[发明专利]一种提高拜氏梭菌产电的方法及其应用

说明书

本发明通过将拜氏梭菌中编码NADH‑辅酶Q氧化还原酶关键亚基的基因Cbei_4110进行插入失活，从而得到高产电能力的拜氏梭菌重组菌株。本发明提供了一种简单、高效的提高拜氏梭菌产电的方法，借助此方法得到的重组菌株在1g/L葡萄糖种子液中和0.1g/L甲基紫精(MV)为电子介体时：最大输出电压为154.4mV，是初始菌株NCIMB 8052的1.93倍；最大输出功率密度为65.8mW/m²，是初始菌株NCIMB 8052的1.23倍。本发明的操作方便、无污染、其燃料利用普较广，本发明的高产电拜氏梭菌是一株适合于微生物燃料电池研究及应用的优良菌株。

技术领域

本发明属于环境与新能源技术领域，涉及一种提高拜氏梭菌产电的方法及其应用。

背景技术

由于能源枯竭、化石能源储存有限，能源需求日益增长与扩大，越来越多的国家认识到能源短缺问题。生物燃料目前成为一种十分热门的可再生绿色能源，世界各国都在大力发展生物燃料。越来越多的科研工作者以期利用微生物产电，来解决能源短缺问题。目前，微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)技术不断完善。

产电微生物大多是厌氧微生物，其中高产电的微生物主要集中在两类异化金属还原菌属希瓦氏菌属(Shewanella)和地杆菌属(Geobacter)。产电微生物能够将电子直接转移给化合物或者间接电子受体，这种能力在MFC中起作用(Environ.Sci.Technol.,2006,40,5172–5180)。目前报道的产电微生物大都为革兰氏阴性细菌，利用革兰氏阳性细菌产电的报道甚少。SophiePeguin等人利用三电极在甲基紫精作为电子介体的情况下，研究了丙酮丁醇梭菌的微生物燃料电池产电情况；LiuJun等人也研究了拜氏梭菌的MFC产电情况，拜氏梭菌突变株利用甲基紫精作为电子介体，葡萄糖作为碳源时获得最大电压230mV，最大输出功率密度79.2mW/m²。(BiotechnologyLett,2015,37:95-100)

目前，微生物产电的机理机制仍不清晰，已报道的微生物产电能力较弱，成为MFC产电技术发展的瓶颈问题。基于微生物产电机理的研究，通过基因工程改造菌体，能够提高微生物的电子传递速率及数量。因此，基因工程手段对促进MFC的实际应用，具有一定的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高拜氏梭菌产电的方法，具体技术方案是：

一种提高拜氏梭菌产电的方法，将拜氏梭菌中编码NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基的基因Cbei_4110进行缺失。

以上技术方案优选的，使拜氏梭菌中编码NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基的基因Cbei_4110不能正常表达。

以上技术方案优选的，将拜氏梭菌中编码NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基的基因Cbei_4110进行插入失活。

进一步的，上述所述方法，将拜氏梭菌中编码NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基的基因Cbei_4110的碱基序列如SEQ ID NO：1所示。

进一步的，上述拜氏梭菌为Clostridium beijerinckii NCIMB 8052。

本发明还提供一种高活性产电能力的拜氏梭菌在制备微生物燃料电池中的应用，具体方案是：

一种高产电拜氏梭菌在产电中的应用，所述高产电拜氏梭菌为缺失正常基因Cbei_4110编码的NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基功能的拜氏梭菌。

一种高产电拜氏梭菌在制备微生物燃料电池中的应用，所述高产电拜氏梭菌为缺失正常基因Cbei_4110编码的NADH-辅酶Q氧化还原酶关键亚基功能的拜氏梭菌。

进一步的，所述高产电拜氏梭菌为上述所述方法制备得到的拜氏梭菌。