海洋产电微藻及其应用的制作方法

本发明涉及海洋微藻，具体地说是一种具有产电活性的海洋微藻及其在电化学中的应用。

背景技术：

目前，人类开发利用的新能源包括风能、太阳能、核能、海洋能和生物质能源等。其中来自太阳能的生物质能源具有可再生性，作为一种可代替化石燃料、具有广泛使用价值和开发前景的能源受到了越来越多的关注和研究。

微生物燃料电池技术就是利用微生物尤其是细菌通过生物质产生生物电能的新方法。利用微生物燃料电池，可以借助微生物的催化作用直接将简单有机物分子或复杂生物质分子中的化学能转化为可利用的电能，同时也可以实现有机物转化或降解。因此，微生物燃料电池技术在清洁能源生产、污染治理、环境修复等方面具有广阔的应用前景。

微生物燃料电池产电过程中阳极的产电微生物发挥巨大作用，这些产电微生物具有特殊的胞外电子传递途径，能够将电子从细胞内转到细胞外的固体电子受体，如金属氧化物、电极等，从而实现电能的产生或环境污染治理。

目前发现的产电微生物大部分是细菌，主要集中在变形菌门的不同亚门，代表性的产电菌包括γ-变形菌门的希瓦氏菌(shewanellasp.)和δ-变形菌门的地杆菌(geobactersp.)，并且都来源于陆地环境，海洋中的产电菌报道甚少。

近年来，人们发现一些光合自养微藻也具有胞外电子传递的活性，这些产电微藻利用光能固定co2，在光合作用过程中能将胞内的电子传出胞外，在微生物燃料电池中通过电极接收产生电能。和传统产电微生物相比，微藻是光合自养型生物，广泛分布于陆地、海洋，其营养丰富、光合利用率高，无需有机营养。因此，微藻作为生物质能源利用的重要物种之一，其能源开发备受关注。

目前报道的产电微藻多属于蓝藻门和绿藻门，主要有聚球藻(synechocystissp.)、小球藻(chlorellavulgaris)、莱茵衣藻(chlamydomonasreinhardtii)、螺旋藻(spirulinasp.)、杜氏盐藻(dunaliellatertiolecta)等，产电活性不一，并且仅有寥寥几篇报道。同时关于产电微藻,尤其海洋产电微藻的认识还十分欠缺，目前国内尚无相关于海洋产电微藻的报道。

技术实现要素：

本发明目的在于针对目前产电微藻研究的现状，提供一种来自海洋的产电微藻-微拟球藻(nanochloropsissp.)，并在微生物燃料电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种海洋产电微藻，产电微藻为微拟球藻(nanochloropsissp.)hdy2，已于2017年3月22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，地址：中国，北京，中国科学院微生物研究所，邮编：100101，保藏编号为：cgmccno.13868，分类学命名为微拟球藻(nanochloropsissp.)。

一种权利要求1所述的海洋产电微藻的应用，所述微拟球藻在电化学中的应用。

所述微拟球藻在海水藻类培养基中，光照条件下释放电子，在微生物燃料电池中通过电子传递实现在电化学中的应用。

所述微生物燃料电池为离子交换膜间隔的双室微生物燃料电池或单室微生物燃料电池。

所述微拟球藻在海水藻类培养基中培养至对数生长期后接种至微生物燃料电池的阳极室，在光照条件下使微拟球藻释放电子，通过电子传递实现在电化学中的应用。

具体是：

a)在无菌条件下，将所述微拟球藻(nanochloropsissp.)接种于f/2海水藻类培养基中，54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃培养至对数生长期备用；

b)将上述培养至对数期的微藻培养液接种于光合微生物燃料电池的阳极室，阴极室溶液为k3fe(cn)6，利用磷酸缓冲液ph7.8配制；

c)将构建的光合微生物燃料电池阴阳两极连接，并外接电阻，于54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃培养条件下，实现电能的产生。

d)另外利用电化学工作站，采用循环伏安法检测藻在双室微生物燃料电池中的氧化还原特性，探讨其产电机理。

所述微拟球藻(nanochloropsissp.)具有独特的胞外电子传递途径，能在海水藻类培养基(ph≈7.8)中，光照条件下利用无机盐生长，释放电子，在微生物燃料电池中传递给阳极，实现电能的产生。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明获得的微拟球藻(nanochloropsissp.)属于海洋微藻，和微生物相比，不需要有机碳源，不需厌氧，仅利用光能固定二氧化碳，在通用的海水藻类培养基中生长，易于培养，具有良好的电化学活性。同时微藻能利用废水中的氮、磷营养盐，起到净化废水的作用。微拟球藻(nanochloropsissp.)也是常用的饵料、能源微藻，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微拟球藻(nanochloropsissp.)的细胞形态光学显微镜图片。

图2为本发明实施例提供的微拟球藻(nanochloropsissp.)在单室微生物燃料电池中的产电活性图。

图3为本发明实施例提供的微拟球藻(nanochloropsissp.)在双室微生物燃料电池中的产电活性图。

图4为本发明实施例提供的微拟球藻(nanochloropsissp.)在双室微生物燃料电池中产电的循环伏安曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

藻株微拟球藻(nanochloropsissp.)的获得和纯化

1)微拟球藻(nanochloropsissp.)获得

微拟球藻(nanochloropsissp.)分离自海水中，现保存于中国科学院烟台海岸带研究所海岸带生物学与生物资源利用重点实验室，已于2017年3月22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，地址：中国，北京，中国科学院微生物研究所，邮编：100101，保藏编号为：cgmccno.13868，分类学命名为微拟球藻(nanochloropsissp.)(参见图1)。

取10ml藻种接入40mlf/2藻类培养液中，54μmolquanta/(m².s)光照，12：12h光暗比，25±1℃光照培养箱中培养。f/2培养液成分，包括(mg/l):nano375,nah2po4.2h2o5,na2edta20,fecl3.6h2o3.16,cuso4.5h2o0.01,znso4.7h2o0.023,cocl2.6h2o0.012,mncl2.4h2o0.18,na2moo4.2h2o0.07,thiaminehydrochloride(vb1)0.1μg/l,cyanocobalamin(vb12)0.5μg/l,biotin0.5μg/l,海水(0.45μm滤膜过滤)1000ml。

2)藻株微拟球藻(nanochloropsissp.)的纯化

为了后续实验使用，需要对获得的藻株进行进一步无菌纯化备用。向上述培养至对数生长期的微拟球藻(nanochloropsissp.)的培养液中，分别依次加入300mg/l青霉素，100mg/l链霉素和100mg/l庆大霉素，于藻类光照培养箱中处理36h，获得无菌藻株，全部操作在无菌条件下进行。将获得的藻株连续接种5代以上培养至对数生长期，微拟球藻(nanochloropsissp.)密度约为1×10⁷cells/ml左右，备用。

所述微拟球藻(nanochloropsissp.)属于真眼点藻纲，微拟球藻属，单细胞，似球形，单独或聚集，细胞直径约2-5μm。通常该藻因胞内物质营养丰富被广泛作为水产育苗培育的饵料微藻。同时，由于其通常含有丰富的不饱和脂肪酸特别是epa被作为能源微藻研究，在生物质能源领域具有重要的应用前景。

实施例2

利用单室微生物燃料电池检测微拟球藻(nanochloropsissp.)的产电活性。

如实施例1中所述，将培养至对数生长期的微拟球藻(nanochloropsissp.)接种于单室微生物燃料电池，放置于54μmolquanta/(m².s)光照下，12：12h光暗比，25±1℃条件下进行产电测试。

测试方法：单室微生物燃料电池，接种藻培养液总体积30ml，对照组接入无藻灭菌培养液，阳极为石墨电极，电极尺寸12mm×12mm×3mm，阴极为空气阴极，两极连接钛丝，外接1000ω电阻，利用数据采集系统(model2700,keithleyinstruments,usa)采集电压信号，excellinx软件记录每分钟的输出电压，根据欧姆定律计算电流密度[c＝u/(rs),c(ma/m²)为电流密度，其中u为输出电压(mv)，r是外电阻(ω)，s是阳极石墨电极表面积(m²)](参见图2)。如图2所示，微拟球藻(nanochloropsissp.)具有明显的产电活性，其产电活性的最高值能达到26.10ma/m²。

实施例3

利用双室微生物燃料电池检测微拟球藻(nanochloropsissp.)的产电活性

如实施例1中所述，将培养至对数生长期的微拟球藻(nanochloropsissp.)接种于双室微生物燃料电池的阳极室，放置于54μmolquanta/(m².s)光照条件下，12：12h光暗比，25±1℃条件下进行产电测试。测试方法：双室微生物燃料电池，接种藻培养液总体积100ml，对照组接入无藻灭菌培养液，阴阳两极均为石墨电极，电极尺寸30mm×25mm×3mm，阴极溶液为50mmol/l的k3fe(cn)6，利用0.1mol/l的na2hpo4和nah2po4缓冲液按照ph7.8的比例配制，两极连接钛丝，外接1000ω电阻，利用数据采集系统(model2700,keithleyinstruments,usa)采集电压信号，如实施例2中所示，计算电流密度(参见图3)。如图3所示，微拟球藻(nanochloropsissp.)具有明显的产电活性，并且这种电活性具有藻类产电的明显光暗效应特征。

实施例4

如实施例1中所述，将培养至对数生长期的微拟球藻(nanochloropsissp.)接种于双室微生物燃料电池的阳极室，放置于54μmolquanta/(m².s)光照条件下，25±1℃条件下进行产电测试，同时以向双室微生物燃料电池的阳极室中接入灭菌培养液作为对照组。测试方法：循环伏安法(cv曲线)。如实施例3所述，待双室微生物燃料电池稳定运行后，开路状态下加入参比电极(ag/agcl)，以阳极为工作电极，阴极为对电极，构建三电极体系。用660e电化学工作站(上海辰华)以10mv/s的扫描速度在0-1.0v的范围内进行扫描分析(参见图4)。结果如图4所示，微拟球藻(nanochloropsissp.)具有明显的产电活性。图中没有显示特别明显的氧化还原峰，说明微拟球藻(nanochloropsissp.)可能通过直接接触的方式传递电子。