999年，Kim等首次发现有些微生物在代谢过程中可将电子直接传递到电极表面(参见Kim B H, Kim H J, Hyun W S et al. Direct electrode reaction of Fe(III)-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens [J]· J Microbiol Biotechnol, 1999，9(2) : 127-131·)。2004 年，Jang 和 Liu 等直接以混合菌分别成功构建了无中间体无质子交换膜MFC，电池输出功率达到了几百mWm2，这一显著的成绩立即引起了更多人对MFC的关注，也引发了以混合菌接种MFC的研究热潮。随后，研究人员相继发现某些微生物能在无介体的条件下直接将体内产生的电子传递到电极。最近的研究发现了多种可以向细胞外直接转移电子的细菌，这些胞外产电菌大多集中于两类异化金属还原菌属——Shewanella和Geobacter。有关蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)的产电特性及其在微生物燃料电池方面的应用在国内外尚未发现有报道
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供从自然界中分离具有高活性产电能力的蜡样芽孢杆菌及其在微生物燃料电池中的应用，所述的蜡样芽孢杆菌(Bacillus sp.)MFC-I菌株(以下简称MFC-I菌株)，所属分类为芽孢杆菌，保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，地址北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编100101，保藏日期为2011年7月12日，保藏号为CGMCC No5055。该MFC-I菌株能在污水环境中利用有机物成分进行产电，该菌还可以作为微生物燃料电池阳极催化剂进行催化底物产电。本发明的MFC-I菌株是该种内首次报道具有产电特性的菌株，在微生物燃料电池中具有很高的产电活性，具有广阔的工业应用前景和理论研究价值。本发明的MFC-I菌株是分离自南京大学生命科学学院门前的有机废水中，经菌落和形态的显微观察、染色反应、常规生理生化特征性实验以及16s rDNA序列分析，该菌株鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus) MFC-I菌株，具有以下特征(1)菌体为细胞杆状， 末端方，成短或长链，直径为0. 4 0.6 μ m，菌长为2.0 5. Oym; (2)革兰氏阳性；(3) 菌落大，表面粗糙，扁平，不规则，在普通琼脂平板培养基上，37 °C，培养M h，可形成圆形或近似圆形、质地软、无色素、稍有光泽的白色菌落(似蜡烛样颜色)直径5-7 mm;(4) 16S rDNA 序列分析结果表明，该 MFC-I 菌与 Bacillus cereus、Bacillus thuringiensis 和Bacillus subtilis的同源性均为100%，结合生理生化鉴定，鉴定其为蜡样芽孢杆菌 (Bacillus cereus)。(5)根据《伯杰氏手册》和《常见细菌鉴定手册》中描述的上述四种芽孢杆菌的鉴定特征(表1)，测定了 MFC-I菌株的生理生化反应以及生长特性，其生理生化指标如表1所示
表1蜡样芽孢杆菌MFC-I菌株的生理生化指标
权利要求
1.一种具有产电能力的蜡样芽孢杆菌，其特征在于所述的蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus MFC-I)，在2011年7月12日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No. 5055。
2.根据权利要求1所述的蜡样芽孢杆菌，在微生物燃料电池中的应用。
3.根据权利要求2所述的蜡样芽孢杆菌在微生物燃料电池中的应用，其特征在于所述的蜡样芽孢杆菌能以葡萄糖作为电子供体直接用于微生物燃料电池中进行产电；或者能在污水环境中利用有机物成分进行产电。
全文摘要
一种具有产电能力的蜡样芽孢杆菌，该蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)，2011年7月12日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，其保藏号为CGMCCNo.5055。该菌株鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)菌株，具有以下特征菌体为细胞杆状，末端方，成短或长链，直径为0.4～0.6μm，菌长为2.0～5.0μm；革兰氏阳性；菌落大，表面粗糙，扁平，不规则，在普通琼脂平板培养基上，37℃，培养24h，可形成圆形或近似圆形、质地软、无色素、稍有光泽的白色菌落(似蜡烛样颜色)直径5-7mm。可利用多种碳源，并能在厌氧和好氧条件下生长。利用该菌株制备的微生物燃料电池具有较高的产电能力，既可以直接用于微生物燃料电池中进行产电，也可以利用污水有机物进行产电。
文档编号H01M8/16GK102399722SQ20111034751
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者刘常宏, 张剑荣, 赵翠娥, 郭利川 申请人:南京大学